桥梁抗震设计及研究进展
1.桥梁抗震设计研究进展
近30年来，美国、日本等一些国家的地震工程专家提出了分级设防的抗震设计思想，一般可概括为：小震不坏、中震可修、大震不倒。我国《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度)度以上地区的新建桥梁都必须抗震设防。1997年美国应用技术委员会完成了一个科研项目（ATC-18），提出了改进美国公路桥梁抗震设计规范的若干建议。其中，最主要的建议是要采用两水平的抗震设计方法，即要求结构在两个概率水平的地震作用下，分别达到两个不同的性能标准。现行的日本规范已采用这一方法。 1975年，新西兰学者Park和Pauty提出了结构延性抗震设计理论中一个重要思想——能力设计思想。这个思想的基本概念在于合理地选择塑性铰出现的位置，通过牺牲塑性铰所在延性构件的耗能能力，来保证结构中脆性构件处于弹性反应阶段，从而获取整个结构的安全。按照这一思想，为了确保塑性铰的弯曲耗能能力，必须防止塑性铰所在的延性构件内部发生脆性破坏模式，如剪切破坏、粘结破坏和失稳破坏等。在桥梁抗震设计中，为了使地震造成的破坏易于检查和维修，通常把桥墩选为延性构件，要求弯曲塑性铰出现在地面以上桥墩部分的顶部或底部，上部结构和地面以下的基础结构为能力保护构件。能力设计思想已越来越广泛地被国内外专家学者所接受。
2.地震灾害对桥梁产生的影响
(1)桥梁上部结构受地震灾害的影响
对于大量受到地震灾害破坏的桥梁进行研究表明，桥梁上部的结构，如梁、拱等关键部位很少因为受到地震灾害而发生破坏，通常都是因为桥梁的其他部位被地震所破坏，从而影响到桥梁结构中梁、拱的结构完整性。拱桥如果在建设过程中拥有非常牢靠的地基基础以及强度较高的墩台，拱桥自身几乎不会受到地震灾害较大的影响。如果桥梁的地基非常牢靠，对于延不好的圬工拱桥其自身抵抗地震灾害的能力也较强。但是，如果桥梁地基不牢靠，桥梁上部结构就容易受到地震灾害的破坏。
(2)桥梁支座受地震灾害的影响
桥梁支座在受到地震灾害的时候，很多都会找到严重的损害，也是桥梁在抗震性能中非常薄弱的地方。支座受到地震灾害而被破坏通常会出现锚固螺栓被拔出、剪断或者支座自身接受受到损害等。通常，在支座被破坏的过程中，垫石混凝土结构也会遭到破坏。支座受到破坏而发生脱落或者移位时，会造成桥梁整体的受力情况发生极大改变，严重的影响桥梁整体的抗震性能。
(3)桥梁出现落梁损害 发生地震灾害时，桥梁落梁遭受损害的方向几乎为顺桥向，这是落梁受到破坏的特殊原因所造成的。当桥体受到地震灾害破坏时，桥台会倾斜或者倒塌，同时往往伴随着河道的滑坡出现，桥梁的地基也会出现不同程度的沉降，这些都导致了落梁灾害的发生。落梁灾害一旦出现，桥梁就不能再正常使用，所以，怎样强化桥梁上、下结构的联系以采取预防落梁发生的有效手段，在现阶段桥梁建设工程中越来越重要。
3.抗震概念设计
由于地震发生的不确定性和复杂性，再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异，使“计算设计”很难控制结构的抗震性能，因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此，在桥梁的方案设计阶段，不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍，还应考虑桥梁的抗震性能，尽可能选择良好的抗震结构体系。
在抗震概念设计时，要特别重视上、下部结构连接部位的设计，桥墩形式的选取，过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。
为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系，必须进行简单的分析（动力特性分析和地震反应评估），然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位，并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后，根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣，决定是否要修改设计方案。
4.抗震设计计算方法
桥梁抗震设计计算方法可归纳为三种：静力法、反应谱法、动态时程分析法。 (1)静力法
静力法假设结构物各个部分与地震具有相同的振动。从而作用域结构各个部分的惯性力即可由地面运动加速度与各部分的质量乘积得到，化桥梁抗震问题的动力计算为静力计算。
(2)反应谱方法
反应谱法的思路是对桥梁结构进行动力特性分析（固有频率，主振型），对各主振动应用谱曲线作某强震记录的最大地震反应计算，最后一般通过数理统计理论对各主振型最大反应值进行组合，近似求得结构的整体最大反应值。
(3)动态时程分析法
动态时程分析法是上个世纪六十年代以后伴随有限元发展而来的。该法将大型桥梁结构离散成多个节点、多个自由度的结构进行有限元计算，将地震加速度时程直接输入，借助计算机逐步积分求解结构反应时程。
5.延性抗震设计
桥梁的延性抗震设计应分两个阶段进行：1）对于预期会出现塑性铰的部位进行仔细的配筋设计；2）对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算，确保其抗震安全性。这两个阶段可以反复，直到通过抗震能力验算（或进行减、隔震设计以减小地震反应）。
结构关键截面（塑性铰）的曲率延性系数一般远远大于结构的位移延性系数。这是因为一旦屈服出现，进一步的变形主要依靠塑性铰的转动。塑性铰区的横向钢筋配置要同时满足保证截面的延性和保证纵向钢筋不压溃屈曲这两个要求。在这一方面，目前我国的规范还相当不足，可参考国外规范进行。美国AASHTO规范和欧洲规范对体积含箍率的规定比较一致，特别是欧洲规范对横向约束钢筋的配置有非常详细的配置。
6.桥梁减、隔震设计
减、隔震体系通过增大结构主要振型的周期，使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。减、隔震设计的效果，需要进行非线性地震反应分析来验证。
公路桥梁中广泛使用了高载多向桥梁支座作为隔震支座。在强震作用下，高载多向支座的构造特性决定了它们都要进入非线性（接触—滑移）状态，合理模拟其工作性状对于结构地震反应结果有着直接影响，国内外都提出了一些力学模型。对于用平面杆系模型模拟的公路桥梁来讲，采用二维正交弹簧模型来模拟高载多向支座的工作性状是可行的。对于空间结构力学模型来讲，可以采用空间等代杆件的力学模型来模拟高载多向支座的工作性态。从高载多向支座的工作过程来看，在受力时支座必然发生转动。因此，除了在设计时要对支座的最大容许转角进行验算外，并且有必要考虑因支座转动而产生的反力矩。
近年来国内外学者提出在桥梁结构中设置粘滞阻尼器来改善结构的抗震性能，已在多座桥梁中得以应用。有研究表明：将隔震支座与粘滞阻尼器组合使用既能减小结构地震力，又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。
7.结语
随着桥梁工程事业发展速度不断加快, 其质量问题已成为社会关注的热点。作为桥梁施工中的重要组成部分,抗震设计显得至关重要, 其效果是否良好直接关系着整个桥梁工程的质量。由于大跨度桥梁的抗震设计具有一定的系统性和复杂性, 因此要针对地震的实际反应, 对不同特点进行全面探讨, 制定合理、有效的抗震措施, 注重体系建设, 只有这样才能实现对大跨度桥梁抗震效果的强化。