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如何建造一座耐震(振)的桥梁

作者：admin 发布时间：2021-03-15点击：

地震是各种自然灾害包括洪涝灾害、风灾、地质灾害中最难预防、导致生命财产损失最大的灾害，为群灾之首，严重危害人民生命安全与社会稳定。随着经济社会发展水平的提高，迫切需要突破传统抗震体系存在的安全隐患，发展先进有效的桥梁地震安全保护体系。

传统抗震体系及其安全隐患

随着传统抗震体系在工程中的广泛应用以及历次地震震害调查结果的积累，其存在的不足及安全隐患逐渐显现。概括起来，传统抗震体系存在的安全隐患主要体现在以下三个方面。

第一，目前人类对地球科学、地震工程尚存在诸多认知局限，导致地震难以预测、地震烈度难以准确确定，地震造成的大灾难往往发生在设防不足的低烈度区域。例如，我国唐山按6度设防（0.05g）、震中达11度（0.90g），汶川按7度设防（0.10g）、震中达11度（0.90g），青海玉树按7度设防、震中接近11度（0.80g），等等，设防烈度与实际烈度的地面震动加速度相差普遍达到了10～20倍。另外，受各种因素制约，我国现有设防烈度依然偏低，如公路桥梁的设计加速度峰值多在0.05-0.2g之间，而日本、智利为0.3g，土耳其0.2g-0.4g，伊朗0.35g。这既与我国国土100%为地震区域、罕遇大地震频发的客观因素不符，也与我国经济社会进入工业化中后期的发展阶段不相适应。

第二，在传统抗震体系下，相当一部分桥梁的结构自振周期在1～2s的范围内，与地面运动周期0.5～1.5s重叠区域较大，桥梁与地面运动容易发生共振现象（图1），导致桥梁地震反应常常被放大2-4倍，易产生桥墩破坏、倒塌等难以修复的震害。此外，传统支座的变形能力普遍较差，没有消耗地震能量输入的能力，支座与防止梁体掉落的构造措施协同性也不够，易发生落梁。

第三，传统抗震体系采用增大桥墩断面、增大刚度等“硬抗”的技术路线，其结果是结构刚度越大、结构地震作用也越大，在设计时容易陷入非良性循环,导致桥梁造价高10%～40%，而桥梁仍难以抵抗超大地震的冲击。传统抗震设计虽然允许桥墩产生延性损坏,但由于地震输入的不确定性及桥梁结构动力行为的复杂性,罕遇地震时塑性铰并不一定出现在设计部位,常导致结构严重受损甚至倒塌(图2)。

进入80年代，人们从历次震害中逐渐认识到传统抗震体系的局限与不足，兴起了结构隔震、减震与振动控制技术的研究与实践，这是过去40年来地震工程最重要的创新成果之一。这项技术是通过调整动力参数以大幅度降低结构的动力反应，从而成倍提高桥梁结构的耐震安全度。