桥梁设计分析范文

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第1篇

关键词：桥梁；抗震设计；设计原理；设计要点

中图分类号：U441+.4 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）05-（页码）-页数

近年来，我国地震频频发生，但随着我国经济建设的快速发展，抗震防灾越来越重要。公路桥梁是社会重要的交通枢纽，公路桥梁等交通工程在地震中遭到严重破坏，严重影响到抗震救灾的需要。因此，增强桥梁的抗震能力，加强桥梁工程抗震研究的重要性便显得十分重要。而在桥梁的设计与施工中对桥梁的抗震能力有着特殊的要求，做好抗震强度和稳定的设计工作，是目前做好桥梁工程的重中之重。

1 地震对桥梁的破坏原因分析

当地震发生后，桥梁的破坏形式一般表现为以下几种：

（1）桥台。桥台的破坏主要表现为桥台与路基一起向河心滑移，导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂；重力式桥台胸墙开裂，台体移动、下沉和转动；桥头引道沉降，翼墙损坏、开裂，施工缝错工、开裂以及因与主梁相撞而损坏。

（2）桥墩。桥墩破坏主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，受压缘混凝土崩溃，钢筋屈曲，桥墩与基础连接处开裂、折断等。

（3）支座。在地震力的作用下，由于支座设计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，并由此导致结构力传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。

（4）主梁。桥梁最严重的破坏现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜、倒塌，支座破坏，梁体碰撞。

（5）地基与基础。地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的重要原因。地基破坏主要表现为砂土液化、地基失效、基础沉降和不均匀沉降破坏及由于上承载力和稳定性不够，导致地面产生大变形，地层发生水平滑移、下沉、断裂。

（6）桥梁结构。桥梁结构的破坏表现在如结构构造及连接不当所造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降或斜度过大而造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏现象等。

2 桥梁的抗震设计原理

尽管目前的桥梁抗震设计分析的手段在不断提高，分析的理论在不断完善，但由于抗震设计计算原理是建立在一定假设条件基础上的，地震作用的复杂性，地基影响的复杂性和桥梁结构体系本身的复杂性，可能会导致理论计算分析和实际情况相差很大。常见的桥梁抗震设计方法有：设计静力法、反应谱法和动态时程分析法。

（1）静力法

静力法把地震加速度看作是桥梁结构破坏的唯一因素，忽略了结构本身动力特性对结构反应的影响，应用存在较大局限性。事实上只有绝对钢性的物体才能认为在振动过程中各个部分与地震动具有相同的振动，所以只对刚度很大的结构例如重力桥墩、桥台等结构应用静力法近似计算。

（2）反应谱法

目前我国的公路及铁路桥梁均主要采用反应谱方法。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世纪六十年代以后伴随有限元法、计算机技术两方面的发展而出现的。该法把大型桥梁结构离散成多节点、多自由度的结构有限元动力计算模型，将地震强迫振动的激振（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。

3 桥梁的抗震设计

3.1对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造，以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁，另外还应适当的加宽墩台顶盖梁及支座的宽度，并增设防止位移的隔挡装置。对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。

3.2在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均，墩身刚度不等极易发生震害。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度，以便使之刚度尽量保持一致。地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大，从而降低墩柱的延性力。

3.3对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用减、隔震支座，以及在梁体和墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼以便共同受力和减小水平桥梁荷载。

3.4由于拱桥对支座水平位移十分敏感，而两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址以保证震时各支座的同步激振。

3.5桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上，应加强基础的整体性和刚度，同时采取减轻上部荷载等相应措施，以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。在可能发生地震液化的地基上建桥时，应采用深基础，使桩或沉井穿过可能液化的土层埋人较稳定密实的土层内一定深度。并在桩的上部，离地面1～3m的范围内加强钢筋布设。

3.6墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋，以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢盘伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性，并且，桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力，不允许有塑性铰接。

3.7采用将桥墩某些部位设计成具有足够的延性，以使在强震作用下使该部位形成稳定的延性塑性铰，并产生弹塑性变形来延长结构的振动周期，耗散地震力。

3.8采用上部结构和桥墩完全连接的刚构体系，并且桩尖穿过可液化层达到坚硬土层上，由于结构的超静定次数增大和坚实的桩尖承载能力的保证，减少了由于土壤变形而失效的可能性。

4 桥梁抗震设计要点

4.1桥梁抗震设计在多级设防标准的要求下，对结构强度、延性变形、结构控制、结构整体稳定也要求在多级设防的原则下进行抗震设计。

4.2对桥梁抗震性加以分析研究，某类结构不能在地震区内修建。在分析研究原有结构抗震性能的基础上，应提出更能适应地震作用的结构型。其次，对结构抗震设计不是被动地作为地震作用时结构强度、变位的验算，而是要从设计角度，提高结构的防震能力，要系统考虑结构的行为能力设计。

4.3针对目前大量高架桥倒塌毁坏的教训，必须开展对抗震支座、各种型式桥墩的延性研究，要利用约束混凝土的概念提高它的延性。不但对钢筋混凝土、预应力混凝土，而且对高强混凝土结构、混合结构的延性都需展开研究。

4.4研究结构控制的有效型式，加强抗震措施。必须采用“以柔克刚”的设想来考虑地震区结构抗震设防的出发点。对地裂、地面锗动、边坡倒塌、沙土液化时桥梁结构如何抗震设防也应该作深入的研究。

结语

虽然目前还没有科学技术来提前预测地震的发生还，但是在地震发生前，我们是可以提前防范，以减少损失的。只要我们通过研究认识地震对结构的破坏规律，对桥梁的设计，根据具体的地质环境条件，同时综合考虑经济因素与安全因素，选择最合理的抗震措施，就能尽量降低地震灾害的影响。

参考文献

[1]袁腾文.浅谈公路桥梁的防震设计[J].工程技术， 2009，（3）.

第2篇

关键词：城市，立交桥，桥梁，设计

中图分类号： TU997文献标识码：A文章编号：

引言 随着城市化建设的不断加快和城市交通流量的持续上升，城市平面交叉道口经常会出现车辆拥挤和堵塞的情况。为了解决这种问题，城市立交桥应运而生，它在确保车辆畅通和交通安全方面发挥了重要的作用。而桥梁作为立交桥的关键部分，在整个设计中具有非常重要的作用。桥梁设计在具有一定美观特性的基础之上，必须要具备相应的功能性，这是其作用的关键部分。此外，立交本身通常是坡、弯与斜桥同时位于竖曲线上，本身线形具有多边形，所以桥梁设计除了要遵照匝道线形的要求之外，还必须满足桥下视距、净空和功能要求。

一、城市立交桥桥梁设计特点

城市立交桥桥梁设计特点可以概括为一下几点：（1）因为受到原有地形、地物的影响，为了实现公交道路更多的功能作用，一般会选择半径稍小的坡、弯和斜桥，并且多数情况下超高值会设置得相对大一些。（2）城市立交桥都是建立在已有城市道路主干道之上的，而且不会影响正常的交通运行，所以钢箱梁结构的应用越来越多，因为这种结构桥梁具有整体性能较好、架设工期比较短、抗扭强度大等特点。（3）为了尽快方便市民车辆出行，城市立交桥的施工期限一般都比较短，为了适应这种需求，在城市立交桥的设计中，结构设计种类有单一化和标准化的驱使，且跨径桥梁布置的采用逐渐增多。（4）为了适应现代文化城市建设的需要，立交桥本身的设计除了满足功能需求之外，还应该具有美观因素，一般基本要求是造型优美、线性流畅，能够给人们一种美的视觉享受，所以高度斜腹板箱，如独柱式桥墩和较大悬臂等结构设计的应用越来越多。

二、桥梁位置的选定设计

立交桥桥梁位置的选定一般应在立交设计以前就确定好，它设计的内容非常广泛，是影响立交线形与其他部分工程项目的重要环节。立交区内的跨线桥即是被交路与主线相交而设的跨越性桥梁，它的位置一般是根据被交路和主线的位置来确定的。当被交路纯在更改建等其他规划可能时，应该将被交路移位的多种可预见情况充分考虑在内，使建起的跨线桥在规定年限内能满足被交路和主线的使用需求。匝道桥是匝道和被交路或者主线相交而设的桥梁，在匝道线形设计时要考虑整体桥梁实施的经济性与可靠性。立交区内其他桥梁如渠的桥梁、跨越河等是根据地物、地形和路网布局需求而设的。

三、桥梁跨径和结构选型

1.桥梁跨径设计。通过多年的实际工作经验和大量立交桥桥梁设计案例总结分析得知，一般桥梁跨径设计在25-30m范围左右比较经济合理。跨径过小的话，桥墩的设计就会相应增多，这样不仅从外观上使整个立交桥显得零乱，在功能方面也不利于交通组织；反之，跨径过大，相应就会使梁高增加，道路纵断提高，不仅增加整个工程的经济投入和占地面积，还会影响周边环境。当桥墩及跨越底层道路部分对交通实现产生不利影响的时候，应该尽量增大桥梁跨径，以满通需要，提高桥下通透性。

2.结构选型。桥梁结构型式选择要在确保耐久、安全、可靠的基础之上，合理兼顾外部造型的美观、简介，充分考虑设计的先进性、经济性和科学合理性，保证工程施工简单方便、工期短，且在施工期间能够合理组织地面交通运行。近几年，为了有效解决桥梁施工期间的交通运行问题，桥梁跨越底层道路设计多采用钢箱梁和钢、混组合箱梁结构。这两种结构与之前多采用的预应力混凝土连续箱结构相比，具有以下两点优势：一是桥梁跨越能力比较强大，梁高减小，且当主线上有净空条件限制的时候，在保证立交桥功能的前提下，进一步缩短立交桥长度，缩减工程的影响范围和占地面积。二是钢结构施工简便、周期短，且对桥下交通影响比较小。这是因为桥梁钢结构部分是在工厂预制的，施工现场只需在拼装位置设置临时桥墩即可。但是这两种结构的经济投入比预应力混凝土结构稍微有有所增加，但是从总体投资和后期的社会效益来看，值得推广应用。

（1）钢箱梁结构。这种桥梁结构外形美观、简洁、线形流畅，并且其抗扭刚度大、重量轻、强度高，整体性能比较好，除此之外，其施工简便易行、工期短，施工期间对道路交通的影响比较小。无论是连续梁结构还是简支结构，中小跨径的钢箱梁结构设计都可以通过调整底、顶板厚度来适应主梁弯矩的变化，使钢板应力控制在合理范围内的前提下不增加施工和设计难度。这种结构的设计和施工顺应了城市立交桥桥梁的发展趋势，在保证现有交通运行的同时，有效提高施工进度。需要注意的是，城市立交匝道桥在采用钢箱梁结构的时候，应充分考虑箱梁横向抗倾覆问题，设计时在可能的情况下应该多选用双支座；两支座横向间距可适度增大，或者设置抗拉支座。

（2）预应力混凝土结构。这种桥梁结构为了便秘出现曲线桥径向“爬移”和支座脱空现象，设计时可以采取以下措施：尽可能多地设置双支座，或者在中间独柱墩间隔几跨设计成固结墩；遇到中间墩都是独支承的情况，连续梁结构每联长度控制在100m以内；曲线桥中间独柱墩支座按相关计算设置向外弧的预偏心，同时增加桥台处或者联端的双支座横向间距。

（3）曲线桥梁设计。曲线桥梁线型变化比较多样，结构受力也很复杂，尤其是小半径曲线桥梁，除了要承受剪力、弯矩以外，还要承受较大扭矩和翘曲双力矩的作用。在实际设计中，可以应用梁格系分析法和有限元法两种方法进行分析设计，前者基本思路是将桥梁上部结构离散为一个刚度几近等效的梁格体系进行分析，然后再将结果还原到员结构中进行计算设计。这种方法程序金丹，易于理解和操作，但是不能考虑扭转、畸变等产生的界面翘曲，而有限元法则可以应用于各种复杂多变的结构分析设计之中。

结语 在城市立交桥桥梁设计分析过程中，除了要从文化角度考虑其外形美观度之外，更应该从其功能性出发，结合各交通道路及环境的不同情况，综合分析各种结构的优缺点，择优选择最合适的桥梁结构型式，有效解决道路交通问题。

参考文献：

第3篇

关键词：桥梁 抗震 设计

中图分类号： TU997文献标识码： A

一、桥梁的抗震设计原理

目前桥梁的抗震设计计算原理是建立在一定假设条件基础上的，尽管分析的手段不断的在提高，分析的理论不断的在完善，但由于地震作用的复杂性，地基影响的复杂性以及桥梁结构体系本身的复杂性，可能会导致理论计算分析和实际情况相差很大。现常见的桥梁抗震设计方法有：设计静力法、反应谱法和动态时程分析法。下面就分别对应不同的假设条件和设计原理做一探讨。

（一）静力法

静力法把地震加速度看作是桥梁结构破坏的惟一因素，忽略了结构本身动力特性对结构反应的影响，应用存在较大局限性[

]。事实上只有绝对刚性的物体才能认为在振动过程中各个部分与地震动具有相同的振动，所以只对刚度很大的结构例如重力桥墩、桥台等结构适用静力法近似计算。

（二）反应谱法

反应谱方法是目前我国公路及铁路桥梁采用的重要方法。其思路是对桥梁结构进行动力特性分析，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。

（三）动态时程分析法

动态时程分析法是上世纪60年代以后伴随有限元法、计算机技术两方面的发展而出现的。该法把大型桥梁结构离散成多节点、多自由度的结构有限元动力计算模型，将地震强迫振动的激振直接输入，借助计算机逐步积分求解结构反应时程。

二、桥梁抗震设计原则  

合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。要达到这个要求，就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素，并具有丰富的经验和创造力，而不仅仅是按规范的规定执行[]。以下为抗震设计应尽可能遵循的一些基本原则，这些原则基于历次的桥梁震害教训和当前公认的理论认识。  

1场地选择

除了根据地震危险性分析尽可能选择比较安全的厂址之外，还要考虑一个地区内的场地选择。选择的原则是：避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。 

2体系的整体性和规则性

桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀，对称、规整，避免突然变化。 

3提高结构和构件的强度和延性

桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化，因此，只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。 

4能力设计原则

能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件(延性构件和能力保护构件-不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件)和不同破坏模式(延性破坏和脆性破坏模式)之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想。 

三、桥梁的抗震设计方法和抗震要点

1、桥梁抗震的设计方法

采用减隔震支座。

采用减、隔震支座(铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等)在梁体与墩、台的连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应；采用减、隔震支座桥梁结构的梁体通过支座与墩、台相联结，大量的试验和理论分析都表明采用减震支座对桥梁结构的地震反应有很大的影响，在梁体与墩、台的联结处安装减、隔震支座能有效地减小墩、台所受的水平地震力。

利用桥墩延性减震。

利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法，桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性，以便在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期、耗散地震能量。

采用减震的新结构。

型钢混凝土结构是在混凝土上包裹型钢做成的结构。它与钢筋混凝土结构相比具有一系列优点,其承载力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件承载力一倍以上，具有较好的抗剪能力，延性比明显高于钢筋混凝土结构，滞回曲线较为饱满，耗能能力有显著的提高，从而呈现出良好的抗震性能。能够隔离、吸收和耗散地震能量，同时可以节约材料，降低造价。

2、减震设计中的要点

(1)结构的刚度对称有利于抗震，不等跨的桥梁容易发生震害。

特别是一座桥内墩身高度相差过大，在较矮的桥墩上会产生很大的地震水平力，跨径不同。在大跨径的桥孔的桥墩上也产生大的地震力。设计上应尽量避免在高烈度区采用这种桥型，如无法避免,宜在不利墩上设置消能措施降低墩顶集成刚度，如设置抗震支座等。

斜桥的抗震性能较差。

由于斜交桥的质心和扭转中心并不重合,导致了在地震反应当中上部结构有旋转的趋势。在地震中，斜交桥相对于正交桥更易遭到破坏。另外，地震时桥台处河岸不稳，易向河心滑移，使桥长缩短,桥孔发生错动或扭转,造成墩台身开裂或折断。如地基条件允许，可采用T型或型这类整体性强、抗扭刚度大的桥台。如在松软的地基上，桥梁宜正交,并适当增加桥长，使桥台放在稳定的河岸上。

四、小结：

桥梁结构有效的抗震措施还有许多， 此我们在桥梁设计过程中须认真分析和了解结构的地震反应和特性，精心设计并采取一系列有效的抗震措施。桥梁抗震设计是一项系统工程，体现在设计的各个阶段，需要认真对待。

参考文献：

[1] 范立础，胡世德，叶爱君.大跨度桥梁抗震设计[M].北京:人民交通出版社，2001

[2] 宋晓凯.桥梁抗震设[M].山西建筑，2007 

[3] 严家伋. 道路建筑材料第三版[M].北京：人民交通出版社，2004.01

[4] 刘滨谊．桥梁规划设计[M]．东南大学出版社，2002

[5] 赵永平，唐勇. 道路勘测设计[M].北京：高等教育出版社 ，2004.08

作者简介：黄神忠（1984.09～），男，汉族，广西贺州人，大学本科学历，广西华蓝设计（集团）有限公司助理工程师，主要从事道路、桥梁设计工作和研究。