桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法研究

究

摘要：经过多年的快速发展，我国公路网也逐渐成型，桥梁工程的建设规模逐年增加。桥梁结构作为公路交通流通行的重要构造物，其受力特性十分复杂。随着全球地震活动和极端气候频发，桥梁工程在运营期间可能受到地震波和风荷载的双重作用，如果桥梁抗风抗震能力设计不足，可能发生失稳、颤振等病害，影响行车安全和舒适度，严重的可能会出现桥梁结构倒塌事故，造成一定程度的人员伤亡和经济损失。

关键词：桥梁；抗震与抗风；设计理念；设计方法 引言

在地震力作用下，导致桥梁结构安全性不足，交通网络瘫痪，造成巨大的经济损失现象比比皆是。因此，研究桥梁抗震性能非常重要。目前，我国通过对中小跨径桥梁进行相关试验，模拟桥梁结构在地震力作用下内力的变化规律，最终得到桥梁抗震分为延性抗震和减隔震。桥梁通过减隔震可以耗散能量，降低地震的反应。风荷载对桥梁的影响同样较大，对桥梁造成的病害也是多方面的，但在早期桥梁设计过程中，人们常常忽略风荷载对结构的影响，导致桥梁出现较大震荡，使桥梁出现疲劳破坏。

1地震对桥梁的破坏性

地震自然灾害对桥梁建筑工程结构具有较强的破坏性，主要表现在场地和桥梁地基的破坏作用以及场地震动作用两大方面。其中，场地和对地基的破坏作用主要体现为地震自然灾害发生时，场地和地基遭受破坏后引起桥梁外表面结构的破损，并进一步引起其他自然灾害。桥梁工程结构受到不同程度的破坏后，会引发桥墩开裂、倾斜、支座结构抛锚、支座滑移，甚至是桥梁倒塌等诸多安全问题。由于桥梁建筑结构受到地震自然灾害的破坏有所不同，其所表现的灾害形势也就

有所不同，往往会导致桥梁建筑结构产生位移，甚至会对上部结构的关键节点产生影响。图1为某桥梁建筑工程结构遭受地震灾害后的具体表现形式。由于建筑结构场地和地基的破坏作用较为强烈，对斜坡地貌，甚至是地基土质较为软弱的桥梁建筑工程结构的影响更加显著，严重者甚至会导致桥梁整体下沉、整体主体结构的开裂甚至是倒塌等。场地的震动作用主要是指由于地震自然灾害发生时，强烈的地面运动引起桥梁建筑工程结构的震动，进而产生一定的破坏，强烈的地面震动引起的桥梁建筑工程结构破坏，同时也是引发其他地震结构诸如地基失效、滑坡，甚至是塌陷等外部条件的重要原因。

2抗震方面设计理念

从设计理念来看，有必要思考桥梁的抗震功能。设计人员在设计前，应在头脑中绘制图纸，确定抗震工作的中心思想，然后对桥梁的实际施工环境进行现场调查，并考虑当地的实际情况和可能发生的事故，使桥梁的抗震设计更加专业，符合当地的要求。设计人员必须考虑到可能存在的质量问题，同时将这些解决方案纳入设计理念，这样桥梁设计才能抵抗更多振动的影响。充分考虑材料和组件的情况，研究变形能力，融入设计理念，使桥梁将来能更好地为人们服务。

3桥梁抗风设计理念

确保桥梁结构的安全、可靠性和耐久性是桥梁设计的主要目的和防风结构。特别是，在风中强烈的桥梁设计概念应包括以下内容:第一，在桥梁结构的寿命最大风速下，桥梁结构的破坏性自激扩散振动不应存在。第二，随着桥梁结构的寿命，受风荷载等因素的影响，桥梁结构的强度和刚度必须符合设计标准，不能有静不稳定。第三，结构无损风振的振幅必须满足结构疲劳和行车安全等设计要求。最后，为了提高结构的抗风能力，可以采取气动测量、机械措施和结构措施等适当措施。由于自然风会引起风引起的震动，因此，风力强的桥梁设计主要需要确保桥梁的设计风速与临界风速(颤振和盖洛普)相比具有足够的安全性，以便在不同阶段桥梁结构的抗风能力能够满足要求。

4抗震设计方法的变化 4.1静力法

桥梁结构抗震系数提高已经成为设计工作中需要广泛关注的问题，在实际工作中需要选择正确的抗震方法，使得最终的抗震效果能够得到全面提高。在实施工作中可以选择静力方法进行抗震设计，假设各个物体和各个部分之间的地震具有相同的震动，结构上的作用只局限于地面运动或者是物质质量所产生的惯性力，在实际设计方案中需要忽视进容运动特征和结构的动力性，通过地震的惯性力来进行结构内力分析。从动力学的角度来看，地震加速度只是作为结构破坏的单一因素，具有一定的局限之处，并且还要考虑动力特征方面的因素，只有结构物的基本特征，周期比地面卓越周期小时，那么当地震发生时，桥梁结构不会受到任何的破坏。在实际工作中需要加强对静立法的有效认识以及了解，同时还需要融入抗震计算方面的工作要点，使得抗震设计效果能够得到全面提高。

4.2反应谱法

静力学计算分析对于地震作用的影响分析缺点非常明显，根据现阶段已有研究成果提出了新的研究方法——反应谱法。地震在桥梁设计中采用设防烈度来表示可以承受的最大地震作用，桥梁结构地震反应谱法能够最大限度地替代静力计算模型中的不足，动力地震反应谱很好地结合了梁结构的运动特性，静力计算还是采用原始的假定地震荷载进行分析，因此在设计中采用传统地震荷载结合地震反应谱进行分析，能够有效反映出地震对桥梁的实际影响状态。

5桥梁风振设计方法

桥梁风荷载可靠性分析。桥梁风荷载的影响主要有脉动风荷载、平均风荷载2种表述方式。采用随机变量风荷载模型，按照一定的风速统计，并将这种风速进行分析呈现一定的分布规律，此时所采用的风速荷载分析选用平均风荷载。设计过程中没有经过系统统计风速概率变量，而是随机选取风速进行模拟，按照统计学的相关方法，来描述脉动风荷载，通常是用功率谱密度来表示，这种分析方法称为脉动风荷载。根据桥梁实际风荷载的作用形式常采用的分析模型为：在设计基准期内，对于设计基准风速引起的荷载效应，采用超越失效模式进行主梁风振稳定性、可靠性分析。功能函数取值根据结构抗力与荷载效应的差值选用；根据荷载效应的作用特点，主梁采用风振安全可靠性超越失效模式分析时，桥梁设计刚度、强度是结构抗力的主要决定因素。桥梁抗风理论模型的目标是通过计算

使桥梁达到失效状态极限应力时的风荷载，来确保桥梁在风荷载作用下安全可靠。最常用的是根据失效概率函数模型，通过一次二阶矩阵模型得到临界颤振风速，求得均值和方差。

结束语

综上，（1）地震和风在重现期、作用方式、设防目标、破坏形式等方面不同，对桥梁结构的影响也有一定的差异；（2）桥梁结构在进行抗震设计时应合理选择工程场区、确保抗震体系的完整性、提高构件强度和延性，并选择安全度差异抗震设计理念；（3）桥梁结构抗震设计方法包括静力法、反应谱法、动态时程法等；（4）影响桥梁抗风设计的因素有风参数、桥梁动力特性、颤振临界风速、抖震效应等，常用的设计方法有桥梁抗风的静力计算、桥梁风振可靠性设计等。

参考文献

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