地震災(zāi)害對鐵路橋梁的影響及其抗震設(shè)計(jì)與減隔震控制研究

地震災(zāi)害對鐵路橋梁的影響及其抗震設(shè)計(jì)與減隔震控制研究

摘要：通過汶川大地震的多座典型橋梁的震害，分析了此次大地震對公路橋梁破壞重而對鐵路橋梁破壞較輕的機(jī)理，根據(jù)鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從鐵路橋梁的抗震概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算設(shè)計(jì)、抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)等三個(gè)方面著手，提出了鐵路橋梁各設(shè)計(jì)階段應(yīng)有主輔之分的抗震設(shè)計(jì)思想，指出了減輕鐵路橋梁震害的有效途徑之一是采用減隔震控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鐵路橋梁震害；抗震設(shè)計(jì)；減震控制技術(shù)；隔震控制技術(shù)；研究

1 概述

2008年5月12日四川汶川發(fā)生8級強(qiáng)烈地震，作為災(zāi)后救援的生命線工程——道路橋梁工程遭到全面破壞，使救援部隊(duì)不能按時(shí)到達(dá)災(zāi)區(qū)第一線，給國家、社會和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失。

此次大地震雖過去了將近兩年，但反思這次特大地震，再一次給我們鐵路工程建設(shè)者敲響了警鐘，鐵路橋梁工程的安全及抗災(zāi)能力，直接關(guān)系到人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，建設(shè)者必須重視，作為建設(shè)工程的重要參與者——廣大的設(shè)計(jì)人員更應(yīng)高度重視。

通過汶川大地震的多座典型橋梁的震害，分析了此次大地震對公路橋梁破壞重而對鐵路橋梁破壞較輕的機(jī)理，根據(jù)鐵路橋梁的特點(diǎn)，從鐵路橋梁的抗震概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算設(shè)計(jì)、抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)等三個(gè)方面出發(fā)，提出了鐵路橋梁在不同設(shè)計(jì)階段的設(shè)想：工可研究階段的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)以概念設(shè)計(jì)為主，計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)為輔；初設(shè)階段的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)以計(jì)算設(shè)計(jì)為主，構(gòu)造設(shè)計(jì)為輔；施工圖設(shè)計(jì)階段的抗震設(shè)計(jì)則主要以構(gòu)造設(shè)計(jì)為主，計(jì)算設(shè)計(jì)為輔。指出了減輕鐵路橋梁震害的有效途徑之一是采用減隔震技術(shù)。

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的車橋振動的影響，有安全性和舒適性的硬性要求，因此，鐵路橋梁的橋墩往往設(shè)計(jì)得“又粗又大”，基礎(chǔ)“又深又寬”；反觀公路橋梁，由于其活載占整個(gè)橋梁的荷載比例較小，相比較而言的是其橋墩的設(shè)計(jì)往往是“又細(xì)又小”，基礎(chǔ)是“又淺又窄”。

基礎(chǔ)的深淺，直接導(dǎo)致地震波的輸入的大小，基礎(chǔ)越深，越接近“基巖”，輸入到結(jié)構(gòu)上的地震動峰值加速度相對較小，基礎(chǔ)越淺，越接近地表，輸入到結(jié)構(gòu)上的地震動峰值加速度是經(jīng)過放大了的，比基巖處的要大。

公路橋梁橋墩和基礎(chǔ)的易損性和輸入較大的場地地震動參數(shù)的實(shí)際情況，決定了公路橋梁在地震作用下的危害性較大；相對地，鐵路橋梁橋墩和基礎(chǔ)的特點(diǎn)，導(dǎo)致其抗震性能的提高，再加上輸入較小的場地地震動參數(shù)的實(shí)際情況，因此，鐵路橋梁在地震作用下的危害性相對較小。

（2） 橋梁的震害具有明顯的方向性

此次汶川大地震，造成了震中區(qū)大量的公路橋梁的破壞，而地處震中區(qū)的廣岳鐵路也未能幸免，可見，在地震震中區(qū)，由于場地的地震波能量巨大，無論什么結(jié)構(gòu)均要受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)，都要發(fā)生較大地破壞；但與斷裂帶幾乎平行的成綿高速公路和廣綿高速公路上的公路和鐵路橋梁的震害并不十分嚴(yán)重，與成綿高速和廣綿高速幾乎平行的寶成鐵路線上的鐵路橋梁震害，除了部分鐵路橋梁的支座出現(xiàn)損壞外，其余的部位受損情況并不十分嚴(yán)重，因此此次汶川大地震的地震具有明顯的方向性。

（3） 地震次生災(zāi)害山體滑坡和崩塌對沿溪沿河的橋梁損害較大。

此次汶川大地震的次生災(zāi)害主要是山體滑坡和崩塌，巨大的滑坡體和崩塌的巖石摧毀建于沿溪沿河的眾多橋梁，乃是這次發(fā)生在大山深處的汶川大地震的橋梁震害特點(diǎn)之一。

4 地震動峰值加速度較高地區(qū)的鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)的啟示與建議

現(xiàn)階段，雖然鐵路橋梁與公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有一些不同，但鐵路橋梁和公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)的基本理論是相同的。在鐵路橋梁的設(shè)計(jì)階段，一般包括預(yù)可研究、工可研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段， 2006年之前，鐵路橋梁的抗震設(shè)計(jì)主要依據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ111-87）（以下簡稱《87鐵工震規(guī)》或老規(guī)范），在2006年12月1日之后，鐵路橋梁的抗震設(shè)計(jì)主要依據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）（以下簡稱《06鐵工震規(guī)》或新規(guī)范）。

“震害是最好的老師”，從此次汶川大地震的震中區(qū)的橋梁震害，我們得到了諸多的啟示和值得進(jìn)一步關(guān)注的主要問題。

4.1 在工可研究階段強(qiáng)化抗震概念設(shè)計(jì)，選擇合理的橋位和橋型

鐵路橋梁工程可行性研究階段，主要是解決橋位問題，同時(shí)也要考慮橋型問題，那么，在地震動峰值加速度較大的地區(qū)，對橋位和橋型究竟如何考慮？是擺在設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)重要問題。從汶川大地震的橋梁震害，我們得到如下的啟示和建議：

（1）在工可階段應(yīng)強(qiáng)化抗震概念設(shè)計(jì)

鐵路橋梁的抗震概念設(shè)計(jì)包括正確的橋位場地選擇、合理的結(jié)構(gòu)選型和布置、恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系的采用。

（2）橋位場地的選擇

要基于橋址處場地的地質(zhì)和地形條件，高山峽谷地區(qū)的橋梁要注意大地震后的次生災(zāi)害山體的滑坡、崩塌和泥石流；基礎(chǔ)應(yīng)建在巖石或堅(jiān)硬的沖積層上。

（3）合理的結(jié)構(gòu)選型和布置

由于彎坡橋梁使地震反應(yīng)復(fù)雜化，橋軸線盡可能設(shè)計(jì)成直線；簡支梁容易落梁，橋面應(yīng)是連續(xù)的，盡可能少用伸縮縫；或設(shè)置防落梁裝置；橋跨應(yīng)盡量布置成小跨徑；橋臺和橋墩應(yīng)與橋軸線垂直。

（4） 恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系的采用

結(jié)構(gòu)體系的合理與否，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)各部位的地震作用大小，理想的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)是越簡單和越規(guī)則越好，傳力途徑要短，受力要簡明。

4.2 在初步設(shè)計(jì)階段強(qiáng)化抗震計(jì)算設(shè)計(jì)，確定合適的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)算準(zhǔn)則

鐵路橋梁初步設(shè)計(jì)階段，主要是解決橋型方案問題，那么，在地震動峰值加速度較大的地區(qū)，對結(jié)構(gòu)的抗震性能究竟如何確定？也是擺在設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)重要課題。從汶川大地震的橋梁震害，我們得到如下的啟示和建議：

4.2.1 鐵路橋梁的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

4.2.1.1 鐵路橋梁的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的概念

鐵路橋梁的抗震設(shè)防指為使橋梁工程在地震作用下能按設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能所采取的防御措施，而橋梁的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)即：橋梁按照規(guī)定的可靠性要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平所確定的抗震技術(shù)要求，一般由設(shè)計(jì)地震動參數(shù)及建筑使用功能的重要性確定。抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是衡量結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防要求高低的尺度，直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全度和工程造價(jià)的大小，是不能回避的問題。

4.2.1.2 建筑的抗震設(shè)防重要性類別

建筑的抗震設(shè)防類別重要性的劃分，是按建筑物對社會、政治、經(jīng)濟(jì)和文化影響程度來劃分的，參照《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50223-2008)的第3.0.2條和第3.0.3條（均為強(qiáng)制性條款），建筑根據(jù)其使用功能的重要性按表4-1進(jìn)行歸納分類。

表4-1 各類建筑按其使用功能的抗震設(shè)防重要性的分類

抗震設(shè)防重要性分類
使用功能的重要性
抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

地震作用
抗震措施

特殊設(shè)防類（簡稱甲類）
重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑。
高于本地區(qū)抗震設(shè)計(jì)基本地震加速度值 的要求，其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評價(jià)結(jié)果確定。
當(dāng) 時(shí)，應(yīng)按 的要求；當(dāng) =0.4時(shí)，應(yīng)按 ＞0.4的要求。

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