浅谈日本桥梁抗震补强设计

李卓群刘家兴

摘要：本文先对日本桥梁抗震设计的发展和日本桥梁现状做了简单介绍。然后，重点介绍了日本桥梁的抗震补强设计系统，并对系统的设计思想、构成部分和设计原理做了阐述。

关键词：日本桥梁抗震；落梁防止构造；变为限制构造；段差防止构造

Abstract：This paper, firstly, briefly introduces the development of Japanese bridge seismic design and the current status of Japanese bridge, and then emphatically introduces the seismic strengthening design system of Japanese bridge, and expounds the design thoughts, components and design principle of the system.

Keywords：Japanese bridge aseismic；the structure for bridge collapse preventing；

the structure for displacement preventing；the structure for ramp preventing

中图分类号: U442.5+9 文献标识码：A文章编号：

1 日本桥梁抗震设计的发展

日本是个地震多发国家。1923年在东京附近发生的关东地震，给日本带来了巨大损失。因此，在道路桥梁建设方面人们开始考虑抗震设计。1929年，日本设计规范中提出了简单而明确的抗震设计方法——震度法。之后经过多次地震的洗礼，日本桥梁抗震设计逐步修正趋于成熟。1995年以前，在土木界中有“震不倒”的佳话。但是，1995年阪神大地震使房屋，桥梁等结构大量倒塌，直接或间接地造成6000余人的死亡以及巨大的经济损失。日本桥梁工程界吸取了这次地震灾害的教训，分别在1996年和2002年两次对抗震设计规范做了大幅度修订。

2 日本桥梁现状

现在，日本国内新建的钢桥越来越少，越来越多的是对现有旧桥的抗震补强。旧桥一方面是由于建设的时候是按照旧规范建的，已经不能达到新规范的标准了；另一方面，随着使用的时间推移，经历几次地震之后，已经损坏的比较严重了,其抗震性能也已经无法达到要求，因此就需要对一些旧桥进行抗震补强，使其可以继续使用。

3 抗震补强的设计

3.1 抗震补强要考虑的条件

抗震补强要考虑：地形、地质条件、周边环境、构成桥梁的各部分结构以及桥梁整体的抗震性。

3.2 抗震补强的设计系统简述

3.2.1 梁的搁置长度（SE）

梁的搁置长度（SE），即梁端部与桥台或桥脚边缘的距离。当桥梁在大地震的作用下，上、下部结构间产生较大的相对位移时，此搁置长度用以防止上部结构落下。

SE=uR + uG ≧ SEM

SEM =0.7 +0.005l

uG =

式中SE ：梁的搁置长度；

uR：上部结构与桥墩之间的相对变位；

uG：地震发生时由于地基变形引起的地基相对变位；

SEM：梁的最小搁置长度（斜桥与曲线桥用另外的公式计算）；

l ：梁的跨度（m）；

L ：对梁的搁置长度有影响的下部构造间的距离（m）；

梁的搁置长度对于一下桥梁要考虑加大：（1）土壤液化有可能引起下部构造产生较大变位的桥梁；（2）斜角60度以下的斜桥及半径100m一下，交角30度以上的曲线桥；（3）基本震动周期1.5秒以上的高桥墩桥梁。

当照查的结果显示：梁的搁置长度（SE）不满足梁的最小搁置长度时，就要对桥台或桥脚进行补强。补强的方式有对桥台或桥脚进行扩幅，使其达到最小搁置长度的要求。

3.2.2落梁防止构造

当桥梁在大地震的作用下，为了防止桥的上部构造落下而设置的构造。

落梁防止构造的耐力

HF = 1.5 Rd

SF = CF SE

式中HF ：落梁防止构造的设计地震力；

Rd ：支座的恒载反力；

SF ：设计最大位移；

CF ：设计变位系数（一般取0.75）；

SE ：梁的搁置长度；

当照查结果显示需要设置落梁防止构造时，就要选择防止落梁的方式。防止落梁的方式有很多种： 梁与梁之间设置缓冲材；梁与桥脚或桥台之间设置缓冲材；在桥台或桥脚上设置突起等。梁与梁之间设置缓冲材还有PC钢材联结、锁链联结。梁与桥脚或桥台之间设置缓冲材也分PC钢材联结、锁链联结。

3.2.3 变位限制构造

为了保证在地震来时，桥既可以在一定范围内移动，以缓冲地震带来的冲击力；又不使梁产生过大的变位量，而导致落梁。这时就要设置变位限制构造，用以约束桥的变位量。变位限制构造的设计移动量要大于支座在L1地震等级下的变形量，即在小的地震或正常使用时变位限制构造不起作用。

变位限制构造与A型支座(两端由桥台支持，梁长小于50m的桥梁可以使用A型支座；包括橡胶支座和钢支座。A型支座可以独自承担L1地震产生的水平力和铅直力；但须和变位限制构造共同承担L2地震产生的水平力。)配合使用，以抵抗L2地震产生的水平力，防止上下部构造间产生较大的变位。使用B型支座(除了A型支座列举的情况外，一般使用B型支座。B型支座在L1、L2地震水平力和铅直力作用下，均能保证支座性能。)时，为了限制某些特殊桥梁在桥直方向上产生的变位，也需设置变位限制构造。

变为限制构造的设计抗拉力

Hs = 3 Kh Rd

式中Hs ：变位限制构造的设计地震力；

Kh ：L1地震等级的设计水平震度系数；

Rd ：支座的恒载反力；

变位限制构造的形式也有很多种：在桥台或桥脚上设置突起；在梁与桥台或桥脚上设置PC联结材；在梁与桥台或桥脚上设置锁链联结材等。

3.2.4 段差防止构造

为了防止较大的地震来时，支座发生破坏而使上部构造产生较大的下沉，从而对桥体产生破坏，而预设的支撑构造。通常在端支点的位置设置，并且段差构造的顶部要设置缓冲材，用以减小上部构造落下时的冲击力。通常与落梁防止构造和变位限制构造一起对桥体起到保护作用。

4 结语

我国也是地震多发国家，大部分国土都处于6级及以上地区，但是我国的桥梁设计时却很少考虑到抗震设计。因此，对地震过后桥梁的补强检讨显得尤其重要。日本的抗震补强技术很先进，值得我国借鉴，希望我的简单介绍能给我国桥梁设计者一些参考。

参考文献：

[1]日本道路协会. 道路桥示方书•同解说Ⅴ•耐震设计篇(H14)[S] .

[2]日本道路协会. 道路桥示方书•同解说Ⅴ•耐震设计篇(H8)[S] .

[3]日本道路协会. 道路桥耐震设计指针•同解说[M] . 东京：财团法人日本道路协会. 1972.

[4]既设桥梁落桥防止系统•设计手引(改订版) . 社团法人：日本桥梁建设协会.