地震災害對鐵路橋梁的影響及其抗震設計與減隔震控制研究

地震災害對鐵路橋梁的影響及其抗震設計與減隔震控制研究

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理，根據(jù)鐵路橋梁的結構特點，從鐵路橋梁的抗震概念設計、抗震計算設計、抗震構造設計等三個方面著手，提出了鐵路橋梁各設計階段應有主輔之分的抗震設計思想，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。

關鍵詞：鐵路橋梁震害；抗震設計；減震控制技術；隔震控制技術；研究

1 概述

2008年5月12日四川汶川發(fā)生8級強烈地震，作為災后救援的生命線工程——道路橋梁工程遭到全面破壞，使救援部隊不能按時到達災區(qū)第一線，給國家、社會和人民的生命財產帶來了巨大損失。

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者敲響了警鐘，鐵路橋梁工程的安全及抗災能力，直接關系到人民生命和財產的安全，建設者必須重視，作為建設工程的重要參與者——廣大的設計人員更應高度重視。

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理，根據(jù)鐵路橋梁的特點，從鐵路橋梁的抗震概念設計、抗震計算設計、抗震構造設計等三個方面出發(fā)，提出了鐵路橋梁在不同設計階段的設想：工可研究階段的抗震設計應以概念設計為主，計算和構造設計為輔；初設階段的抗震設計應以計算設計為主，構造設計為輔；施工圖設計階段的抗震設計則主要以構造設計為主，計算設計為輔。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。

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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計得“又粗又大”，基礎“又深又寬”；反觀公路橋梁，由于其活載占整個橋梁的荷載比例較小，相比較而言的是其橋墩的設計往往是“又細又小”，基礎是“又淺又窄”。

基礎的深淺，直接導致地震波的輸入的大小，基礎越深，越接近“基巖”，輸入到結構上的地震動峰值加速度相對較小，基礎越淺，越接近地表，輸入到結構上的地震動峰值加速度是經過放大了的，比基巖處的要大。

公路橋梁橋墩和基礎的易損性和輸入較大的場地地震動參數(shù)的實際情況，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的特點，導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，無論什么結構均要受到嚴峻的考驗，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之一。

4 地震動峰值加速度較高地區(qū)的鐵路橋梁抗震設計的啟示與建議

現(xiàn)階段，雖然鐵路橋梁與公路橋梁的抗震設計規(guī)范有一些不同，但鐵路橋梁和公路橋梁的抗震設計的基本理論是相同的。在鐵路橋梁的設計階段，一般包括預可研究、工可研究、初步設計、施工圖設計等幾個階段， 2006年之前，鐵路橋梁的抗震設計主要依據(jù)《鐵路工程抗震設計規(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，鐵路橋梁的抗震設計主要依據(jù)《鐵路工程抗震設計規(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一步關注的主要問題。

4.1 在工可研究階段強化抗震概念設計，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？是擺在設計人員面前的一個重要問題。從汶川大地震的橋梁震害，我們得到如下的啟示和建議：

（1）在工可階段應強化抗震概念設計

鐵路橋梁的抗震概念設計包括正確的橋位場地選擇、合理的結構選型和布置、恰當?shù)慕Y構體系的采用。

（2）橋位場地的選擇

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

（3）合理的結構選型和布置

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

（4） 恰當?shù)慕Y構體系的采用

結構體系的合理與否，直接關系到結構各部位的地震作用大小，理想的橋梁結構應是越簡單和越規(guī)則越好，傳力途徑要短，受力要簡明。

4.2 在初步設計階段強化抗震計算設計，確定合適的設防標準和驗算準則

鐵路橋梁初步設計階段，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)，對結構的抗震性能究竟如何確定？也是擺在設計人員面前的一個重要課題。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 鐵路橋梁的抗震設防標準

4.2.1.1 鐵路橋梁的抗震設防標準的概念

鐵路橋梁的抗震設防指為使橋梁工程在地震作用下能按設計要求實現(xiàn)預定功能所采取的防御措施，而橋梁的抗震設防標準即：橋梁按照規(guī)定的可靠性要求和技術經濟水平所確定的抗震技術要求，一般由設計地震動參數(shù)及建筑使用功能的重要性確定。抗震設防標準是衡量結構抗震設防要求高低的尺度，直接關系到橋梁結構的安全度和工程造價的大小，是不能回避的問題。

4.2.1.2 建筑的抗震設防重要性類別

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

表4-1 各類建筑按其使用功能的抗震設防重要性的分類

抗震設防重要性分類
使用功能的重要性
抗震設防標準

地震作用
抗震措施

特殊設防類（簡稱甲類）
重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑。
高于本地區(qū)抗震設計基本地震加速度值 的要求，其值應按批準的地震安全性評價結果確定。
當 時，應按 的要求；當 =0.4時，應按 ＞0.4的要求。

如：大型關鍵橋梁；危險品倉 ……（未完，全文共12409字，當前僅顯示2952字，請閱讀下面提示信息。收藏《地震災害對鐵路橋梁的影響及其抗震設計與減隔震控制研究》）