山区公路桥梁抗震设计与抗震加固对策分析

目前我国对公路桥梁工程给予高度重视，公路线路也逐渐覆盖到全国各地，其中不乏边远山区。因为山区地形地势复杂，所以多修建公路桥梁工程，桥梁也作为山区与其他地区的连接纽带，为地区经济发展起到推动作用。考虑到山区地震灾害频发，对公路桥梁工程的抗震性能提出极大的挑战，公路桥梁工程的抗震设计尤为重要，同时做好抗震加固工作，优化公路桥梁的抗震性。有鉴于此，本文选择某山区公路桥梁工程，总结抗震设计要点和抗震加固策略，以增强公路桥梁工程稳定性与安全性。

1 工程概况

本文研究的公路桥梁工程全长 2 536m，上部结构为复合式结构，由连续箱梁、刚构桥和连续梁箱梁组成，下部结构则为薄壁空心墩，采用承台和群桩基础形式，主墩材料选用 C40 混凝土，而纵向钢筋型号则是 HRB400。按照该项目所在区域的地质条件，主桥桩基为 C30 水下混凝土，直径是 2m，纵向钢筋之间的距离是 15cm，箍筋型号为 HPB300 钢筋，间距设置为 10cm_⨀ 。该项目前期进行抗震加固分析，根据得到的地震安全评估报告，抗震重要性系数分别是 1.0 和 1.7，βm 是 2.5，特征周期数值是 0.45s 因为该项目地处山区，且有比较明显的地形起伏，地质条件也十分复杂，容易面临断层、滑坡等风险，这也是抗震设计必须考虑的因素。

2 山区公路桥梁抗震设计

2.1 设计方法

（1）延性抗震设计。公路桥梁延性即初始强度不发生改变的条件下桥梁本身产生非弹性变形的能力，表达式为：

u=Δ_max/Δ_y(1)

公式（1）中的 Δy 代表的是结构首次屈服，Δmax 代表的是实际产生的最大变形。一般桥梁结构是否发生破坏，与塑性消耗能量有直接关系，与结构强度的关联度比较小[1]。本文进行抗震设计，设计延性抗震按公式（2）进行计算：

u≤[u]

公式（2）中的 u 代表实际延性比，[u]代表的是规定延性比。

（2）弹性时程分析法。现阶段公路桥梁结构进行抗震设计主要应用有限元分析法，设计人员将地震加速度时程的数值输入后，便可获得一次地震发生时公路桥梁结构出现的反应，从而更精准的模拟公路桥梁工程各个部位之间相互作用。

2.2 桥位与桥型设计

山区公路桥梁建设中，各个路段对应不同的地质结构，所以选择桥位时需要在遵循总设计方案的基础上，优先选择地质条件好的地点，规避地质较松软的地点。选择点位的过程中，工作人员还需要尽可能的规避容易出现滑坡以及地震带等地点，为公路桥梁工程的安全性提供保证[2]。

本文分析工程位于山区，设计桥型需要重点参考所在地区的地质条件与项目施工实际。鉴于该项目的抗震需求，本项目经过多方分析后决定使用钢桁架结构，此结构的隔震减震效果与传统形式的桥梁相比更佳，能满足工程抗震需求。

2.3 结构设计

山区公路桥梁抗震设计一般会优先选择具有良好对称性的桥梁结构，且设计人员会采用一些方法使桥梁结构重心下降，例如刚度中心、自重中心，要求以上中心处于一条中心线，避免公路桥梁遭受地震冲击造成垮塌[3]。另外，结构设计阶段，设计人员严格控制桥梁刚度，采取高黏性材料，最大程度的降低桥梁变形概率。

3 山区公路桥梁抗震加固措施

3.1 桥梁上部结构加固

结合本文分析公路桥梁工程对抗震性能的要求，上部结构加固需要重点解决抗震性能差这一问题经分析该项目造成此问题的原因是梁端和盖梁间距比较小，甚至小于主梁地震表现的纵向位移。有鉴于此，设计人员在桥梁上部结构加固时，提出了拉杆限位器这一方法，拉杆在拼接板、缆索中选择前者。此拉杆能够拼接邻近的主梁腹板，使其成为一个整体，增强连续性。拉杆强度的设计参考落梁形成剪力，利用槽形孔将拉杆固定在腹板上方。需要注意的是，此加固方法在应用中也存在一些限制，即仅对直线桥有效果，如果是曲线桥或是截面变化明显的异形桥梁，则很难获得满意的加固效果。

3.2 桥梁下部结构加固

本项目公路桥梁工程中的下部结构加固，其中桥梁墩柱抗弯性是满足抗震要求的重点，如果墩柱抗弯性差、塑性铰所在部位模糊，便要及时加固。本项目设计人员综合考虑后，为优化下部结构对地震产生荷载能力的抵抗性，提出几种加固方法，例如应用复合材料和高强混凝土。当公路桥梁的下部结构强度得到提升后，便能有效提升对地震荷载能力的抵抗性[4]。

3.3 减隔震抗震加固

除了桥梁上部结构与下部结构的加固，减隔震抗震加固同样非常重要，设计人员提出可以在桥梁下部结构和基础之间放置隔震系统，以延长公路桥梁工程固有周期，有利于优化结构地震力，增加隔震系统变形。如果墩柱加固方法与抗震性能要求不符，便可以采用此方法达到加固的目的。结合本文所述公路桥梁工程抗震加固设计，采用减隔震抗震加固方法有效降低了地震力，结构位移也得到很好的控制。实际上在加固过程中，设计人员也可以改用减隔震支座，或者在上、下结构之间放置阻尼装置，同样能够起到抗震加固的作用。

4 山区公路桥梁抗震设计效果

为验证以上提出抗震设计方案与抗震加固对策的有效性，采用构建模型的方式进行测试，并得到结果如下：

（1）测试模型的第一阶振型时，整体结构有纵飘情况，观察桥墩部位发现存在顺桥弯曲。对此现象采用大数据分析技术，采集数据得到顺桥方向质量系数高达 80.2% ，代表质量贡献比较大，此方向有很大可能形成塑性铰，需要在抗震设计中对此区域进行重点处理与加固。

（2）测试模型第二阶振型的过程中，设计人员观察桥梁模型发现有横向弯曲，此时与之对应的振型质量系数是 60.1% ，代表公开桥梁已经有较大的横向弯曲。同时联系数据分析结果，证明公路桥梁横向刚度有限，一旦遭遇地震可能产生较大的位移。所以，以免公路桥梁结构在地震冲击下倾覆，公路桥梁抗震设计阶段必须要重点消除横向刚度产生的消极影响。

（3）最后设计人员对公路桥梁前十阶模态进行测试，观察模型得到振型质量参与系数，其中顺桥向质量参与系数是 84.3% ，而横向和竖向对应系数分别是 78.3% 、 34.5%_⨀⨀ 。由此可以确定，高阶振型不会影响横桥向、顺桥向，只是竖向会受到比较显著的影响。

结束语：

综上所述，山区地形地势复杂，公路桥梁工程极易出现地质灾害。为规避以上问题，公路桥梁的抗震设计和抗震加固十分重要。结合本文分析与讨论，今后在山区公路桥梁抗震设计与抗震加固处理中，应结合所在地区地质条件，提出针对性的加固方法，增强抵抗地震冲击的能力，从而适应山区复杂环境，保证公路桥梁工程能够更稳定、安全的投入运营。

参考文献：

[1]韩多. 既有山区高速公路桥梁抗震薄弱环节识别与加固策略研究[J].工程建设与设计,2025,(16):99-101.

[2]刘俊学,丁春,张曦,等. 高烈度峡谷山区高速公路桥梁设计方法分析[J].公路交通技术,2023,39(03):35-40.

[3]余强,刘蕾蕾. 横断山区高速公路连续刚构桥抗震性能研究[J].四川建筑,2021,41(05):154-156.

[4]李海洋. 山区高速公路桥梁圆柱式墩抗震设计[J].河南科技,2021,40(06):104-106.