地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害之首。

当地震灾害来临，震区桥梁的破坏意味着生命线的中断，直接阻碍救灾行动的进行，加大生命财产以及间接经济损失，并且给灾后的恢复与重建带来困难。

地震会对桥梁造成哪些破坏？

地震发生的时间及地点具有不可预见性，并且具有持续时间短、能量释放剧烈等特点。桥梁地震危害主要包含下列4个方面：

① 上部结构坠毁：由于支承连接件失效或下部结构失效等引起的落梁现象，在破坏性地震中常有发生，其中绝大多数是在顺桥向（指桥梁中轴线方向）发生落梁。

② 支承连接件破坏：桥梁支座、伸缩缝、剪力键、支承连接件等，被认为是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的环节。

支座的破坏形式主要表现为支座移位、锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落、支座本身构造上的破坏。

③ 桥台、桥墩破坏：如果墩柱受到破坏，会使得桥梁承受地震的能力变弱从而产生倒塌。

桥台的震害在地震中是较为常见的，由于地基丧失承载力等引起的桥台滑移、台身与上部结构的碰撞破坏和桥台倾斜。

④ 基础破坏：桥梁基础震害一般是由地基失效引起。

桩基础的震害，除了地基失效这一主要原因外，还有上部结构传下来的惯性力所引起的桩基剪切、弯曲破坏，更有桩基设计不当所引起的震害。

2008年5月12日汶川M8.0级地震，使四川省西部和甘肃省、陕西省南部的大量桥梁遭受了不同程度的破坏。据《汶川地震桥梁震害特征分析及地震易损性研究》统计数据显示，汶川地震震害桥梁共2105座，其中铁路桥梁450座，公路桥梁1655座，经济损失巨大。JZWX

那么怎样才能提高桥梁抗震能力？

① 要做好桥址选择和调查工作。

除了解区域性的地震动参数外，还应考虑局部地区地形、地貌、地质条件对桥梁震害的影响，以便为采取抗震措施提供依据。

② 在发震断裂地段及其邻近地段，以及可能发生大规模滑坡、崩塌等不良地质地段，建桥选址时应尽量避开。

软弱粘土层、可液化土层和地层严重不均地段，地形陡峭、孤突、岩土松散、破碎的地段，地震时可能塌陷的暗河、溶洞等地段，也应尽可能避开。

③ 在桥梁建筑或地基中适当位置布置减隔震装置。

如利用减震层上部和橡胶支座组合成耗能器，来吸收地面震动带来的巨大能量，起到隔离由地面震动带来的巨大能量的作用，使桥梁建筑实际受到的震动较小，保障桥梁建筑的安全。

一种新的桥梁抗震技术，提供出色抗震性能

自2000年以来，在全球记录的1800个5级以上地震中，有超过100万人死亡。地震发生时，桥梁是运输网络中最脆弱的部分，阻碍了应急响应、搜索和救援任务以及援助的提供，增加了潜在的死亡人数。

尽管工程师们设计的结构可以抵御极端的台风等破坏性自然力量，但诸如2010年海地地震（超过310,000人死亡）或2011年日本东北大学地震（超过20,000人死亡）之类的灾难性地震仍然是一个挑战。

为了减轻此类大地震的影响，悉尼科技大学（UTS）的一组研究人员开发了一种将地锚作为主要抗震系统的应用，以最终保护桥梁免受灾难性地震的袭击。

尽管全球实施了严格的设计规范，并且在抗震设计和结构保护方面取得了技术进步，但仍需要付出更多的努力来降低死亡率和财务损失。

尤其重要的是，快速的城市化进程在地震活跃区（例如日本和印度尼西亚）造成了更高的人口集中度，在2004年的一次地震之后，全国记录在册的人口为23万。

法塔希（Fatahi）副教授和他的团队开发了一种先进的三维计算机模型，可以模拟和评估遭受世界上最大灾难性地震的锚固桥梁的抗震能力。

其研究发现，将地锚技术与桥梁结合在一起，使用锚入地层的多条高强度钢绞线可以提供出色的桥梁抗震性能。众所周知，在墩梁固结的情况下，桥梁上部结构的运动会严重损坏桥梁，甚至在弯曲区域形成塑性铰后塌陷。而非固结桥梁则会导致落梁。

其他类型的桥梁（例如斜桥）会产生桥梁上部结构的旋转和分离，导致桥梁上部结构脱离支座对桥台产生一定的损坏。正如2010年智利地震发生的那样。此外，桥梁上部结构的位移会给桥梁下部结构（包括桥墩，桩基及支座）带来较大的剪力和弯矩。这导致需要增大相应位置的截面来适应较大地震的需求。

当前，桥梁工程师使用粘滞阻尼器，索类约束器以及成本很高的形状记忆合金来减少桥梁上部结构的地震位移。这些系统限制上部结构的位移通过将相当大的轴力传递给桥墩或者桥台，导致抗震需求、几何尺寸及成本增加。

本文讨论的新结构的设计原理是通过多个地锚将上部结构有效地锚固在桥台后方的坚硬土层里，地震力将通过钢绞线地锚系统传递至土层中，这样能够有效的限制桥梁上部结构的来回滑动

在《土壤动力与地震工程》杂志中发表的“隔离式分段悬臂桥保护”中，使用同一桥梁、相同的地震输入，比较了粘滞阻尼器的约束与地锚约束的影响。

该文通过建立复杂的三维数值模型，综合考虑了结构与土的相互作用、塑性铰形成和材料非线性等因素。桥梁的非线性时程分析采用了1994 Northridge 地震、1971 San Fernando地震、1995 Kobe地震及1999Chi-Chi地震的地震信号。这些地震信号均对结构造成了极大的破坏。

地锚模型考虑了锚的自由长度和锚固长度。自由长度部分通过缆索单元来模拟，锚固长度部分采用更复杂的连接来模拟，用以体现非线性的灌浆与土壤的相互作用。灌浆体与岩层的滑动作用使用非线性塑性弹簧模拟。用于评估的结果包括上部结构的纵向位移和桥墩的弯矩大小。

研究结果表明，使用地锚技术后，桥梁上部结构在Northridge地震及Kobe地震中分别产生了105mm和95mm的纵向位移。相对的，在相同地震下，使用粘滞阻尼器的桥梁纵向位移分别为2019mm和1600mm。此外，在Kobe地震信号下，粘滞阻尼器方案使用了桥梁90%的抗弯性能，地锚方案则仅使用了10%。

除了地锚的结构优势外，研究人员还注意到，粘滞阻尼器存在泄漏硅胶内容物的风险，这样会导致粘滞阻尼器完全失效。所以需要对该构件进行定期检查。

为了检验地锚对桥梁正常使用性能的影响，还分析了因收缩、徐变和预应力的影响。施工阶段分析考虑了三个阶段：初始建设阶段、竣工后一年、竣工后30年。

在施工阶段分析中发现，地锚具有足够的刚度可以抑制桥梁上部结构受到的地震影响，同时保持自身的柔度，不会存在约束破坏问题。由于地锚的初始建设成本低，因此地锚约束系统具有很高的成本效益。与需要专业制造的系统如粘滞阻尼器相比，地锚技术易于获得且价格较低。而且，由于锚固系统的存在，大大减小了下部结构的截面尺寸，显著减少成本，降低了地震需求。同样，与粘滞阻尼器相比，地锚系统免维护，不需要为保持其有效性进行频繁且连续的检查。这些好处表明：地面锚固系统应被视为全球桥梁工程师的有效工具，尤其是在遭受严重地震影响的国家。

悉尼科技大学的研究小组目前在进行一项新研究以评估在斜交桥中使用地锚来约束桥梁上部结构的效果。研究团队发现，通过将地锚以一定角度布置在桥梁上部结构中，可以通过地面产生的力矩来抵消由桥梁上部结构撞击引起的旋转角度。这些发现将进一步加强地面锚固系统作为一种强大工具的地位，可用于显著增强容易遭受地震破坏的桥梁的地震行为。

应当注意，地锚系统也具有较小的占地面积。无论其构造类型和几何形状如何，它都可以安装在任何公路桥梁中。研究表明，地锚约束系统实际上导致了更小、更高效的桥梁下部结构系统。加上易于安装的地锚约束系统，使其成为安装在新桥中的理想工具，或作为易受地震破坏的现有桥梁的改造工具，对原有桥梁及交通影响最小。

加利福尼亚州有许多桥梁——例如在奥兰治，很多桥梁都于20世纪50年代设计和建造，当时没有现代抗震设计规范，很容易导致大地震下的震毁。地锚新技术可能是这些老化桥梁的有效抗震改造解决方案。

除了节省成本外，还可以在地震后轻松检查和维修地锚。埋在地下1m处的钢绞线，通过减少与桥梁上部结构的连接能够确保潜在的破坏位置位于地层的浅层。因此，通过锚固件设计中加入连接细节，可以在地震发生后根据需要轻松检查和更换连接处以上的钢绞线。此外，对地锚系统有经验的施工方能够确保安装的快速、可靠、价格低及对交通干扰小。

相关资料推荐：

桥梁抗震及减隔振支座设计安装图纸1103张CAD（各种橡胶支座、钢型支座）

https://ziliao.co188.com/d62766714.html

知识点：地锚技术