桥梁抗震设计理论分析对于桥梁结构抗震设计来说,大部分的质量一般集中在上部结构、它是由梁、板、横隔板和道路表面等组成,因此在地震中,惯性力主要集中在上部结构.上部结构的设计主要受恒载、活载和温度等而不是受地震作用的控制.由于地震产生的惯性力仅仅对柱、墩和基础这些下部结构施加巨大的应力,所以柱、墩和基础是抗震设计的主要部位.在桥梁结构的能力设计中,桥梁下部设计地震惯性力可以小于由地震所产生的弹性惯性力,从而使下部结构形成塑性铰并消耗掉一部分地震能量,桥梁的其他部分提供足够的强度以保证所选定的能量耗散机制能在地震中形成.对单柱式或者多铰式桥墩,选定的能量耗散机制最好使塑性镇包含在柱中而不是在基础中(基脚、桩幅和桩),这是因为检查和修复柱比较容易.一般地,在地震中,水平剪力、轴力或中心垂直力从桥的上部结构传递到柱、墩和基础这些下部结构上.纵观以往的桥梁震害,可以说震害主要产生于下部结构.即使有上部结构破坏的情况,也往往是由于下部结构的破坏或过大变位引起的,特别是梁式桥和连续拱桥更是如此.因此,笔者就常见的桥梁墩台破坏方式进行总结.对于单柱式桥墩,上部结构放置在支座上的情况,不管地震作用的方向如何(顺桥方向或横桥方向),塑性铰区域通常只出现在柱基.对多柱式桥墩,上部结构放置在支座上的情况,当地震作用在横桥方向时,塑性铰区域可以出现在柱的顶部或根部.对低矮的墙式桥墩,当地震作用在栈桥方向时,塑性区域可能分布在桥墩的大范围区域.然而,当地震沿顺桥方向作用,并且上部结构放置在支座上的情况,同柱子的情况一样,塑性铰出现在墙基.
　　对于某桥梁设计来说,根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),路线所经地区地震动峰值加速度0.05g,对应原地震基本烈度为Ⅵ度,属工程场地较稳定地区.桥梁考虑按Ⅶ度设防,设计中均应严格按照抗震规范进行设计.首先要做好桥址选择和调查工作.除了解区域内的地震烈度外,还应考虑局部地区地形、地貌、地质条件对桥梁震害的影响,对滑坡、崩塌、软弱黏土层、可液化土层、岩石松散、破碎等不良地质的地段,建桥选址时应尽量避开.上部构造应选择形式简单、自重轻、结构紧凑对称、整体性好、刚度均匀、抗扭刚度大、重心低、各部联结可靠的形式,并加强上部结构和下部结构的联结部位,以防落梁.根据墩高情况适当分联,协调桥跨长度和高度,尽量避免一联内桥墩高度相差太大,以减小各部分不同性质的振动产生的危害.下部构造设计中,桥墩应避免承受侧向土压力,一个桥墩的两个墩柱高度避免相差太大.桥台宜采用U型桥台.墩台宜放置在比较稳定的岩层上,基础埋置要适当加深,横坡较陡处桥台外边缘至凌空面要留足安全距离,以减少地面波的影响及自由振动的振幅,减小地基变形和地基失效,有利于抗震.同时,为了有效地保证桥墩在较大的地震中不发生倒塌,需要对潜在的塑性铰区域进行细致的细部设计,以便使塑性铰区有足够的延性.大量试验表明,在塑性铰区布置足够的横向约束钢筋,可以显著提高墩柱的延性,常用的箍筋形式有矩形、圆形或螺旋形.在设计中必须保证钢筋和足够的锚团长度,以防止锚固失效.
　　某高速公路全长13.23km(路线长度按右幅计),其中:全线按双向六车道高速公路标准设计,设计速度120km/h,路基宽度34.5m;其中主线桥4座;互通式立交3处,有桥梁10座;分离式立交11座;人行天桥11座.本项目的桥梁均属于单跨跨径不超过150m的高速公路上的桥梁,抗震设防类别应为B类.项目所在地地震动峰值加速度为0.05g,相应的抗震设防烈度为6度.按《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)规定,桥梁抗震设防措施等级为7级.为了工程的安全,特大桥、大桥上部结构采用一般装配式预应力混凝土简T梁或箱梁,多孔或单孔为一联,桥墩伸缩缝处伸缩装置采用MZL-160/80/40型;桥台处设C-80/40型伸缩缝,其余桥墩上设桥面连续;支座采用球冠圆板橡胶支座;下部结构一般为柱式墩,桩基础,也有采用扩大基础的.其余桥梁上部结构均采用13~20m装配式预应力混凝土简支空心板;下部结构为桩柱式.
　　桥梁在建造和使用过程中,一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外部作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化.从八十年代后期至今,经过几十年的建设,中国的道路交通设施得到了跨越式的发展.在这些工程中,钢筋混凝土构筑物的量不断增加,就目前所修的桥梁结构而言,绝大部分亦为钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构.混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境,与结构设计、施工及养护管理密切相关.综合国内外研究成果和工程经验,对于桥梁的耐久性设计方面可以从以下三个方面解决混凝土桥梁结构的耐久性.
　　(1)改进桥梁结构设计,适当加大混凝土保护层厚度;加强构造钢筋,防止控制裂缝发展.注重桥梁结构细节设计,适当加大混凝土保护层的厚度,防止由于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜破坏的目的;混凝土结构的任何损伤与破坏,一般都是首先在混凝土中出现裂缝,裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表.反过来,裂缝的存在会增加混凝土渗透性,提供使侵蚀作用逐步升级、混凝土耐久性不断下降的渠道.当混凝土开裂后,侵蚀速度将加大、加快,形成导致混凝土结构耐久性的进一步退化的恶性循环.控制混凝土的裂缝,除按规范要求,控制正常使用极限状态的工作裂缝以外,采取构造措施,加强构造钢筋,控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝.
　　(2)加强桥面排水和防水层设计,改善桥梁的环境作用条件;桥面铺装层顶面设置防水层,重视防水层设计.桥面铺装层采用高标号的混凝土(一般与梁体一致),混凝土现浇层内设置钢筋网,防止混凝土开裂.此外,加强桥梁排水设计,使桥面积水能在最短的时间内排出而不渗入梁内;加强桥梁伸缩缝处的排水设计,防止水分从伸缩缝处渗入梁内.
　　(3)采用高耐久性混凝土,增强混凝土的密实度,提高混凝土自身抗破损能力;混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成,施工图设计时将耐久性要求及施工注意事项纳入设计文件内予以明确,确保对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量符合规范要求,避免施工时被忽视.另外从设计角度增强混凝土密实度,防止或控制混凝土开裂,阻止水分的侵入.
　　文章通过针对桥梁的抗震设计及其耐久性设计,分别进行深入探讨,分析了桥梁抗震设计的相关理论,针对桥梁震害主要产生于下部结构而提出在柱墩塑性铰区布置足够的横向约束钢筋,可以显著提高墩柱的延性.同时提出从改善桥梁混凝土保护层厚度、加强桥面排水及采用高耐久性混凝土来分析其耐久性提高的可行性.