桥梁减隔震设计

我国位于世界两大地震带交汇点，是地震多发国，也是地震灾害最严重的国家之一。作为突发性自然灾害，地震具有发生时间短、波及面广、灾害程度严重等特点，历来是我国最大的自然灾害之一。我国很早就有诸如“鳌鱼翻身”之类的神话传说，描述了古人对地震现象的恐惧。受技术发展水平所限，早年建成的房屋、桥梁等建筑存在抗震性能不足的问题。大部分国人曾体会过地震来时极度的恐慌感和无力感，部分同胞甚至余生都在承受地震带来的痛楚。因此，提高建筑的抗震性能、降低城市安全风险、满足人民群众对城市安全的新期待是工程师的责任。

地震中，直接伤亡大多是工程结构倒塌破坏造成的。作为生命线工程之一的桥梁，一旦遭到破坏，将导致巨大的人员伤亡和经济损失，并影响震后灾区救援和重建工作。桥梁抗震设计方法主要包括延性抗震设计和减隔震设计。早年规范规定的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的理念是基于传统的延性抗震设计方法。由于允许塑性铰的存在，强震作用下结构损伤不可避免，震后修复工作量大、耗时较长。在高烈度地震区，延性抗震设计方法可能导致投资大幅增加，甚至设计困难。减隔震设计是一种“以四两拨千斤”“以柔克刚”的抗震设计方法。通过设置减隔震装置，改变结构在地震中的动力响应特性，达到延长结构周期、耗散地震能量、降低结构地震响应的目的。配合严密且兼容的防落梁系统，可实现在工程造价不增加甚至降低的前提下，大幅提高桥梁抗震性能，增强应对地震不确定性的能力，对于确保震时桥梁安全、震后迅速开展灾区救援具有极其重要的意义，同时也符合韧性城市建设要求。减隔震设计不仅可用于新建桥梁，在有巨大存量的既有桥梁抗震性能提升中也具有重要的推广价值。

桥梁减隔震设计的有效性已经在世界各地得到验证。相对延性抗震设计来说，桥梁减隔震对设计人员提出了更高的要求。加之地震具有偶然性，往往在设计、建造和运维过程中得不到应有的重视，错失提高桥梁抗震性能的机会。设计是源头，设计能够改造城市，能够提升城市。有感于此，为更好地推广桥梁减隔震设计技术，全书内容力求图文并茂、通俗易懂、注重细节，突出实用性、便利性、可操作性，同时提供丰富的工程案例。

桥梁抗震性能提升是韧性城市建设的重要组成部分，是一项系统而庞大的工程，需要政府、建设者、设计师，以及高校、科研院所等的共同努力。通过减隔震设计在新建桥梁和既有桥梁中的应用，逐步提升我国桥梁的整体抗震性能，提高路网韧性。

全书由韩振勇担任主编，天津大学工程博士、中国建筑第六工程局有限公司科技部副总经理王秀艳参与全书编写，协助资料搜集、书稿编撰等大量工作；同济大学博士研究生贺金海参编第5章和第8章，并为本书提供了部分资料和修改建议；上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司高工李雪峰及中交建设工程检测技术（天津）有限公司高工申慧才参编第7章；柳州东方工程橡胶制品有限公司正高工资道铭参编第4章；中国建筑第六工程局有限公司技术中心高工邑强协助进行资料搜集及插图的绘制工作。另外，本书在编写过程中还参阅了国内外许多学者的著作、论文和研究报告，一些专家主动提供了有关资料，在此表示衷心的感谢。

桥梁减隔震设计尚有不少问题处在深入研究阶段，由于时间仓促和编者认识上的局限性，本书疏漏和不当之处在所难免，恳请广大读者不吝赐教，以便再版时修正。

韩振勇
2022年6月

减隔震设计是一种经济、有效地减轻桥梁震害的设计方法。本书介绍了地震相关知识、桥梁常见震害、减隔震设计原理、减隔震装置、抗震概念设计、防落梁系统等，最后针对既有桥梁抗震性能提升、桥梁抗震设计发展趋势做简要论述。全书共分8章。第1章简要介绍了地震灾害特点和桥梁抗震发展史；第2章详细介绍了桥梁常见震害，并总结了震害经验；第3章介绍了桥梁减隔震设计方法；第4章介绍了常用减隔震装置的特性、适用条件、设计施工和运维要点；第5章介绍了桥梁抗震概念设计，包括抗震体系分类、抗震概念设计原则、各种桥型的抗震概念设计要点；第6章详细介绍了防落梁系统，包括系统组成、限位装置、防落梁构造、梁端搭接长度、防落差构造等的设计要点；第7章介绍了既有桥梁抗震性能提升相关内容；第8章讨论了桥梁抗震设计的发展趋势。

韩振勇，同济大学工学博士，全国工程勘察设计大师，全国杰出专业技术人才，全国五一劳动奖章获得者，中国公路学会桥梁与结构分会副理事长，中国土木工程学会桥梁与结构分会常务理事，天津市科协兼职副主席，国家工程教指委委员，同济大学、天津大学、东南大学、西南交通大学、河北工业大学等高校兼职教授，博导，詹天佑奖、鲁班奖、国优奖评奖专家，曾获国家科技进步二等奖、天津市科技进步一等奖、国际桥梁尤金?菲戈奖、詹天佑奖、鲁班奖等大奖。从事桥梁设计、施工及科研工作30余年，主持了百余项斜拉桥、悬索桥、拱桥、城市立交桥、地铁工程盾构、深基坑工程的设计施工工作。
研究成果获詹天佑奖、鲁班奖、银质奖等全国各类大奖50余项，发表论文70余篇，获数十项国家发明专利、实用新型专利、国家级工法，主编或参编规范10余本、著作5本。97年获国务院特殊津贴，99年成为国家人事部有突出贡献中青年专家，05年入选国家人事部新世纪百千万人才工程，07年获茅以升科学技术奖——桥梁青年奖。

1桥梁抗震概论1

1.1地震灾害3

1.1.1震害现象3

1.1.2典型地震9

1.2桥梁抗震发展史14

1.2.1古代桥梁抗震14

1.2.2抗震法规及规范的变迁17

1.2.3地震反应分析方法的演变19
2桥梁震害及启示25

2.1上部结构震害27

2.1.1主梁局部损伤27

2.1.2主梁结构性损伤29

2.1.3主梁横向移位30

2.1.4主梁纵向移位31

2.2支座震害42

2.3桥墩与桥台震害44

2.3.1桥墩震害44

2.3.2桥台震害48

2.4地基与基础震害50

2.5桥梁震害启示52

2.5.1震害产生的客观原因52

2.5.2震害教训54
3桥梁减隔震设计方法55

3.1减隔震技术概述57

3.1.1隔震思想的产生57

3.1.2减隔震技术的发展59

3.1.3减隔震措施分类66

3.2桥梁减隔震设计原理及适用条件68

3.2.1减隔震设计原理68

3.2.2减隔震设计适用条件71

3.3桥梁减隔震计算分析73

3.3.1总体原则73

3.3.2地震的影响74

3.3.3减隔震设计流程74
4桥梁减隔震装置77

4.1桥梁减隔震装置概述79

4.2橡胶类减隔震支座80

4.2.1板式橡胶支座80

4.2.2水平力分散型橡胶支座82

4.2.3铅芯橡胶支座84

4.2.4高阻尼橡胶支座86

4.3滑动摩擦类减隔震支座87

4.3.1摩擦摆式支座87

4.3.2拉索减震支座89

4.4阻尼器91

4.5屈曲约束支撑94
5桥梁抗震概念设计97

5.1抗震概念设计概述99

5.2桥梁抗震结构体系100

5.3抗震概念设计原则104

5.3.1桥梁选址原则105

5.3.2总体布置原则111

5.3.3减隔震优先原则114

5.3.4多道设防原则116

5.4各桥型抗震概念设计要点117

5.4.1梁式桥抗震概念设计117

5.4.2拱桥抗震概念设计122

5.4.3斜拉桥抗震概念设计124

5.4.4悬索桥抗震概念设计130
6防落梁系统135

6.1防落梁系统组成及设计流程137

6.1.1防落梁系统组成137

6.1.2防落梁系统设计流程139

6.2限位装置141

6.2.1一般规定141

6.2.2设计要求141

6.3防落梁构造143

6.3.1一般规定143

6.3.2设计要求145

6.4梁端搭接长度146

6.5防落差构造147
7既有桥梁抗震性能提升151

7.1既有桥梁抗震性能提升的必要性153

7.2既有桥梁抗震性能的评估156

7.2.1抗震性能评估的对象156

7.2.2桥梁状况调查156

7.2.3桥梁抗震性能目标157

7.2.4桥梁抗震性能评估分类158

7.3既有桥梁抗震性能提升方法159

7.3.1桥梁抗震加固原则159

7.3.2桥梁减隔震化方法161

7.3.3防落梁措施加固方法162
8桥梁抗震设计的发展趋势165

8.1更科学地认识地震作用167

8.2可复原减隔震体系进一步发展169

8.3路网系统的韧性化发展172
参考文献174

桥梁减、隔震技术是重要的抗震技术措施，通过科学、合理的设计措施显著提升桥梁结构抗震性，将地震对桥梁的损害降到最低。