中國是個多地震的國家，地震活動的范圍廣、強度大、頻率高。在全球大陸地區的大地震中，約有四分之一至三分之一發生在我國，造成了巨大的人員傷亡與財產損失，有多座城市曾毀于地震。2021年以來，我國發生了2021年“5·22”青海瑪多地震、“9·16”瀘縣地震和2022年“1·8”門源地震等10余次不同震級的地震，一些地震對公路基礎設施造成較大的破壞和影響。
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在國家和各地的重要交通通道中，在人民的日常生產生活當中，橋梁往往是生命線工程的關鍵部分，在震后的緊急救援和抗震救災、災后恢復重建中具有極其重要的地位。當地震災害來臨時，震區橋梁的破壞意味著生命線的中斷，直接阻礙了救災行動，加大生命財產以及間接經濟損失，給災后恢復與重建帶來巨大困難。
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地震時一旦橋梁發生坍塌，也會瞬間引爆輿情。我國橋梁的抗震設計水平如何？我國在橋梁建設上有沒有應對地震的辦法？有哪些措施和考量？
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下面就和大家聊一聊梁橋抗震這些事。
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地震是人類面臨的最致命自然災害之一
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我們先來了解一下什么是地震？
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人類生活的地球，就像我們的脈搏，從它形成那一刻起，就從來沒有停止過顫動，地球在漫長的構造運動中逐漸演化成目前深不見底的海溝，高聳入云的山峰。地球表面的隆起和沉陷造成瞬間快速的顫動就是地震。地震在空間、時間上發生的不確定性大大增加了預測的困難度，短臨地震預報是人類尚未攻克的世界性難題。
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按地震成因可將地震劃分為構造地震、火山地震、塌陷地震等。由于地球內部構造運動引起的地下深處巖層錯動、破裂所造成的地震是構造地震。全球所發生的90%以上的地震屬于這類地震，破壞力也最大。
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用來衡量地震強度大小的尺子有兩把，一把叫地震震級；另一把叫地震烈度。地震的震級反映的是地震能量的大小,可根據地震儀器的記錄計算出來，一次地震只有一個震級。目前世界上記錄到的最大地震震級是1960年5月22日發生在南美智利的9.5級地震。
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地震烈度是地震對地面影響和破壞程度的尺度，按照《地震烈度表》，共分為Ⅰ級～Ⅻ級等級。一次地震只有一個震級，但一次地震在不同地區的烈度是不同的。一般而言，震中地區烈度最高，隨著震中距加大，烈度逐漸減小。地震烈度還與震源深度有關，震源越深，震中區烈度越小。有的地震震級不高，卻因震源淺而造成地面嚴重破壞。
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這太專業了，簡單來說，地震震級好比不同瓦數的日光燈，瓦數越高能量越大，震級越高。烈度好比屋子里受光亮的程度，對同一盞日光燈來說，距離日光燈的遠近不同，各處受光的照射也不同，所以各地的烈度也不一樣。
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由于地震的復雜性和高度不確定性，人類對地震科學及地震災害科學的研究還有許多尚未探明之處。1976年唐山地震之前，唐山地區的抗震設防烈度為VI度區，當唐山地震7月28日發生時，唐山市區大部分陷入地震烈度高達XI度的極震區，多數結構物倒塌，震害嚴重，X度區橋梁破壞嚴重，Ⅷ度區橋梁受到不同程度的損壞，甚至倒塌。發生在1994年的美國北嶺（Northridge）地震，記錄到的地面運動的加速度峰值，遠遠超過美國現行抗震規范規定的設計地震動水平，對洛杉磯地區高速公路系統的破壞十分嚴重，在調查的640座橋梁中，5座橋梁部分塌落或者完全倒塌。
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大量地震調研表明，地震造成的強地面振動和發震活動斷層地表破裂/錯動是導致破壞的兩個主要因素，其中沿活動斷層產生的地震地表破裂/錯動的破壞力巨大，在活動斷層沿線展布的地震地表破裂帶內，建（構）筑物均遭受了嚴重的毀壞，會形成地震災害最嚴重的區帶。1999年的中國臺灣集集地震，地表破裂位錯水平及垂直方向最大值均接近和超過10米，平均錯位約為4米，跨發震斷層—車籠埔斷層的建筑物很難承受如此巨大的地動位移，幾乎完全毀壞，而離開此斷層一段距離的建筑物震害就小很多。
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受震害最多的橋型是梁橋
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地震的基本知識了解完了，我們再來聊一聊地震對橋梁的影響。
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截至2020年年底，我國公路橋梁91.28萬座，量大面廣的梁橋占比超85%。
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梁橋震害包括上部結構震害、下部結構震害、支座震害、基礎震害及次生震害等。
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上部結構自身因直接地震動力效應而毀壞的現象較為少見，但因支承連接件失效或下部結構失效等引起的落梁、主梁的移動、扭曲、裂縫等現象，在破壞性地震中常有發生，其中落梁現象最為嚴重。2008年四川汶川地震中，梁橋主梁的移位震害最為普。
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?? 汶川地震南壩大橋（施工中）落梁震害
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?? 青海瑪多地震昌麻河大橋落梁（1977年建成）
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地震引起下部結構震害主要是橋墩的破壞，橋墩無法抵抗自身的慣性力或上部結構傳來的上部結構地震力，因延性、強度不足而破壞。震害進一步發展，會導致斷裂面上下的墩身移位，最終使斷裂面以上的墩身翻落而釀成更大的震害。
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汶川地震百花大橋橋墩彎剪破壞
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橋梁支座是橋梁抗震的薄弱部位，震害極為普遍，相鄰梁互相碰撞或梁的縱、橫向位移，大多數都是以支座破壞為前導破壞形式，主要表現為支座錨固螺栓拔出剪斷、活動支座脫落及支座本身構造上的破壞。
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地震引起地基的液化，使地基承載力下降，會引起橋梁基礎的下沉。橋梁墩臺的沉陷多出現在承載力不高的砂質粘土、粘土質砂土等地基中。地基的液化使得地基的剪切強度大大降低，橋梁基礎及橋臺受靜土壓力和地震土壓力的作用而沿液化層水平滑移或轉動。
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地震所引發的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生災害對橋梁的損毀嚴重，是汶川地震較為嚴重的震害形式。
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汶川地震魚子溪2號橋被落石砸垮
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梁橋所有震害中，落梁和砸毀是橋梁最嚴重的震害之一，不僅造成了大量的經濟損失，更是中斷了抗震救災的生命線，影響巨大。
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因此，這也成為了引發公眾輿論的重要因素之一。
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抗震設計理念不斷更新 規范基本完備
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那么對于橋梁抗震，我們是否有辦法應對呢？
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答案是有的。
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其實，每次工程震害的總結和反思是發展抗震救災理論、改進抗震技術、修訂抗震規范的重要基礎。特別是近30年來，隨著1994年美國Northridge地震、1995年阪神地震、2008年汶川地震等的發生，推動了橋梁抗震設計理論和減震技術取得了長足的進步。
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這些年，公路行業高度重視公路橋梁的抗震安全性，以抗震規范制修訂為主要抓手，持續推動行業抗震設計的技術進步，使抗震理念更加科學，抗震措施更加有效，提升公路橋梁抗震防災的能力。
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1977年，交通部頒布實施了我國首部《公路工程抗震設計規范》(以下簡稱“77規范”)，總結了海城地震和唐山地震對鐵路和公路交通干線橋梁的震害教訓，公路橋梁的抗震設計有了基本依據；1989年，交通部修訂頒布了《公路工程抗震設計規范》（簡稱“89規范”）。
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從設計理念和方法來講，這兩部抗震規范均采用了一水準抗震設防，一階段抗震設計，只驗算結構強度，抗震計算則采用等效靜力法和反應譜法。
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2008年5.12汶川地震后，交通運輸部頒布了《公路橋梁抗震設計細則》（簡稱08抗震細則），采用了兩水準設防、兩階段設計的抗震設計理念和方法，由單一的依據強度驗算的抗震設計調整為依據強度和變形雙重指標控制的抗震設計。
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2013年，交通運輸部頒布了《公路工程抗震規范》（簡稱13抗震規范），系統形成了兩水準設防、兩階段設計的抗震設計理念和設計方法，增加了橋梁延性設計和減隔震設計的基本要求。
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2020年，交通運輸部修訂頒布了《公路橋梁抗震設計規范》（簡稱20抗震規范），進一步完善和補充了08抗震細則，并將計算地震作用系數取值由2.25提高到2.5，提高抗震設計的要求，引入了“抗震構造措施等級”的新概念。
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總體來說，我國公路橋梁抗震規范體系已經形成，主要包括《公路工程抗震規范》JTG B02-2013、《公路橋梁抗震設計規范》JTG/T 2231-01-2020，能夠指導公路橋梁的抗震設計。13抗震規范是20抗震規范的上位標準，對公路工程的構造物，包括橋梁、隧道、擋土墻、路基、地基與基礎等提出總的抗震要求，是公路工程抗震設計的頂層設計規范，是工程初步設計方案確定階段重點使用的規范。20抗震規范是一個細化的橋梁抗震設計規范，是施工圖階段工程師要使用的規范。
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根據近年來發生的7.1級玉樹地震、6.5級魯甸地震、6.6級昭通地震、7.4級瑪多地震的震后調查，橋梁的主體結構基本完好。以上結果，與量大面廣的公路橋梁采用了科學的理念和較高的設計要求以及各類抗震構造措施密切相關，也說明了我國的公路橋梁抗震規范是合理適用的。
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持續完善抗震規范 全面提升橋梁抗震防災能力
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改革開放以來中國橋梁實現了跨越式發展，未來其安全性、耐久性及安全保障問題將是進一步解決的主要問題。
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提升公路橋梁抗震減災能力是提高橋梁安全水平的重要一環。國務院在2021年7月公布了《建設工程抗震管理條例》，從國家層面對建設工程抗震提出了總體要求，要求進一步提高建設工程的抗震防災能力，降低地震災害風險，保障人民生命財產安全。
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作為基礎類標準的《公路工程抗震規范》JTG B02-2013自頒布至今已近十年，國家對抗震防災提出了新的要求，新一代中國地震動參數區劃圖已頒布實施，工程結構防災減災理論和技術、抗震結構型式以及相關產品的研發都取得了重大進展，可以及時將相關成果納入行業抗震標準中，因此交通運輸部在2020年啟動了規范的修訂工作，中交公路規劃設計院有限公司牽頭對抗震規范修訂。此次修訂，結合抗震團隊研究成果、地震震害調研和思考等，系統提出了公路工程抗震共性技術及要求，強化了抗震概念設計、防落梁措施及風險管控，提出了基于新型支座和防落梁措施的梁橋抗震結構體系。
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抗震設計主要經驗
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首先需要選擇好線路，利用對抗震有利的走廊帶通過，選好橋位，降低地震風險和損失。由于高地震烈度區地震對橋梁破壞力巨大，因此中小跨徑橋梁盡量采用簡支或橋面連續結構型式，大跨橋梁宜選擇多跨連續梁或連續剛構結構型式，橋墩高度宜協調一致。地質條件差的地段，對跨越斷裂帶的宜采用簡支梁橋、大跨柔性體系橋或者采用隔震基礎。存在落石、泥石流等不良地質條件的地段，采用隧道或加大橋梁跨徑等方案。
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再有就是橋梁細部構造很重要。一是要預留足夠的墩（臺）與梁端位移空間，以降低落梁和梁端碰撞的風險。二是設置合適的抗震擋塊，限制強烈地震作用下主梁的過大位移，擋塊與主梁間可設置橡膠墊等，以避免直接碰撞。三是在主梁之間、主梁與墩（臺）之間可設置拉索、鋼拉桿等防止落梁的連梁裝置。四是合理選擇減隔震裝置。懸索橋、斜拉橋、拱橋應設置必要的阻尼裝置。鼓勵推廣應用技術可靠、性能穩定的減隔震支座。中小跨徑橋梁更適合使用改進型板式橡膠支座。
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結束語
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地震具有高度不確定性、隨機性，具有持續時間短、能量釋放劇烈等特點，人類對地震的認識還遠遠不夠，這給橋梁結構的安全帶來了巨大挑戰。但我們可以抗震規范為基本抓手，強化概念設計，加強監測，降低風險，進一步強化抗震減震產品的標準化、系列化、規范化，設置好“防落梁”保險絲，顯著提升公路橋梁抗震防災能力。
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技術專家：交通運輸部公路局技術管理處張建軍，中交公路規劃設計院有限公司李貞新