地震具有突發(fā)性與毀滅性，一次地震，持續(xù)時間往往只有幾十秒，卻會造成巨大的生命財產(chǎn)損失，這是其它自然災害無法相比的。歷來是嚴重危害人類的大自然災害，尤其是最近20年全球發(fā)生的許多次大地震，其中，多次破壞性地震都集中在城市，造成了非常慘重的生命財產(chǎn)損失。城市地震的共同特點是：由于橋梁工程遭到嚴重破壞，切斷了震區(qū)交通生命線工程，造成救災工作的巨大困難，使次生災害加重，對交通線的依賴性越來越強，而一旦地震使交通線遭到破壞，可能導致的生命財產(chǎn)以及間接經(jīng)濟損失也將會越來越大。數(shù)次大地震一再顯示橋梁工程破壞的嚴重后果，也再次顯示了橋梁工程抗震研究的重要性。
1.橋梁結構抗震設計方法
1.1靜力法
早期結構抗震計算采用的是靜力理論。靜力計算理論假設結構物各個部分與地震動具有相同的振動。此時，結構物只受慣性力的作用（等于地面運動加速度乘以結構物質(zhì)量）。即忽略地面運動特性與結構的動力特性因素，只是簡單地把結構在地震時的動力反應看作是靜止的地震慣性力。在地震慣性力的作用下分析結構的內(nèi)力。1915年，佐野提出震度法，即根據(jù)靜力法的概念提出以結構的10%的重量作為水平地震荷載，于1923年關東大地震后的次年建立了最早的橋梁下部結構工程的抗震分析方法。從動力學的角度分析，把地震加速度看作是結構破壞的單一因素有極大的局限性，因為它忽略了結構的動力特性這一重要因素。只有當結構物的基本固有周期比地面卓越周期小很多時，結構物在地震振動時才可能幾乎不產(chǎn)生變形而被當作剛體，靜力法才能成立。由于其理論上的局限性，現(xiàn)在已較少使用，但其概念簡單，計算公式簡明扼要，在橋臺和擋土結構等質(zhì)量較大的剛性結構的抗震計算中仍常常用到。
1.2彈性反應譜法
反應譜法是當前結構抗震設計中廣泛使用的方法。反應譜法是采用“地震荷載”的概念，從地震動出發(fā)求結構的最大地震反應，但同時考慮了地面運動和結構的動力特性，比靜力法有很大的進步。反應譜是不同固有頻率的單質(zhì)點體系在一定阻尼系數(shù)的條件下輸入不同地面運動后得到的位移反應、速度反應和加速度反應最大值的平滑處理過的外包絡曲線。反應譜法用于抗震計算包括三個基本步驟：第一步是獲得地震動反應譜；第二步是將結構振動方程進行振型分解，將物理位移用振型廣義坐標表示，而廣義坐標的最大值由第一步中所得反應譜求得；第三步是反應量的最大值可通過適當?shù)姆椒▽⒏髡裥头磻畲笾颠M行線性疊加，得出這項反應的最大值。
反應譜法概念簡單，計算方便，可以用較小的計算量獲得結構最大反應值。采用反應譜法只需取少數(shù)幾個低階振型就可以求得較為滿意的結果，計算量少，且反應譜法將動力問題轉化成擬靜力問題，易為工程師所接受。采用反應譜法不能考慮多點激勵，不能進行非線性地震反應分析。
1.3時程分析法
動態(tài)時程分析法從選定合適的地震動輸入出發(fā)，采用多節(jié)點多自由度的結構有限元動力計算模型建立地震振動方程，然后采用逐步積分法對方程進行求解，計算地震過程中結構每一瞬時的位移、速度和加速度反應，從而可以分析出結構在地震作用下彈性和非彈性階段的內(nèi)力變化以及構件逐步開裂、損壞直至倒塌的全過程。這一計算過程相當冗繁，須借助專用計算程序完成。動態(tài)時程分析法可以精確地考慮地基和結構的相互作用，地震時程相位差及不同地震時程多分量多點輸入，結構的各種復雜非線性因素（包括幾何、材料、邊界連接條件非線性）以及分塊阻尼等問題，
建立結構動力計算圖式和相應地震振動方程，使結構的非線性地震反應分析更趨于成熟與完善。
1.4 Push—over法
Push—over分析方法是將地震荷載等效成側向荷載，通過對結構施加單調(diào)遞增水平荷載來進行分析的一種非線性靜力分析方法，它研究結構在地震作用下進入塑性狀態(tài)時的非線性性能。采用對結構施加呈一定分布的單調(diào)遞增水平力的加載方式，用二維或偽三維力學模型代替原結構，按預先確定的水平荷載加載方式將結構“推”至一個給定的目標位移，來分析其進入非線性狀態(tài)的反應，從而得到結構及構件的變形能力是否滿足設計及使用功能的要求。盡管這一方法還有待進一步完善，但它基本可以滿足工程要求。對于橋梁結構來說，Push over分析方法通常將相鄰伸縮
縫之間的橋梁結構當做空間獨立框架考慮，上部結構通常假定為剛性，分析的初始階段是對單獨的排架墩在所考慮的方向上（順橋向或橫橋向）進行獨立的倒塌分析，以獲得構件在單調(diào)遞增水平荷載作用下的整個破壞過程和變形特征，從而發(fā)現(xiàn)橋梁結構的薄弱環(huán)節(jié)。
2.橋梁結構抗震設計計算模型
2.1纜索單元
目前計算纜索線形的方法可以分為解析法和有限元法。在有限法計算纜索單元的非線性剛度矩陣有等效彈性模量、等效割線彈性模量法。
2.1.1等效彈性模量
在斜拉橋或懸索橋中，纜索的垂度影響纜索的表觀剛度，隨著纜索張力的增加，垂度減少，傾斜纜索的軸向表觀剛度增加，簡便計算方法是Enst等效彈性模量計算方法。
2.1.2等效割線彈性模量
如果纜索拉力在施加一荷載=增量過程中從Ti增加到Tj，那么在荷載增量范圍內(nèi)等效割線彈性模量可表達為：
2.2支座單元
支座是橋梁結構最易受地震作用損害的部位之一。支座及其它連接部件的力學性能和構造特點對橋梁主體結構的地震反應和抗震性能的影響很大。橋梁減震、隔震措施也重點放在支座以及其它連接部位的減震耗能處理上面。正確地設計和描述支座的性能在橋梁抗震、減震和地震反應分析中十分重要。
2.2.1支座系統(tǒng)
一般的橋梁支座由四部分組成。普通板式橡膠支座、滑板橡膠支座、弧形鋼板等耗能器、擋板或預應力拉索。
2.2.2支座計算模型
普通板式橡膠支座的恢復力特性可近似按線彈性。滑動支座和弧形鋼板條耗能器均理想彈塑性的恢復力模式。對于滑動支座模式的屈服力亦即最大滑動摩擦力，考慮它隨相應的正應力的變化。
2.3樁土相互作用模型
2.3.1樁土結構相互作用對地震反應影響
在動力模型中，由于覆蓋土層的存在使得結構體系變?nèi)?，從而降低了體系的固有頻率。橋梁結構樁一土結構相互作用，則是自由場地地震反應加上考慮土壤對樁基約束作用的多點激振下的橋梁結構地震反應。
2.3.2大跨度橋梁樁基計算模型
在大跨度樁基橋梁非線性地震反應分析中，樁基周圍土的約束作用可以用等代土彈簧來代替。
用一個單質(zhì)點體系來代表橋梁上部結構，用一個質(zhì)量一彈簧體系來代表樁基礎和地基，建立樁基橋梁平面和空間桿系有限元力學模型。
3.橋梁結構抗震延性設計
橋梁結構的延性設計的重點應放在避免橋梁墩臺破壞和提高其延性性能方面。根據(jù)震害事例分析：高柔的橋墩以彎曲型破壞為主，矮粗的橋墩以剪切型破壞為主，剛度介于兩者之間的多為混合型破壞。
3.1分析方法
最有效的方法是振型分析。除以應用于彈性響應計算外，也應用于非彈性響應計算。即基于彈性反應譜的近似振型分析方法。用較軟和高阻尼的替代結構進行彈性振型分析的設計方法，即通過改變頻率和增加阻尼可用彈性反應譜方法彌補非彈性性能。
3.2 評價橋梁結構構件承載力和延性狀態(tài)
橋梁抗震設計分析結果通常要與結構構件強度或延性能力進行比較。使設計地震作用下的變形要求小于相應在的狀態(tài)(正常使用極限狀態(tài)和最終極限狀態(tài))。橋梁結構的構件應該設計成剪切能力超過設計彎矩值引起的剪力。
3.3 塑性鉸部位的設計選擇和延性能力設計
由于橋墩的結構形式和地質(zhì)條件的不同，在承受較大地震作用時，橋墩上可能出現(xiàn)塑性鉸部位往往會不同。根據(jù)結構特點和塑性鉸出現(xiàn)部位的可視性與可修復性的不同，對允許的水平位移要有一定的限制。塑性鉸不希望出現(xiàn)在橋梁的上部結構和基礎結構的土層以下部位，而是出現(xiàn)在橋墩上。
對于結構形式和抗震性能較好的橋墩以及產(chǎn)生塑性鉸區(qū)可視性和可修復性較好的橋墩，設計完全延性。對于結構形式較差和產(chǎn)生塑性鉸的可視性與可修復性較差的結構如橋臺等，則應按彈性或基本彈性設計。
重視高烈度地震區(qū)橋梁工程的抗震設計是必要的，但應在滿足抗震設防目標的前提下選擇合理的橋跨、橋式結構方案，盡可能將工程投資的費用控制在一個合適的范圍內(nèi)。當前，我國的高速公路、鐵路正處在大規(guī)模建設之際，應更加重視橋梁抗震設計。
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