桥梁上部结构与桥墩连接抗震设计方案
一 、抗弯连接
这种连接通常只适用于砼上部结构，预应力或者是普通钢筋砼上部结构由砼下部结构支承。虽然钢上部结构与钢下部结构做成抗弯连接在理论上至少是可能的，但在地震区我们还没有任何这样的例子。
这种连接的抗弯能力在抵抗侧向力，特别是对纵桥向反应，能产生附加的超静定潜力。假定墩（柱）底弯曲固结，在强震作用下，与支座支承的连接比较在墩（柱）顶部的潜在塑性铰产生一个附加的耗能位置。在纵向反应中，这种连接将使墩（柱）产生双向弯曲，对于给定墩（柱）截面尺寸和钢筋含量，增加了纵向抗剪能力。
如果墩柱排架在横向是由多根柱组成，那么这些柱无论在纵向还是横向均是双向弯曲。如果抗弯连接是在柱的底部，则柱纵向和横向均具有相同的刚度。这样就出现了抗震设计的最佳条件：个方面的抗震能力是相同的，这就是采用圆柱的原因。
对于多柱排架，采用顶端固定的连接方式也允许设计者考虑选择柱底铰接的连接方式。整体连接的另一个优点就是它对地震位移的大小不敏感，除位移大的影响到柱顶塑性铰的转动能力和连接强度。
缺点 ： 由于柱和上部结构的弯曲连接，在纵向地震反应中，上部结构将产生地震弯矩。这些会与恒载的弯矩叠加产生上部结构的控制设计条件，这个控制设计工况通常是当地震弯矩沿柱面处反对称且大小超过恒载弯矩时的情况.
为了承担这些弯矩，在梁的底部需要布置特殊的纵向钢筋。如果上部结构较宽且由独柱式排架支承，上部结构抵抗纵向地震的有效宽度或许大大小于截面的宽度，从而使问题更加恶化。
柱与上部结构的整体连接也对连接加上特殊要求。柱的大直径纵向钢筋或许需要在较浅的盖梁中锚固，由于上面铰钢筋稠密，设计者喜欢由直钢筋伸进盖梁而终断，但较理想的是钢筋应弯曲通过这个铰，如图3.10（a）中的钢筋（a）。常常发现这样的锚固不符合标准规程有关长度的要求，在不保守的锚固长度的确定通常可以通过节点内力的传递力学分析并通过大尺寸模型的试验验证来确定。
即使要求的固结长度可以由柱子伸出的直钢筋来提供，但仍存在其它问题。如果在柱子钢筋的顶部和上部结构钢筋之间留有空隙以使施工方便，那么从柱的拉力钢筋传递拉力到上部结构顶部拉力钢筋的机理是不连续的，牢靠程度是可疑的，况且节点区域受到节点剪力的水平高，通常要求特殊的竖向和水平节点剪力钢筋。
如果上部结构是由独柱排架支承，横桥向的反应是一个简单的悬臂梁作用，而纵向反应则与柱的抗弯有关。
对于联成整体的墩与上部结构设计，由于温度和收缩产生的纵桥向位移必须由柱绕横向轴的弯曲来调节。因为由于这些影响产生作用于柱体得位移是与两伸缩缝间的距离成正比的，因此伸缩缝的间距设置或许应比滑板支承的连续梁桥更近些，尤其是对桥短且墩刚的情况。
总之，墩上部结构固结设计概念明显只适合于连续上部结构的设计。对于比采用预制标准梁截面更经济的简支跨，这个概念是不合适的。
二、支座支承的上部结构
上部和下部结构之间的支座可以设计得只允许上部结构转动，或也可以允许在一个或几个方向平动。最常用的转动支座或许是盆式支座，而平动可以是板式橡胶支座、聚四氟乙烯滑板支座、不锈钢支座或者摇摆支座。
通过支座的侧向力决定支座的设计且决定横向位移是否需要剪力键来限制。摇摆支座几乎不承受纵向力且如果纵向相对位移超过摇摆支座的设计能力是不稳定的。滑板支座相应温度变形的低变位移率摩擦系数是非常低的。在地震变位率作用下有较大的摩擦系数，通常10%左右。
板式橡胶支座提供的抗力是与位移成正比的，刚度可以通过选择支座的尺寸和橡胶的厚度有一个宽的调整范围。 我们简要的讨论一下支座支承的上部结构的优缺点。
优点：或许采用支座的最大优点是上部结构不受到通过墩柱传来的地震运动。正因为这样，对于抗弯连接的上部结构截面形式可以选择的做法就不合适了。这些包括简支梁桥和梁板结构。
上部结构和排架之间通过柔性支座隔离导致固有周期从相应用固结的周期TM增至支座体系TB.如图3.12，如果初始周期低且反应谱随周期增长下降快，弹性反应加速度水平会有一个非常大的减少即从A点到B点。这对于岩石场地是较适合的。如果采用允许纵向相对位移的支座，伸缩缝间较长连续上部结构是可能的。
如果支承系统是单柱排架系统，那么在纵向和横向的反应是基本的竖直悬臂的行为。因此，为了使横向的抗力特性与方向无关，可采用简单的圆柱截面形式。这样不但简化了设计同时使柱设计更有效。
采用支座给设计者在怎样抵抗地震和什么地方需要抵抗地震力方面提供了较大的选择余地。通过在上部结构和墩柱之间设置支座可以解决矮的刚性墩吸收过大地震力的问题。如果采用橡胶支座，可以通过调整墩顶支座的刚度来弥补不同桥墩刚度相差问题。因此，柔性墩可以设置刚性支座，反之亦然。
缺点：才用支座支承的上部结构其地震位移较整体连接的体系敏感。由于低刚度引入结构，峰值反应移位也可能大大增加，多柱式排架桥墩纵桥向象竖向的悬臂梁一样，但横桥向是双向弯曲变形，与前面提到的单柱子与上部结构的抗弯连接不完全相同。对于这类结构不适合采用柱底铰接来减少基础地震力。
对于软土地基情况，场地加速反应谱峰值出现在周期相当长的区域，这时支座引起的周期漂移则会导致上部结构的加速度反应大大增加。图3.12中的反应值C和D分别为整体连接和支座连接的设计情况。
如果采用延性柱设计，设计移位延性水平必须是受限制的以免超过构件延性要求。如图3.13所示，若没有设置剪力键来限制支座横向位移，支座变形或许占屈服位移（中比例高于50%，由于随着塑性位移的增加，柱的剪基本上保持常数，全部是由柱塑性铰的塑性转动产生的。
其中是结构位移延性系数（是单独由柱变形的屈服位移部分。因此，如果选择设计值，同时令和，方程1则表明柱体位移延性要求，几乎是结构整体延性的三倍。
很清楚，采用剪力键限制横向位移，上述横向反应的影响能大大减少，但是顺桥向的影响总是存在的。在这种情况下如果是依赖结构的弹性反应同时（或者）依赖于返回到桥台的力，延性柱设计或许是不合适。进一步的选择涉及到特殊耗能装置，下面作讨论。
在极端地震作用下（即比设计水平大得多的地震）由于上下部结构之间分离产生的附加联或许使桥梁更易破坏和倒坍，这是竖向加速反应超过1.0（并且支座位移超过支座变形能力的结果。
特别是在长持时地震作用下，上下结构支承在滑板支座上是可能产生大的残余位移，这是由于滑动支座缺乏恢复力特征，且不可避免使相对位移偏在一边的缘故。这种影响可以通过将滑动支座与有恢复力特性的板式橡胶支座或其它弹性支座装置组合使用来减少。
三、隔震上部结构
用支座支承的上部结构，为了减少位移的共振反应，可以选择特殊的抗震支座和耗能装置组合使用，这些系统包括高阻尼的特殊橡胶支座，或者加铅芯的普通橡胶支座。基于钢弯曲、扭转或剪切屈服的机械装置也已经应用，摩擦滑动支座与板式橡胶橡胶支座。基于钢弯曲、扭转或剪切屈服的机械装置也已经应用，摩擦滑动支座与板式橡胶支座有组合的例子。
优点 ： 与没有组合耗能装置的支座支承的设计相比，组合耗能装置通常会导致地震位移的减少，一般能减少20%到40%。若支座和隔震装置的侧向恢复力特性能精确知道，传到排架和基础的最大侧向力能够确定。
缺点 ： 注意到图3.12，在软土地基上，采用带有或不带耗能装置的支座支承设计，会进一步增加加速反应。长周期结构很少会由于隔震大大减少反应。
如果桥梁受到的地震反应水平远高于设计预期的，侧向设计力增加，可能导致没有延性设计的下部结构区域出现塑性铰。如以前联系图3.13所讨论的，即使是小的结构位移延性水平也会产生不能接受的大塑性转动，尤其是排架是矮且刚的情况。因而，即使采用了能力设计过程能保证下部结构均处在弹性反应阶段，建议在潜在塑性铰位置也还考虑延性细节。由于隔震和耗能装置是满足地震反应要求的关键，因而必需做出定时检测、维修且在大地震后更换的规定。
与隔震器的设计特性有关，桥梁地震反应由于受到地震翻转或竖向加速度的影响，或许对作用在支座上的轴向力变化敏感，有些分析和震害现象表明采用板式橡胶支座的设计或许放大短周期的竖向反应，引起支座卸载，因而有效性受损，或者如果支座与上部结构和排架连接在一起且有竖向拉力出现时，橡胶层会撕裂。