橋梁抗震技術的應用研究

李成波

河南省路橋建設集團有限公司，河南 商丘 476000

近年來我國地震地質災害頻發，公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴重的破壞，因此增強橋梁的抗震能力，加強橋梁工程抗震研究的重要性便顯得不言而喻。因此在橋梁的設計與施工當中對橋梁的抗震能力有著特殊的要求，要做到預防為主兼顧治理，對現有的橋梁做好全面的調查，建立檔案，做好抗震加固工作，開展橋梁的抗震設計理論研究和試驗，做好抗震強度和穩定的設計工作，滿足抗震要求。現就如何提高橋梁抗震能力提出下述措施建議。

1 橋梁的抗震設計

橋梁抗震設計是指根據地震災害和工程經驗等獲得的基本設計原則和設計思想，正確地解決結構總體方案、材料使用和細部構造，以達到合理抗震設計的目的。合理的抗震設計，可以使設計出來橋梁在強度、剛度和延性等指標上達到最佳的組合，使結構能夠最低成本的實現抗震的目標。

1.1 體系的整體性和規則性

橋梁的整體結構要協調，上部結構應盡可能是連續的。較好的整體性結構可有效防止構件及非結構構件在地震時被震散掉落，同時它也是結構發揮空間作用的基本條件。不管是在平面還是在立體上，結構的設計都要力求使橋梁在質量、剛度、幾何尺寸等方面協調勻稱，避免突然變化。

1.2 提高結構和構件的強度和延性

橋梁結構的地震破壞源于地震動引起的結構振動，因此抗震設計要力圖使從地基傳入結構的振動能量為最小，并使結構具有適當的強度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下，提高總體強度和延性是兩個有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結構變形；強度與延性則是決定結構抗震能力的兩個重要參數。由于地震動可造成結構和構件周期反復變形，使其剛度與強度逐漸退化，因此，只重視強度而忽視延性絕對不是良好的抗震設計。

1.3 強度安全度差異適中

能力設計思想強調強度安全度差異，即在不同構件與不同破壞模式之間建立不同的強度安全度。通過強度安全度差異，確保結構在大地震下以延性形式反應，不發生脆性的破壞模式。在我國以前的建筑工程抗震設計中，普遍采用“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱構件”的設計思想。

1.4 設置多道防線

盡量使橋梁設計成具有多道抵抗地震側向力的體系，在高強度的地震中，一道防線遭到破壞后，則有另一道防線可以支撐著橋梁，不至于使橋梁出現倒塌的現象。因此，超靜定結構優于同種類型的靜定結構。

1.5 多階段設計方法

隨著對地震產生機理、地震動特性以及地震作用下各類結構動力特性、破壞機理、構件能力研究認識的加深以及對結構在不同發生概率地震作用下預期性能目標的不同，促使結構設計在設計原則、設防水準等各個方面進行不斷改進。由原來的單一設防水準一階段設計逐漸改進為雙水準或三水準兩階段設計、三階段設計，以及多水準設防、多性能目標準則的基于結構性能的設計等。

2 橋梁抗震加固

地震波傳到地基，使橋梁因受地震的影響而引起垂直和水平運動，導致橋梁橋體也會因此產生垂直和水平運動。橋體結構同時增加地震的荷載慣性力，加大他的變形和受力。豎直的慣性力只對不對稱的、雙懸臂結構的橋產生較大的地震力。

橋梁震害根據梁式橋與拱式橋的不同而有所不同，梁式橋的震害主要有：地震引起的橋梁位移；墩柱彎曲強度和延性破壞；墩柱剪切破壞；蓋梁破壞；節點破壞；基腳破壞；鋼結構破壞。拱式結構橋梁的震害表現：在剛性地基上的拱橋，直接受到地震慣性荷載和臺背的動土壓力，在地震的作用下，此時拱平面內的基本震型，呈現反對稱的兩個波動形式，因此拱腳和拱的1/4跨產生很大的彎矩，因此是最薄弱的環節之一；特別是拱腳，最容易出現剪切位移和彎曲開裂。拱的橫向穩定性遠比縱向大，即使烈度高達十度時，主拱橫向也不會出現重大的破壞。加強橋梁抗震能力可以從以下具體類型來研究。

2.1 梁橋上部結構抗震加固技術與方法

在加固前，必須進行評價，照詳細的地震分析結果來評判橋梁的失效或損傷程度是否值得加固；確定加固的程度，這里是集中反映的對于橋梁加固中所必要去考慮的經濟、結構安全和社會問題的綜合的結果。

名詞單復數形式錯誤也不少見。許多詞的單數、復數形式表達的意思不一樣。我們以The shell of the bronze was as thin as papers and needed exquisite technique and high qualification,which is unprecedented一句話為例來看。（這句話還有別的錯誤，下文會提到）這句譯文中的paper用了復數形式，但是原語卻是“這類器胎薄如紙”。當paper表示“紙”的意思時，應為不可數名詞；當paper為復數時，應表示為“論文、文獻”等意思。所以本句中應改為單數形式。

2.1.1 伸縮縫加固

設置拉桿是針對橋梁結構出現位移時的一種有效方式。其在限制結構位移的同時，也可在相鄰框架間傳遞縱向地震力。他們之間的相互作用是復雜的，并不能用簡單的彈性分析方法就能獲得結果，基于伸縮縫相對復雜的模型進行的非彈性動力分析，表明他們的最大縱向位移可以通過一定的公式計算出來。另外，可使用的方式還有拓寬支撐面，螺旋連接等方式進行加固。

2.1.2 落梁抗震加固

落梁抗震加固可以從兩方面入手，一方面是縱向落梁的抗震加固，一方面是橫向落梁的抗震加固。橫向落梁加固方面通常采用鋼絲繩橫向連接加固，另外可用橫向擋板方式進行加固。

2.1.3 結構抗彎能力加固

加固效果問題，與橋梁上部結構加固方法相類似，同時應確定上部結構強度在發揮出來時所需要的變位程度是否會落在橋臺上，即地震是否被限制在縱向反應范圍之內；上部結構是否有足夠的延性承受等。此種方式主要從以下兩個方面入手：提高強度問題：減少作用力。

2.2 拱橋上部結構抗震加固技術與方法

一般來講，大跨徑拱橋比小跨徑拱橋更容易遭受地震破壞；高墩臺比低墩臺更容易遭受地震破壞；多孔連續拱橋比單孔橋更容易遭受地震破壞；雙曲拱橋比板式拱橋更容易遭受地震破壞，這些都要引起足夠的重視。拱橋的加固，主要以整體加固為主，并對薄弱部分進行強化處理。

1）石拱橋的加固中，在拱圈跨中，1/4跨處增設三道鋼板、鋼筋混凝土、預應力混凝土錨箍拱圈，對于拱上建筑的處理與梁式橋的處理方式相同。

2）雙曲拱橋的加固。在拱波個拱肋之間的裂縫，可以用環氧混凝土、混凝土進行壓漿處理；拱板上增設鋼筋網并用混凝土填筑，厚度應達10cm；鋼筋網的搭接應保證了拱圈的整體性；拱肋之間采用加強筋或梁進行連接；對橋墩、橋臺的放拱腳處采用加強鋼筋再澆筑混凝土進行增強處理，此時要注意負彎矩作用的影響。

2.3 橋梁下部結構抗震加固技術與方法

在橋梁抗震加固設計中，基礎加固可能是最昂貴的，所以，根據原來結構的受損狀況，考慮到在受力狀態下地震對整體結構的影響，確定出加固方法。除了地基土液化及斜坡上土體體滑移所引起損害外，其他應進行基礎專項性考慮。

1）加固蓋梁一柱節點區。其主要方法有減少蓋梁中的地震力作用；提高蓋梁的抗彎強度；提高蓋梁的抗剪強度；提高蓋梁的抗扭強度；修復的可行性處理；連接節點預加力應力；用外套層加固結構連接點；更換節點；

2）提高基礎穩定性。在地震中，基礎搖擺可以認為是隔震的一種措施，說明這種隔震方式有效的削減了橋墩和上部結構的地震影響。主要使用的加固方法有：錨桿法；增大基腳平面尺寸法；增設阻尼裝置法；連續梁法；

3）提高基礎抗剪能力。

3 結論

綜上，橋梁的抗震技術在當代橋梁工程施工中的應用是非常廣泛的，新的技術隨著施工實踐的發展還亟待去研究突破。作者能力有限，文中不足之處望行業同仁多多指正，在今后的工作學習當中亦會進一步去深入研究。

[1]朱文正.公路橋梁減、抗震防落梁系統研究[D].長安大學，2004.

[2]張金昌.橋梁抗震設計的技術現狀和思路[J].世界橋梁，1994(2).