芻議橋梁抗震設計及加固技術

李波 錢華永

摘要：隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁工程的重要性顯得尤為突出,加之近幾年來地震災害經(jīng)常發(fā)生，給國家和人民帶來了巨大的經(jīng)濟損失，因此對橋梁的抗震能力也提出了很大的要求。本文結合筆者多年的施工經(jīng)驗，探討分析了橋梁抗震設計及加固技術，以提高橋梁結構的防震和抗震效果。

關鍵詞：震害；橋梁抗震設計；抗震加固技術

隨著我國城市化進程加快，作為城市基礎設施之一的公路交通其重要性越來越突出。同時，我國處于地震多發(fā)地帶，尤其是近幾年不斷發(fā)生各種等級的地震。在地震發(fā)生時，不僅會有大量的地面建筑物及各種設施遭到破壞或倒塌，大量人員傷亡，而且還會嚴重造成交通中斷。若作為抗震救災生命線工程之一的公路交通（尤其是鐵路橋梁、城市高架、公路橋梁等公路工程的咽喉要道）受到較大損壞，將會給后續(xù)救助工作造成極大的困難。此外，目前我國公路行業(yè)現(xiàn)采用的抗震設防標準是《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T B02-01-2008)，公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T B02-01-2008)較《公路工程抗震設計規(guī)范》(JTJ 004-89)在設計思想、安全設防標準、設計方法、設計程序和構造細節(jié)等諸多方面均有很大的變化和深入。

一、橋梁的震害原因

結合國內(nèi)外以往的地震，大部分橋梁都會受到不同程度的破壞，分析其震害主要有以下幾點：

橋臺震害。

其主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起滑動并移向河心，以致橋頭、重力式橋臺的胸腔及樁柱式橋臺的樁柱不同程度沉降、開裂、傾斜和折斷等。另外，橋頭的沉降會導致翼墻損壞并開裂，而重力式橋臺胸腔開裂會引起整個臺體被移動并下沉。

橋墩震害。

在地震力作用下橋墩會不同程度的傾斜、沉降、滑移、開裂、剪斷和鋼筋裸露扭曲。

支座震害。

根據(jù)以往工作經(jīng)驗，會發(fā)現(xiàn)某些橋梁的支座設計并未充分考慮抗震的需求，如某些支座形式和材料上存在缺陷、在構造上連接與支擋等構造措施不足等，以致支座在地震力作用下會發(fā)生較大的變形和位移。

地基與基礎震害。

在地震力作用下地基中的砂土會被液化，以致地基失效，基礎沉降或不均勻沉降，從而導致地面較大變形，地層發(fā)生水平滑移、下層、斷裂等。地基與基礎震害會使橋梁發(fā)生坍塌，給震后修復工作帶來困難。

梁的震害。

梁的震害主要是有橋臺震害、橋墩震害、支座震害等引起的，其主要表現(xiàn)為主梁墜落，這也是最嚴重的震害現(xiàn)象。

橋梁的抗震設計

抗震概念設計。

由于地震的發(fā)生存在不確定因素和復雜因素，同時結構計算模型需要假定結果且與實際情況存在較大差異，以致“計算設計”在一定程度上較難控制結構的抗震性能，因此，對于結構抗震設計來說，不能完全依賴計算，“概念設計”其實比“計算設計”更加重要。而良好的“概念設計”將直接影響著結構抗震性能。良好的“概念設計”必須是，在設計橋梁方案階段應根據(jù)功能要求、靜力分析和橋梁的抗震性能等取舍抗震結構體系。

在抗震概念設計時，應重視上、下部結構連接部位和過渡孔處連接部位的設計及塑性鉸預期部位和橋墩形式的選取；應對動力特性進行簡單的分析、對地震反應進行評估，接著結合結構設計對結構的抗震薄弱部位、構造設計及是否能通過配筋等進行進一步地分析。以分別保證橋梁結構的經(jīng)濟性、抗震安全性和在橋址處的場地條件下所選擇的結構體系是良好的結構體系。最后，應根據(jù)分析結果對抗震性能的優(yōu)劣進行綜合性評判，再決定是否對設計方案進行修改。

延性抗震設計。

橋梁的抗震設計主要是反復進行①仔細地對預期會出現(xiàn)的塑性鉸部位進行配筋設計；②為保證抗震安全性應分析并驗算整個橋梁結構的抗震能力這兩個階段，直到通過抗震能力驗算。

橋梁減、隔震設計。

此設計可以較好地提高橋梁抗震能力，并且具有簡便、先進、經(jīng)濟等優(yōu)點。此種設計的裝置主要是通過對結構的能量耗散能力的增大或者增大結構主要振型周期使其落在能量較少的范圍內(nèi)兩種措施使結構地震反應減少。在進行減、隔震設計時應充分結合結構特點和場地地震波頻率特性，選用適合的設置方案、相應參數(shù)、及減隔震裝置，并對結構的受力和變形進行合理地分配。

橋梁的抗震加固技術

對于處于地震多發(fā)區(qū)的已經(jīng)修建的橋梁，應根據(jù)更為先進的設計思想對其進行抗震性能評價，并結合評價結果考慮是否應給予相應的抗震加固措施。

維護結構連接件

當支承連接件不能承受橋梁上、下部結構產(chǎn)生的相對位移時可能會失去相應的作用，并導致梁體墜毀。而這種情況往往都是由施工單位和養(yǎng)護單位在橋梁支承連接件的性能質(zhì)量的重視度不夠所引起的。因此，我們應定期對橋梁支座、伸縮縫等連接構件進行維護。在國內(nèi)目前采用較多的維護方法有采用擋塊、連梁裝置等安裝于伸縮縫等上部接縫處；安裝限位裝置于簡支的相鄰梁間；為耗散作用于機構的地震能量增加耗能裝置及減隔震支座；增加支承面的寬度等措施。此外，在橋梁使用期間定期檢查并維護支座時應隨時清除伸縮縫內(nèi)的雜物。

加固上部結構

加固上部結構主要有粘貼鋼板加固法、增大截面加固法和結構體系轉(zhuǎn)換法。粘貼鋼板加固法主要在梁板橋的主梁底部出現(xiàn)嚴重橫向裂縫時使用。在粘貼鋼板、鋼筋或纖維時應特別注意粘貼位置，即粘貼位置應盡量遠離中性軸加固區(qū)。同時還應注意黏結劑的性能以保證錨固的可靠性；增加截面加固法主要是增設鋼筋在橋梁下部以提高主梁的抗彎能力。同時，如果增設的鋼筋較多可考慮將主梁下部的截面面積增大以避免超筋構件的出現(xiàn)。另外，應設置錨固筋、傳力銷、剪力鍵等可靠的連接物在新老結構材料之間以避免增加的重量破壞原截面；結構體系轉(zhuǎn)換法主要指將可承受負彎矩的鋼筋設置在簡支梁的梁端，使相鄰兩主梁連起來就可形成多跨連續(xù)梁，進而達到提高橋梁承載力的目的。

加固下部結構

下部結構的加固主要有柱罩、填充墻、連梁、加固支座、加固帽梁、橋臺和加固基礎等措施。填充墻具有提高柱的橫向能力和限制柱的橫向位移等特點，可用于多柱橋梁；連梁可提高混凝土排架的橫向能力。連梁可置于排架底部標高處替代墩帽，也可置于地面標高和排架底部標高之間的某個位置以調(diào)整特定排架的橫向剛度；一直以來支座都是地震中受損最容易的部位，而為加固支座現(xiàn)在一般都采用隔震支座加固橋梁的方式，此外還有用鉛芯橡膠支座或者纜索與彈性支座配套使用代替彈性支座的方法；帽梁加固方法最常見的是給現(xiàn)有帽梁增設墊板；橋臺加固主要有兩種方法，一是支座延長裝置，二是用木材、混凝土或鋼筋填塞夾縫，后者采用較多；通常基礎加固的方法是增設覆蓋層、均勻增加基礎、增加接觸面積或?qū)⒒A錨固于土中等。

結論

要做好橋梁的抗震設計，就要不斷加深對地震機理的認識,提高和完善橋梁結構物的各項功能,以及橋梁抗震構造措施進一步的改進和完善。目前我國對于橋梁抗震加固技術相對比較成熟,在實踐過程當中要結合公路橋梁的特點,這樣才能有效的提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災害的能力。

參考文獻：

[1]范立礎，橋梁抗震[M]，上海：同濟大學出版社，1997

[2]謝旭，橋梁結構地震響應分析與抗震設計[M]，北京：人民交通出版社，2006；3（4）：153-154.

[3]李偉，崔雷，王玉海，韓繼國,等.橋梁抗震設計及對策分析吉林交通科技[J].2010；2（4）：1045-1047.