淺談道路橋梁抗震問題

徐 浩

黑龍江省龍建路橋第一工程有限公司

淺談道路橋梁抗震問題

徐 浩

黑龍江省龍建路橋第一工程有限公司

隨著我國公路建設(shè)的不斷發(fā)展，道橋的建設(shè)水平也在不斷提高。道橋不僅是我國基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，而且對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也起到了巨大的推動(dòng)作用。道橋在交通上發(fā)揮著巨大的作用，尤其在抗震救災(zāi)中，道橋的作用更不能忽略。為了提高道橋的抗震救災(zāi)功能，就要做好道橋的抗震工作。本文主要針對道橋在抗震中遇到的問題進(jìn)行探討。

道路橋梁；抗震救災(zāi)；加固

隨著地震災(zāi)害的頻發(fā)，道橋等交通工程都受到不同程度的損壞，為了減輕交通工程尤其是道橋的損壞程度，發(fā)揮其抗震救災(zāi)的功能，我們必須加強(qiáng)交通工程的抗震能力。為了加強(qiáng)橋梁的抗震性能，我們必須將抗震的施工理念貫穿整個(gè)道橋的建設(shè)中。本文將從道橋的設(shè)計(jì)、實(shí)際應(yīng)用的問題及道橋的加固等幾個(gè)方面來進(jìn)行論述。

1.道橋震害的主要形式

（1）基礎(chǔ)震害道路

地基震害與基礎(chǔ)震害是息息相關(guān)的，地基震害多會導(dǎo)致基礎(chǔ)震害的發(fā)生。地基震害的發(fā)生多是由于物理結(jié)構(gòu)的損害造成的。由于發(fā)生地震時(shí)，地層的應(yīng)力結(jié)構(gòu)在短時(shí)間發(fā)生劇烈的變化，使地基的結(jié)構(gòu)沙土出現(xiàn)液化或者是地面塌陷造成地基出現(xiàn)不均勻沉降等現(xiàn)象，都可能會導(dǎo)致道橋的整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞。基礎(chǔ)震害的表現(xiàn)形式主要有移位、傾斜、下沉、折斷和塑性鉸破壞等。

（2）附屬工程震害道路

發(fā)生地震時(shí)，由于地震力的強(qiáng)度大、作用時(shí)間短，會對道橋的各個(gè)連接的部位造成很大的沖擊力。這些連接部分本身的承重力就較大，在發(fā)生劇烈搖晃或沉降時(shí)這些部分就會先表現(xiàn)出形變，如果附屬工程沒有足夠的限位能力，下部墩柱和橋臺等部位就會出現(xiàn)位移，主要的形式有支座與主梁脫離、擋塊碰撞損壞、伸縮縫被強(qiáng)行拉斷等。

（3）上部結(jié)構(gòu)震害道路

在地震損壞中，上部結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)的震害是位移震害。位移震害主要是因?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)發(fā)生橫向、縱向或扭轉(zhuǎn)形式的位移而產(chǎn)生的。發(fā)生地震時(shí)，由于地震力的強(qiáng)力作用，使得上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的位移超過了墩臺的支撐面發(fā)生落梁等現(xiàn)象。這種震害的發(fā)生多是由于限位結(jié)構(gòu)能力不足，墩臺等的支撐面不夠造成的。

（4）墩柱震害道路

墩柱的震害形式主要有兩種，一是塑性鉸破壞二是剪切破壞。前者主要出現(xiàn)在柔性墩柱，后者主要出現(xiàn)在剛性墩柱。塑性鉸破壞主要出現(xiàn)在墩柱的底部、頂部或者是連接處。由于地震力的作用不穩(wěn)定，使得塑性鉸混凝土無法維持原有狀態(tài)，出現(xiàn)剝落、破碎，無法繼續(xù)支撐橋面。剪切破壞則是由于剛性墩柱形變能力弱，無法抵抗地震力的強(qiáng)力沖擊，從而出現(xiàn)剪切性破壞。

2.測試道路和橋梁的抗震性方法

1、靜力理論

靜力理論是最初為了研究橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性而采取的理論方法。此理論主要是對地震的震動(dòng)頻率和橋梁結(jié)構(gòu)的各部分相同的假設(shè)，通過對影響橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和地面運(yùn)用的特性的因素進(jìn)行忽略不計(jì)，然后將橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所形成的慣性力乘以地面運(yùn)用的加速度。當(dāng)由于地震使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)力將其當(dāng)做是靜止的，將地震荷載看做是地震的慣性力，然后分析在結(jié)構(gòu)上通過這種外載荷的方式而產(chǎn)生的內(nèi)力。1915年提出了震度法。這種方法中增添了水平地震荷載，這種因素是將結(jié)構(gòu)10%的重量增加在靜力法原有的概念上。但是靜力法更具備簡單的概念和簡潔的計(jì)算公式。所以在我國相關(guān)的法律文件中提出通過靜力法來計(jì)算地震荷載來分析擋土墻和路基的抗震能力和穩(wěn)固性。

2、時(shí)程分析法

時(shí)程分析法在我國被廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)和分析復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的抗震性。這種方法分析和設(shè)計(jì)工程的抗震性都是通過對地震地面運(yùn)動(dòng)和速度數(shù)值的實(shí)際記錄來進(jìn)行的。時(shí)程分析法不僅能夠?qū)Φ卣鹫饎?dòng)的時(shí)間、振幅和頻率有效地反映出來，而且還能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的彈塑性得到充分的考慮。

3.道路橋梁設(shè)計(jì)階段的抗震措施

（1）不同結(jié)構(gòu)的抗震措施

道橋的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工環(huán)節(jié)較多。對道橋不同部分要采用不同的抗震設(shè)計(jì)。橋梁的抗震設(shè)計(jì)主要從三方面進(jìn)行。

①基礎(chǔ)抗震措施。為了減少橋梁的滑動(dòng)和長期的不規(guī)則形變，降低上部結(jié)構(gòu)的承重，就要加強(qiáng)道橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。對于土層結(jié)構(gòu)較為松軟，易發(fā)生地震液化的地方，要對土層進(jìn)行加固。通過使用使樁或沉井進(jìn)行深基。在使用使樁時(shí)，可以在距離地面1-3m的使樁頂部安裝鋼筋，有加強(qiáng)固定作用。

②橋臺抗震措施。橋臺抗震措施就是在橋臺增設(shè)胸墻并在橋臺和梁之間添加彈性墊塊，用來緩解地震力對橋臺的沖擊。有些橋梁的基礎(chǔ)較淺，還要在沒有下部支撐的梁部進(jìn)行加固。

③橋墩抗震措施。橋墩抗震的工作原理就是利用加固過得橋墩緩解地震造成的損害。橋墩多是利用鋼筋混凝土進(jìn)行澆筑的，適當(dāng)?shù)脑龃髽蚨盏某兄孛婊蛘卟捎秒p排柱式墩和排架樁墩的結(jié)構(gòu)都可以起到減震的作用。在加固橋墩時(shí)要注意在柱與樁之間架設(shè)橫梁，梁要采用四鉸框架機(jī)構(gòu)。

（2）橋梁整體設(shè)計(jì)方面的抗震措施

①設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，橋位的選擇是非常重要的，合理的橋位是橋梁安全是基礎(chǔ)保證。橋位應(yīng)該選擇在地基較硬的地方，如質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石或是基巖。對于地質(zhì)較軟的沙土等都不適合建筑橋梁，這些地方發(fā)生地震時(shí)結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大的變化，不均勻沉降較為明顯，常有坍塌的危險(xiǎn)。如果選擇的橋位需要跨越斷層，就要先進(jìn)行地震安全性評價(jià)然后在選擇合適的橋梁形式。

②確定橋位后還要選擇合適的橋型。橋型的選擇要依據(jù)施工地點(diǎn)的實(shí)際情況，對橋梁的基礎(chǔ)形式、墩臺和橋梁形式都要有所要求。在橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還要考慮加固和減震，結(jié)構(gòu)上要選取抗震技術(shù)先進(jìn)的新結(jié)構(gòu)并且經(jīng)濟(jì)劃算的。

③確定橋孔的位置。在布設(shè)橋孔時(shí)要考慮減震。橋梁在選擇時(shí)要選那些結(jié)構(gòu)簡單，重心較低，硬度和質(zhì)量分布較為合理的的橋型，注意不要選擇大跨和高墩結(jié)合的橋型。

4.橋梁的后期加固修護(hù)

（1）無筋混凝土結(jié)構(gòu)和橋墩的加固

對于橋梁的下部進(jìn)行減震通常從兩個(gè)方面進(jìn)行：無筋混凝土結(jié)構(gòu)、橋墩。橋墩的減震方法比較多，常用的是碳素纖維加固法和鋼板外包加固法等。對于無筋混凝土的加固只能從結(jié)構(gòu)的整體性方面下手，用鋼板將橋墩和襯套結(jié)合起來，增強(qiáng)整體性提高抗震性。現(xiàn)代的抗震措施要和傳統(tǒng)的抗震措施結(jié)合起來，最大限度的改變地震力對橋梁作用的動(dòng)力參數(shù)，降低橋梁的振動(dòng)反應(yīng)，從而加強(qiáng)橋梁在地震中的存活率。

（2）橋梁抗震性的加固

在地震中橋梁容易出現(xiàn)滑落的危險(xiǎn)，為了減弱風(fēng)險(xiǎn)，需要在橋梁處添加支承連接件。目前較為常見的方法就是加寬支承面，并在相鄰的梁間添加縱向約束裝置。這些方式還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要配合耗能裝置和減震技術(shù)的使用。

[1]何瀟.道路橋梁關(guān)于抗震問題研究[J].城市建設(shè)理論研究.2014.