橋梁抗震設(shè)計與加固技術(shù)探討

曹寧寧 李淑慧

河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院（450000）

0 前言

我國地大物博，但也是一個地震災(zāi)害頻發(fā)的國家。強烈的地震會損害人民的生命及財產(chǎn)安全，并對橋梁造成嚴重破壞。而橋梁在抗震救災(zāi)和物資運輸中發(fā)揮著尤為重要的作用，一旦在地震中損壞，交通中斷，將導(dǎo)致車輛無法通行，造成救援困難等問題。因此，研究橋梁抗震設(shè)計，加強橋梁的抗震性能，建設(shè)更加安全穩(wěn)定的橋梁，從而減少自然災(zāi)害造成的損失，促進我國經(jīng)濟的發(fā)展。

1 橋梁在地震下的損害情況及抗震加固概念

1.1 橋梁在地震時可能會發(fā)生的損害

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)類型的不同，在不同地震等級的情況下，橋梁主要發(fā)生以下幾種損壞：強震時，橋梁兩側(cè)的地形發(fā)生變化，引起橋梁結(jié)構(gòu)嚴重變形、地面錯動、橋梁結(jié)構(gòu)受損，或者出現(xiàn)落梁現(xiàn)象；強烈的地震作用下,由于地震波的作用，橋墩發(fā)生震動，進而發(fā)生損壞,如表面損傷、結(jié)構(gòu)損傷、形狀變形等；強烈地震作用，導(dǎo)致地基損壞，發(fā)生液化,進而引起基礎(chǔ)不均勻沉陷，造成橋墩傾斜甚至倒塌；地震會引起橋梁的形狀變化，使橋梁內(nèi)力超過了設(shè)計極限，導(dǎo)致整個橋梁倒塌。

1.2 抗震加固概念剖析

在結(jié)構(gòu)施工前，橋梁的抗震設(shè)計更為重要。由于不同等級的地震具有很大的不確定性和復(fù)雜性，所以假定橋梁在地震作用下的模型與實際建成情況不同，為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性，需要對橋梁的抗震設(shè)計進行分析。如應(yīng)注意橋梁上下結(jié)構(gòu)連接部位的抗震設(shè)計，包括橋墩的類型、支座的位置和支座類型的選擇，以確保橋梁具有穩(wěn)定的抗震結(jié)構(gòu)體系。為了確保橋梁結(jié)構(gòu)具有良好的整體性能，提高其抗震性能，需對結(jié)構(gòu)的動力特性和地震沖擊數(shù)據(jù)進行分析，并將結(jié)構(gòu)設(shè)計與相應(yīng)的弱震點結(jié)構(gòu)相結(jié)合。必要時，可在適當(dāng)位置增設(shè)鋼筋或改變結(jié)構(gòu)設(shè)計來提高其抗震能力。

加強橋梁整體結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，能夠有效防止構(gòu)件在地震作用下的斷裂，保證構(gòu)件空間整體性能。平面構(gòu)件及三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計時必須保證橋梁幾何尺寸、剛度及其連接的協(xié)調(diào)一致性，從而提高橋梁的整體抗震性能。橋梁結(jié)構(gòu)的損傷是由于其在地震作用下發(fā)生強烈振動導(dǎo)致的，因此抗震設(shè)計可以從降低地基結(jié)構(gòu)的震動入手，提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度和延性，提高施工質(zhì)量。在恒荷載和剛度一定的情況下，提高結(jié)構(gòu)的整體強度和延性可以達到有效的抗震目標。這是因為提高剛度可以減小結(jié)構(gòu)的變形，增加強度和延性可有效提高橋梁的抗震能力。構(gòu)件的反復(fù)變形會造成構(gòu)件產(chǎn)生次內(nèi)力，出現(xiàn)裂縫及應(yīng)力集中的現(xiàn)象，降低構(gòu)件的剛度和減小構(gòu)件的延性，因此在橋梁抗震設(shè)計中應(yīng)注意構(gòu)件的延性和剛度。

橋梁延性設(shè)計主要為以下兩個方面：①對結(jié)構(gòu)薄弱部位采用增加鋼筋、改變截面形式等方法加強抗震設(shè)計；②提高其抗震等級，并對整個橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能進行模擬分析和驗證。

2 抗震加固技術(shù)剖析

2.1 結(jié)合地理信息創(chuàng)建橋梁地震模型

橋梁在地震作用下的抗震模型為設(shè)計人員提供了簡單方便的抗震性能評價體系和不同地震下橋梁受力狀態(tài)的情況，但由于地震在不同環(huán)境及不同等級下對結(jié)構(gòu)的影響具有不可控性，且模擬試驗中地震模型具有局限性，造成計算機模擬不夠精確，因此對橋梁抗震性能的研究不能完全依靠模型數(shù)據(jù)得出的結(jié)論。必需對項目場地的特定地形進行現(xiàn)場勘察，確定橋梁的選址位置是否利于橋梁的安全穩(wěn)定性。橋墩基礎(chǔ)型式的選擇和局部地形的考慮對抗震設(shè)計具有重要意義。此外，設(shè)計人員還需進行橋梁的設(shè)計方案的比選，并對其進行修改，完善結(jié)構(gòu)方案，選擇可行有效的橋梁抗震設(shè)計方案[1]。

在實地勘察及方案比選的同時，還需考慮影響橋梁穩(wěn)定性的因素，如當(dāng)?shù)匾郧坝龅降牡卣鸬牡燃壖暗卣痤l率、氣候條件、土壤和水土流失等情況。橋梁構(gòu)件通過相互連接形成一個整體，橋梁連接處是橋梁結(jié)構(gòu)抗震薄弱的地方，直接影響到橋梁的整體性能及抗震性能。同時橋梁的建設(shè)對環(huán)境有著一定的影響，特別是在跨河海的橋梁建設(shè)中，直接影響到水流的流態(tài)分布，造成河床變遷，所以必須考慮當(dāng)?shù)氐男枰徒虻目尚行裕鶕?jù)當(dāng)?shù)厍闆r進行公告，并通過使用有限元軟件及試驗進行分析，以便提高橋梁的抗震能力。

2.2 加強橋梁結(jié)構(gòu)強度

橋梁是由許多構(gòu)件組成的整體，其中一些結(jié)構(gòu)由于強度不足，在地震作用下發(fā)生損壞。如果關(guān)鍵部位受損則會導(dǎo)致橋梁垮塌，因此必須采取一定的加固措施，使構(gòu)件穩(wěn)定，不發(fā)生位移，保持橋梁原有的空間結(jié)構(gòu)。從橋梁的整體性能及材料來看，增加橋梁結(jié)構(gòu)的強度可以有效抵抗地震對橋梁的影響，增加橋梁的剛度并保持結(jié)構(gòu)的整體性能，可以使橋梁較好地適應(yīng)地震的影響。所以設(shè)計時需根據(jù)其用途及使用年限進行設(shè)計，保證其正常使用及地震作用下的承載能力，從而提高橋梁的剛度、強度和延性，對保護橋梁和抵抗自然災(zāi)害具有重要作用。

2.3 提升結(jié)構(gòu)間的連接整體性

各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過連接，使橋梁作為一個整體結(jié)構(gòu)進行運營。因此對于橋梁結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，如構(gòu)件連接處，應(yīng)加強結(jié)構(gòu)間的連接的整體性，從而提高橋梁的抗震強度，保證結(jié)構(gòu)的延展性。在橋梁抗震試驗中，為了提高橋梁的抗震性能，需通過模擬分析不同地震作用下橋梁的動力響應(yīng)，及不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間連接性能，從而找出避免橋梁因地震的影響而倒塌因素，并找出解決方案。

2.4 針對性加固

為了防止地震引起的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)開裂，可以采用適當(dāng)增加鋼筋、鋼板或預(yù)應(yīng)力筋等方法進行橋梁加固，其中鋼板加固主要用于遠離橋梁中軸線位置。鋼板加固雖然增加了橋梁的橫截面面積，提高了橋梁的抗震能力，但有一定的限制。在大多數(shù)情況下，對系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)進行加強，新舊結(jié)構(gòu)之間必須進行材料的結(jié)合處理，從而達到加固效果。橋梁的基本結(jié)構(gòu)必須一致，剛度和延性必須統(tǒng)一，以保證橋梁的整體穩(wěn)定性。

2.5 謹慎施工連接構(gòu)件

在我國橋梁建設(shè)中，橋梁連接構(gòu)件的設(shè)計不合理，橋梁在運營階段關(guān)鍵構(gòu)件會發(fā)生耐久性損傷、變形或位移，使橋梁承載能力下降，在地震作用下被嚴重破壞。橋梁連接在保證橋梁的整體性和延展性方面起著重要的作用，部分施工單位的管理層對此沒有足夠重視，在施工中，振搗不均勻，養(yǎng)護條件不足，造成結(jié)構(gòu)裂縫超限、接縫表面變形等。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，連接結(jié)構(gòu)的承重能力下降，在地震的沖擊作用下發(fā)生破壞，進而導(dǎo)致橋梁的主體結(jié)構(gòu)損壞。同時，在使用期間，需要對橋梁構(gòu)件及時維護和保養(yǎng)，以提高對地震沖擊的適應(yīng)能力，防止橋梁出現(xiàn)裂縫。

相鄰橋梁之間也可進行結(jié)構(gòu)加固，增加連接構(gòu)件，以防止橋體出現(xiàn)過大位移。連接構(gòu)件長期受作用力影響，易出現(xiàn)變形問題，為了保證橋梁抗震性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，必須進行全面檢查和及時維修。

2.6 使用碳纖維加固橋體

混凝土結(jié)構(gòu)中加入碳纖維材料，能夠有效提升橋梁的抗震性能。這是因為碳纖維材料的強度、密度、彈性和耐腐蝕性均優(yōu)于普通鋼筋。在進行碳纖維材料加固的同時，還需加入一些樹脂。

3 結(jié)語

通過橋梁抗震設(shè)計及加固技術(shù)在橋梁設(shè)計及維修中占有重要地位，因此有必要應(yīng)用國內(nèi)外的先進科學(xué)技術(shù)，通過試驗分析不斷完善其理論和施工方法，并結(jié)合橋梁的抗震設(shè)計規(guī)范，進一步提高橋梁在遭遇強震時的抗震性能,保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及橋墩在地震作用下的結(jié)構(gòu)安全，使橋梁充分發(fā)揮其使價值。