既有公路橋梁抗震排查評(píng)估實(shí)例分析

文／林文寧 山東平安工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 山東煙臺(tái) 265500

引言：

同世界上的大多數(shù)國(guó)家進(jìn)行對(duì)比，我國(guó)出現(xiàn)地震的概率較大，國(guó)內(nèi)很多既有公路橋梁，為08年之前設(shè)置建造的，以抗震設(shè)計(jì)來看，難以符合現(xiàn)如迄抗震要求，另外一些橋梁服役環(huán)境較為糟糕，讓其存在相對(duì)突出的地震易損性。所以針對(duì)它們的抗震性能，有必要開展精準(zhǔn)評(píng)估。如迄在這方面初步評(píng)估上，沒有可以參考的流程，也不具備有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，文章將借鑒國(guó)內(nèi)有關(guān)的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，給出下文的初步評(píng)估方式，旨在針對(duì)抗震性能，可以更好開展初級(jí)評(píng)估，為深入評(píng)估橋梁以及加固橋梁奠定依據(jù)。

1、橋梁抗震設(shè)計(jì)理念

在交通設(shè)施方面，橋梁是非常關(guān)鍵的樞紐工程，也為線路的核心環(huán)節(jié)，在結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)大小作用之下，橋梁出現(xiàn)地震破壞的概率較大。在發(fā)生破壞的情況下，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸中斷，并且也容易帶來傷亡與損失。在出現(xiàn)地震時(shí)，想要防止橋梁被破壞，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化研究地震中應(yīng)，全方位精準(zhǔn)評(píng)估抗震性能，并且實(shí)施行之有效的措施，針對(duì)抗震能力較弱的橋梁，開展加固處理，切實(shí)提升橋梁抗震水準(zhǔn)，防止在地震影響之下，導(dǎo)致橋梁被破壞，確保車輛可以正常運(yùn)行。（1）設(shè)防理念方面。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，在橋梁抗震設(shè)計(jì)方面，實(shí)施這樣的抗震理念，也就是小震不損壞橋梁、中震能夠修復(fù)橋梁、大震橋梁不倒。設(shè)防目標(biāo)上，在中震影響之下，確保橋梁不被損壞。對(duì)于特大橋，它的單跨大于150米，大震影響之下，允許出現(xiàn)輕微損壞，通過一定的修復(fù)，能夠再利用；中橋級(jí)別以上的橋梁，大震影響之下，需要確保不倒，并在通過加固處理之后，可以保證應(yīng)急使用，設(shè)計(jì)過程中，基于抗震救災(zāi)，應(yīng)該綜合考量橋梁的意義。（2）設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，在抗震設(shè)計(jì)方面，要求實(shí)施以下的方式，也就是兩水平設(shè)防，兩環(huán)節(jié)設(shè)置。第一環(huán)節(jié)實(shí)施彈性抗震設(shè)置，與中震設(shè)計(jì)相呼應(yīng)。第二環(huán)節(jié)實(shí)施延性抗震設(shè)置，與大震設(shè)計(jì)相呼應(yīng)，根據(jù)能力保護(hù)設(shè)置原則，按照構(gòu)造措施開展設(shè)置，保證存在較好的抗位移能力。

（3）延性設(shè)計(jì)。現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，給出了以下的原則與概念，也就是延性設(shè)置與能力保護(hù)，依托于橋梁的設(shè)置，讓構(gòu)件產(chǎn)生強(qiáng)度等級(jí)差異，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)該選取科學(xué)的結(jié)構(gòu)布置，且可以產(chǎn)生塑性耗能機(jī)制，保證構(gòu)件可以處在彈性中應(yīng)范圍[1]。（4）減隔震設(shè)計(jì)。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)置時(shí)，需要安裝相關(guān)的減隔震設(shè)施，以便可以延長(zhǎng)固有周期，同時(shí)切實(shí)提升阻尼系數(shù)，在地震影響之下，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震力的分散。并且提出，土層不夠穩(wěn)定、有著較久的振動(dòng)周期，發(fā)生顯著負(fù)中力的現(xiàn)象，不應(yīng)該實(shí)施隔震技術(shù)。（5）抗震措施。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)這一方面也開展了細(xì)化和加強(qiáng)，對(duì)多項(xiàng)參數(shù)實(shí)行了調(diào)節(jié)及明確，具體而言，梁端到墩邊緣之間的距離，梁端到臺(tái)帽邊緣之間的距離，它們都為最短距離。總而言之，橋梁因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)作用，出現(xiàn)地震破壞的概率較大，在出現(xiàn)破壞的情況下，會(huì)影響到交通運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行，并且容易導(dǎo)致傷亡與損失，所以進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是相當(dāng)關(guān)鍵的。

2、橋梁抗震性能評(píng)價(jià)

通常情況下分成兩級(jí)，對(duì)于一級(jí)評(píng)價(jià)來講，它主要是宏觀控制以及抗震構(gòu)造要求，開展全面評(píng)價(jià)；就二級(jí)評(píng)價(jià)而言，它需要基于一級(jí)評(píng)價(jià)，圍繞抗震驗(yàn)算，按照上一級(jí)結(jié)果，判斷要不要開展二級(jí)評(píng)價(jià)。若前者評(píng)價(jià)結(jié)果理想，則用不著開展二級(jí)評(píng)價(jià)，不然的話需要進(jìn)行，且按照評(píng)價(jià)等級(jí)與結(jié)構(gòu)重要度，進(jìn)一步來明確優(yōu)先順序。針對(duì)橋梁抗震性能，關(guān)于它的一級(jí)評(píng)價(jià)，一般是基于橋梁調(diào)查，對(duì)相關(guān)方面開展精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，具體而言，有設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、地質(zhì)狀況、河床改變，在橋墩等部位，存不存在裂縫與露筋現(xiàn)象，錨栓、支座等有沒有受損，以及構(gòu)造措施等[2]。進(jìn)行二級(jí)評(píng)價(jià)，需要做好對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查工作，尤其要明確以下內(nèi)容，也就是橋墩基礎(chǔ)、混凝土強(qiáng)度等，接下來，針對(duì)抗震性能與構(gòu)造措施，開展精準(zhǔn)評(píng)價(jià)研究。

3、初步評(píng)估方法

對(duì)于初步評(píng)估，以宏觀層面為切入點(diǎn)，對(duì)以下方面開展評(píng)估，也就是結(jié)構(gòu)以及延性構(gòu)造，希望借助有關(guān)計(jì)算，短時(shí)間內(nèi)找到性能有著不足的橋梁，為評(píng)估以及加固奠定依據(jù)。（1）抗震措施核查。這一般需要核查多項(xiàng)指標(biāo)，例如支承寬度、混凝土強(qiáng)度、主梁限位設(shè)備等。尤其是支承寬度，它為核查的核心內(nèi)容，在地震影響之下，由于支承寬度不夠，從而致使的落梁震害，為一種嚴(yán)重程度較大的震害，基于主梁的下落，當(dāng)與下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行相撞時(shí)，還可能會(huì)導(dǎo)致倒塌現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：梁端到橋墩邊緣，應(yīng)當(dāng)存在適當(dāng)距離，通常用A來表征，單位為厘米，并不超過0.6米。A=50+0.1L+0.8H+0.5Lk (1)，其中用L來表征上部結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)，單位為米；H代表平均高度，單位為米，橋臺(tái)高視為0；用Lk表示最大單孔跨徑，單位也為米。對(duì)有著落梁情況的橋梁，需要全面考慮有關(guān)的因素，例如橋址場(chǎng)地、地震危險(xiǎn)級(jí)別等，確定需不需要開展加固處理，防止落梁震害的出現(xiàn)。

（2）延性構(gòu)造核查。這也需要核查多項(xiàng)指標(biāo)，例如箍筋直徑、配筋率等。具體而言，第一，箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度。它需要超過等效塑性鉸長(zhǎng)度，用Lp來表征，對(duì)于墩高以及橫截面短邊，二者的比值不超過2.5，也就是矮墩時(shí)，該長(zhǎng)度需要取全高。加密箍筋間距，需要不超過0.1米；第三，對(duì)于箍筋直徑，應(yīng)該超過十毫米；第四，最小體積含箍率，根據(jù)式子（2）來進(jìn)行計(jì)算，而對(duì)于矩形墩柱，則根據(jù)式子（3）來計(jì)算：ρS，min=[0.14ηk+5.84(ηk-0.1)(ρt-0.01)+0.028]fc′/fyh≥0.04 （2），ρS，min=[0.1ηk+4.17(ηk-0.1)(ρt-0.01)+0.02]fc′/fyh≥0.04 （3），其中ηk用來表征軸壓比；fyh代表抗拉強(qiáng)度設(shè)置值，單位為兆帕；用ρt來表示配筋率；fc′表征抗拉強(qiáng)度規(guī)范值，單位也為兆帕。第五，為墩柱縱筋配筋率，用ρ來表示，它的數(shù)值應(yīng)該大于等于0.006，同時(shí)小于等于0.04（AS與Ah的比值），AS表征鋼筋總面積，單位為平方毫米，Ah表示截面面積，單位也為平方毫米。第六，為錨固與搭接長(zhǎng)度，為避免鋼筋出現(xiàn)破壞，需要存在一定的錨固以及搭接長(zhǎng)度。根據(jù)抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，需要基于現(xiàn)行要求，增加10ds，并且對(duì)于縱向鋼筋來講，不可以處于塑性鉸區(qū)域，進(jìn)一步來開展搭接操作[3]。對(duì)于不符合要求的橋梁，需要全面考量有關(guān)因素排序，例如橋梁場(chǎng)地、震害危險(xiǎn)級(jí)別等，且根據(jù)排序結(jié)果，依次開展評(píng)估。

4、實(shí)例分析

某橋處在某干線公路上，為一種混凝土連續(xù)橋梁，它的總長(zhǎng)約有190米，橋面寬達(dá)到12.5米。以上部結(jié)構(gòu)來看，其為小箱梁結(jié)構(gòu)，在下部結(jié)構(gòu)中包含著樁基礎(chǔ)、橋墩以及橋臺(tái)。設(shè)防烈度是8度，就中應(yīng)譜特征周期而言，它的周期是0.45秒，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)劃分，該橋是B類橋梁。初步評(píng)估結(jié)果見表1與表2。

表1 抗震措施核查

表2 延性構(gòu)造核查

根據(jù)以上信息可知，該橋在以下方面不符合要求，即：防撞措施、混凝土強(qiáng)度級(jí)別、箍筋直徑大小，剩余每一項(xiàng)指標(biāo)都符合抗震要求，從整體上來看，抗震性能較為理想。對(duì)防撞措施不符合標(biāo)準(zhǔn)的橋梁，需要開展小修時(shí)，添加合適的防撞墊層，防止在地震影響之下，出現(xiàn)剛性碰撞，從而造成橋梁結(jié)構(gòu)被破壞[4]。對(duì)混凝土強(qiáng)度級(jí)別以及箍筋直徑大小不符合要求的現(xiàn)象，需要根據(jù)評(píng)估結(jié)果，進(jìn)行性能全面評(píng)估。總而言之，該橋抗震性能較為理想，可以符合抗震設(shè)防要求。

5、橋梁抗震加固

因?yàn)槲覈?guó)橋梁體系越來越健全，這也對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求，其作用也逐漸顯露出來。就我國(guó)來看，常常會(huì)出現(xiàn)地震災(zāi)害，若是發(fā)生較大的地震災(zāi)害，通過道路交通網(wǎng)絡(luò)，可以有效降低次生災(zāi)害，促進(jìn)災(zāi)區(qū)重建工作的有序開展，對(duì)此，應(yīng)強(qiáng)化核心交通的建設(shè)，在這之中，就包含橋梁工程，以交通體系來看，它占據(jù)著一定的地位，當(dāng)發(fā)生較大的地震災(zāi)害后，在開展救援工作的過程中，公路交通體系可以為其奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)，因而應(yīng)全面落實(shí)橋梁抗震設(shè)計(jì)，該項(xiàng)工作有著關(guān)鍵性的作用。對(duì)橋梁開展抗震加固，目的是為了防止地震作用下導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)破壞控制進(jìn)行科學(xué)控制，針對(duì)其抗震性能進(jìn)行加固來說，最重要的是要對(duì)下部結(jié)構(gòu)開展加固處理。現(xiàn)階段在抗震加固工作中，常見的加固方式包括兩種。首先，是對(duì)橋梁抗震能力進(jìn)行增強(qiáng)，以此來增加其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而更好地應(yīng)對(duì)地震作用。其次，是運(yùn)用減隔震措施，全面減小橋梁地震中應(yīng)，從而進(jìn)一步保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以此來防止地震作用，避免一系列破壞的產(chǎn)生。

5.1 上部結(jié)構(gòu)抗震加固

就橋梁上部結(jié)構(gòu)來看，其抗震的不足之處在于，因?yàn)橹髁旱卣鹬袘?yīng)會(huì)進(jìn)行縱向移動(dòng)，所以將大于臺(tái)帽及梁端到塌臺(tái)等的距離，從而導(dǎo)致落梁及碰撞等問題。這就需要對(duì)其進(jìn)行加固，常見的加固方式包括下述幾種[5]。（1）拉桿限位器。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)置時(shí)，最關(guān)鍵的目的是，對(duì)地震發(fā)生過程中主梁的縱向位移進(jìn)行科學(xué)控制，從而全面避免落梁事故的出現(xiàn)。它包含兩種方式，一種是拼接板，另一種是纜索。針對(duì)拼接板來看，其作用原理是，利用與橋梁工程距離較近的主梁腹板，對(duì)其進(jìn)行連接，以保證主梁的連續(xù)性。就纜索來看，是把纜索的一端固定于梁下托架，把另一端固定在墩臺(tái)，也可以把其固定在主梁下側(cè)托架，對(duì)其進(jìn)行限制。（2）擴(kuò)寬支承面。針對(duì)不能進(jìn)行科學(xué)設(shè)置拉桿及纜索的情況，應(yīng)基于橋梁墩臺(tái)，在這基礎(chǔ)上構(gòu)建牛腿托架，以此方式拓寬支撐，或是提高臺(tái)帽支承面，進(jìn)一步增強(qiáng)橋梁抗震性能。

5.2 下部結(jié)構(gòu)抗震加固

對(duì)于橋梁下部結(jié)構(gòu)來說，在進(jìn)行抗震加固時(shí)，最重要的是，應(yīng)對(duì)其延性能力不足及塑性鉸不好維修等問題開展科學(xué)處理。常見的處理方式包括下述幾種。（1）設(shè)置鋼套管。該方法是基于橋梁工程，借助鋼套管，對(duì)墩柱外側(cè)進(jìn)行包裹，對(duì)墩柱進(jìn)行有效限制，進(jìn)一步增強(qiáng)其抗彎及抗剪能力，有利于更好地發(fā)揮連續(xù)箍筋作用，其限制程度也要通過鋼套管強(qiáng)度及剛度來決定。（2）提高抗震加固截面。提高墩柱表面，同時(shí)增設(shè)縱橫向鋼筋，立足于整體，進(jìn)一步增強(qiáng)墩柱抗彎及抗剪剛度，提升其延性，該加固方式中還可劃分為多種形式，如全截面加固等。（3）預(yù)應(yīng)力鋼絞線。利用鋼絞線，對(duì)柱體進(jìn)行纏繞，同時(shí)把墊塊放在鋼絞線與墩柱中間，利用鋼絞線來提高預(yù)應(yīng)力，從而對(duì)墩柱進(jìn)行限制。（4）改變抗震體系。該抗震加固方式，主要是通過對(duì)橋梁整體開展優(yōu)化，以形成樁基與墩柱等形式，同時(shí)應(yīng)基于每聯(lián)來構(gòu)建抗震墩，對(duì)塑性鉸部位進(jìn)行確定，借助抗震墩，對(duì)一系列荷載進(jìn)行支撐，例如溫度荷載，對(duì)于非抗震墩而言，則主要是對(duì)豎向荷載進(jìn)行支撐。

5.3 減隔震技術(shù)運(yùn)用

橋梁抗震設(shè)計(jì)方面，常常會(huì)使用到減隔震技術(shù)，基于對(duì)結(jié)構(gòu)部件的安裝，可以很好抵御以及分散地震力，確保在地震影響之下，橋梁還可以維持較好的穩(wěn)定狀態(tài)，持續(xù)降低對(duì)橋梁的影響。該項(xiàng)技術(shù)的大力推廣，可以促進(jìn)全方位提高抗震水準(zhǔn)，通過科學(xué)安裝部件，可以有效分散地震力，切實(shí)實(shí)現(xiàn)減震目的。（1）分層橡膠支座。橋梁項(xiàng)目實(shí)際施工中，對(duì)于橋墩與橋梁，需要在二者之間設(shè)置有關(guān)的支護(hù)裝置，它可以促使工程更加安全，并且能夠很好降低應(yīng)力沖擊，通常而言，這樣的裝置常被看成支座，為非常關(guān)鍵的減隔震設(shè)備。當(dāng)借助該類支座時(shí)，大部分為圓形以及矩形，其中一般包含鋼板與橡膠片，借助二者的緩沖作用，可以獲取理想的減震效果。因?yàn)橄鹉z存在不錯(cuò)的緩沖性能，可以促進(jìn)減震效果的提高，它的變形，可以很好抵消地震力[6]。（2）鋼阻尼器設(shè)置和應(yīng)用。減震設(shè)計(jì)過程中，鋼阻尼器得到大力推廣，因?yàn)樗目伤苄裕軌蛉〉美硐霚p震效果，便于進(jìn)行操作，同時(shí)施工所需費(fèi)用不高，使用壽命長(zhǎng)。由于其的可塑性，被運(yùn)用于各種各樣的橋梁工程，并且都獲得理想效果。就相關(guān)設(shè)計(jì)者而言，應(yīng)該確定其安裝位置，根據(jù)橋梁空間的不同，進(jìn)一步來明確其安裝點(diǎn)。

（3）鉛芯橡膠支座設(shè)置和運(yùn)用。它一般體現(xiàn)于板式結(jié)構(gòu)，針對(duì)橡膠支座，向其中插進(jìn)鉛芯，可以有效增加支座阻尼系數(shù)，通常由于鉛芯存在理想力學(xué)性能，并且剪力不高，剛度較大等。具體施工中，科學(xué)設(shè)置和安裝該支座，可以很好抵消地震力，提高橋梁使用年限。當(dāng)對(duì)減隔震裝置進(jìn)行選取時(shí)，應(yīng)該正確認(rèn)知其不足及優(yōu)勢(shì)，不足為不易開展安裝作業(yè)，優(yōu)勢(shì)為能夠獲取理想的抗震效果。所以在選擇時(shí)，應(yīng)該確定裝置荷載能力，且對(duì)此認(rèn)真開展測(cè)試，根據(jù)橋梁荷載需要，科學(xué)設(shè)計(jì)該裝置，以便能夠盡可能起到減震效果。該裝置的科學(xué)使用，除了可以消除地震力，在地震影響之下，也可以確保橋梁正常運(yùn)行，確保交通安全，所以對(duì)該裝置有著嚴(yán)格要求，要求其具備較好的復(fù)原能力，在沖擊力相對(duì)大時(shí)，可以及時(shí)復(fù)原，促使橋梁結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，確保車輛可以正常運(yùn)行。總而言之，對(duì)抗震性能開展評(píng)估，并且實(shí)施合理可行的措施，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)開展加固處理，切實(shí)強(qiáng)化抗震能力，為橋梁建造管養(yǎng)的核心工作。相關(guān)人員需要全面分析評(píng)估方法，且系統(tǒng)考量其有關(guān)方面，例如使用條件、技術(shù)方式與結(jié)果，選擇合理的評(píng)估方式，找到抗震性能不足問題，據(jù)此給出相關(guān)的加固方法，真正增強(qiáng)橋梁抗震能力。

結(jié)論：

文章根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，提出了初步評(píng)估方法，且結(jié)合實(shí)例論證了這一方式的合理性與精準(zhǔn)性，獲取了相對(duì)理想的效果，表明針對(duì)抗震性能評(píng)估，此方法有著較好的適用性。并且，這一方法也能夠?yàn)槠髽?biāo)準(zhǔn)的建立提供支持，為更好進(jìn)行初步評(píng)估提供參考。