大跨度橋梁抗震特點及施工技術

摘 要：大跨度橋梁的結構體系龐大，在結構設計與施工期間有嚴格的抗震性規定。為提高大跨度橋梁的抗震水平，需做好受力分析及計算，采取一系列優化措施。目前在大跨度橋梁的抗震設計與施工中陸續出現了多種工藝、技術，對提高橋梁結構穩定及安全起到了關鍵作用。橋梁工程需繼續優化抗震施工技術，建立全新的施工技術體系。基于此，著重分析了大跨度橋梁的抗震設計要點及相應施工技術，以期為同類型項目提供參考與借鑒。

關鍵詞：大跨度橋梁；抗震；施工技術

中圖分類號：U414" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）10-0025-03

0 引言

為提高橋梁工程的建設水平，需要將大跨度橋梁抗震設計與施工作為關鍵，采取各種加固措施，以維持大跨度橋梁的受力均衡狀態。相關人員需結合橋梁工程所在區域的地形地質特點，按照大跨度結構體系，完成前期分析及論證，制定最佳的橋梁抗震設計、施工方案，加強施工全過程的技術管理、質量控制。

1 大跨度橋梁的結構設計與施工需求

目前橋梁工程建設中，大跨度橋梁占比較高，達到了橋梁總數的60%及以上。不同于一般橋梁，大跨度拉索為彈性支承方式，對應的橋梁軸力、承載力較大。大跨度橋梁的結構特點使得抗震設計與施工難度較大，只有做好大跨度橋梁的抗震設計與施工，方可保障橋梁結構性能，延長其使用壽命。

2 大跨度橋梁抗震設計的相關要點

2.1 常規設計方法與能力設計方法

針對大跨度橋梁的抗震設計，在結構體系中需合理應用各種延性和能力保護構件，規劃這些構件的安裝位置、強度等級。一旦在結構體系中未執行能力保護規定，部分構件存在脆性破壞風險。橋梁抗震設計可采用常規設計方法，也可采用能力設計方法，但兩種方法的適用條件有所差異，施工建設期間需做好對比、論證。兩種設計方法的對比結果如表1所示。

2.2 潛在塑性鉸位置的選擇

橋梁工程中通過合理設定潛在塑性鉸位置，能在一定程度上改善受力分布狀態，提高橋梁結構穩固性。在橋梁結構設計中，并非全部橋梁都需設定潛在塑性鉸位置，但如有要求設置潛在塑性鉸位置，有關人員要做好全面分析，掌握橋梁結構的整體構成、構件的形狀、尺寸、位置等，開展受力分析，使潛在塑性鉸位置發揮應有的作用[1]。在潛在塑性鉸位置選擇等方面，獲取不同參數之間的關系，按照公式（1）（2）進行一系列驗算。

" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中，Vc0、f'c、Vs分別表示的是剪力設計值（kN）、混凝土抗壓強度標準值（MPa）、箍筋抗剪壓力（MPa）。

" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中，Ae、Ak、Sk、fyk、b、φ分別代表核心混凝土面積（cm2）、同一截面上箍筋總面積（cm2）、箍筋間距（cm）、箍筋抗拉強度設計值（MPa）、沿計算方向墩柱寬度（cm）、抗剪強度折減系數（取0.85）。

2.3 場地設計

橋梁工程往往建設在特定的場地，場地條件對橋梁結構設計、施工難度等的影響較大。一些建設場地的地質結構穩定，適合建設大體積、復雜型工程體系。部分場地的地質條件惡劣，在此條件下建設工程結構時，需采取專門化措施改善地質條件。橋梁工程的抗震設計前需提前分析場地條件，判定場地是否處于地震帶上。地震災害下地震作用對結構的危害主要由地基失效、場地震動所引起。為預防地震對地基的影響，在工程規劃階段需從更為專業的角度選擇場地，或者結合項目所在地的地基類型，采取合理的地基加固措施，以提高地基性能[2]。

場地土就是場地范圍內的地基土。根據相關理論研究和實踐分析，即使在同一烈度區，場地土質條件也并不完全一致，不同位置的土體性質存在顯著差異。由于這些差異，地震對建筑物各結構部位的危害程度各有不同。軟弱地基與堅硬地基的強度和承載力不同，前者的自激振動周期略長，振幅也相對較大，且振動持續時間長。如果建筑項目建設在軟弱地基上，施工建設期間未處理地基，地震發生后對建筑的危害較大，可能導致建筑傾覆。因此，任何大跨度橋梁工程建設之前，必須掌握場地條件，分析項目規劃區域的土層、地基等情況，據此選定抗震設計方法。橋梁場地分類標準為場地剪切波速、覆蓋層厚度，如表2所示。

一些大跨度橋梁位于斷裂帶上，現場極易出現地震災害，伴隨著地震影響，橋梁結構損壞嚴重后果。為此，在前期規劃設計階段應盡可能避免這一地段，將橋梁建在更為合適的位置。

3 橋梁結構抗震施工技術

以天水公路橋項目為例，此項目位于設防地震烈度八度區域，綜合項目設計要求，主要為裝配式預應力混凝土連續箱梁形成的B類普通規則橋梁。為達到項目抗震要求，將榫形減震限位裝置安裝于裝配式預應力混凝土連續梁中墩、交接墩、橋臺區域，16 m寬斷面每個連接墩安裝4套裝置，每個過渡墩安裝8套，每個橋臺安裝4套。12 m寬斷面每個連續墩安裝3套，每個過渡墩、橋臺分別安裝6套、3套。本項目中采用的榫形減震限位裝置需與摩擦擺支座配合使用，方可起到應有的作用。

3.1 隔震和減震

原先的橋梁項目中，雖采取了一定的措施來抗震，這些措施能在優化橋梁結構體系中起到重要作用，但這些措施并不能從根本上規避地震危害。大跨度橋梁工程中，受多種因素的影響，個別結構構件可能出現局部損壞，難以凸顯其在整個結構體系中的作用。因此，為提高大跨度橋梁的抗震性，相關人員需合理應用結構控制技術，在橋梁結構的某一結構部位安裝耗能支撐等裝置，或者給這些部位施加一定的外力，從根本上改變橋梁的動力特性。大跨度橋梁中應用結構控制技術，能大大提高橋梁的抗震性能，降低施工成本。

當前的技術條件下，橋梁結構控制技術包含被動控制、主動控制與混合控制３種，實際的工作中需擇優選擇。對于大跨度橋梁這類特殊項目，減震與隔震對提高建筑抗震性具有顯著作用。以減震為例，就是設置一些特殊的減震裝置或者構件，以確保地震來臨時這些裝置或構件能減小地震對橋梁結構的危害[3]。如監測到地震災害，相關人員需提前將減震裝置放入塑性區，形成大阻尼，減弱地震能量的傳播，減小地震對結構的危害。橋梁結構中采取隔震設計，需在結構上構造隔震體系，用隔震裝置起到隔離作用。大跨度橋梁中主要可采用以下分離型減隔震裝置、整體型減隔震裝置，二者在支座形式、減震和隔震方面的原理有一定區別，需通過一系列對比來配備減隔震裝置，并將裝置安裝在指定位置。

3.2 延性抗震

針對大跨度橋梁的延性抗震設計，主要需考慮橋梁結構的延性耗能能力。在整個建筑的設計與施工建設期間，相關人員需著重分析結構本身、構件的延性，若構件和結構中允許出現塑性部分，應對此部分進行延性設計。依據現有的設計標準，在延性設計過程中允許發生一定程度的塑性變形、損壞，但這些損壞與變形不影響橋梁的整體安全。

3.3 抗震結構處理

與其他影響因素相比，地震災害的不確定性較大，不僅僅體現在地震災害發生時間上，還表現在災害所造成的影響上。此外，因為每一橋梁都有各自的特點，抗震計算及設計的難度系數較高。大跨度橋梁工程的抗震設計與施工中，相關人員不應單純以抗震計算數值作為參考，還需要關注概念設計部分。無論哪種類型及規模的大跨度橋梁，靜力分析、功能要求僅僅能作為抗震設計參考，必須要考慮結構抗震方面的諸多影響因素，以確定最佳的抗震結構體系?？拐鸶拍钤O計的要求高、難度大，特別是在上下部的連接位置，有關人員需科學選擇塑性鉸預期位置，合理處理過渡孔連接處，選擇符合要求的橋墩形式。在結構施工中應從整體角度來分析，著重把握橋梁結構在面臨地震災害時的反應，關注地震破壞原理，優化整合和局部構造，使大跨度橋梁符合穩定性、安全性、抗震性等特點。

本橋梁工程中如不采用減隔震設計方式，需適當增加墩、基礎等下部結構的尺寸，否則，地震發生后橋梁墩柱易發生較大的位移，影響下部結構的安全及穩定。如果結構施工中采用滑動支座、摩擦擺支座等，地震條件下墩梁相對位移達到了35 cm以上，此位移量遠超設計標準，出現落梁現象的概率較高[4]。

綜合天水公路橋項目現場的地質地形條件、結構總體規劃，為符合抗震規定，需采用減隔震設計，不僅需隔震降低下部結構受力，還需要通過減震裝置來減小墩梁的相對位移。比如大柳樹互通立交橋，30 m跨度裝配式混凝土小箱梁橋等主要橋梁需通過減隔震處理來達到抗震標準。通過配備卡榫減震裝置，可將墩梁的相對位移控制在正常標準。

4 大跨度橋梁的結構加固施工

4.1 上部結構的加固技術

除了在大跨度橋梁上要采取一系列抗震設計與施工方式，還需要在關鍵結構部位進行加固施工。如對橋梁上部進行加固處理，能預防橫向裂縫，增強上部結構的整體性。為實現上部結構的加固處理，主要選擇鋼板加固、截面加固等方式，這些加固方式的核心就是保障錨固效果，使上部結構具有較強的抗彎能力，應對主梁變形等威脅。橋梁上部結構中往往包含了各種類型的鋼筋，這些鋼筋的性能、分布位置等各有不同，加固施工中應考慮超筋帶來的危害，盡可能減小上部結構的自重。以某大跨度橋梁的結構轉換為例，為符合抗震要求，使橋梁結構性能符合通行需求，需通過結構轉換使上部結構能承受更多的負彎矩，主要應打造多跨度、連續性梁體構造。

4.2 下部結構的加固技術

橋梁下部結構要承受來自上部結構的較大荷載，如上部結構自重、車輛荷載等，還需要承受地質地形的影響。一旦在結構施工中下部結構的加固不到位，將導致下部結構的承載力不足，地震時下部結構易變形或者沉降，無法承載上部結構，導致橋梁坍塌。因此，抗震施工中相關人員需對橋梁上部結構進行加固處理。為達到預期的加固目標，可選擇帽梁加固、延長支座、填充縫隙等方式，以改善下部結構構成及性能。

某大跨度橋梁下方結構的夾縫部位，需利用鋼筋、混凝土等作為主材料，完成填充、封閉處理，使橋梁下部的受力更為均勻，使橋梁基礎有更強的承載力。與普通橋梁相比，大跨度橋梁下部結構的載荷壓力大，必要情況下可適當增大下部結構的接觸面積或者重力。

4.3 連接件的加固技術

橋梁結構為若干結構構件經一定連接構成，不同構件的連接方面需利用連接件。根據橋梁的整體性能，連接件的類型、應用方法等對橋梁抗震性有一定影響。為此，為實現橋梁加固、抗震，相關人員也需從實際出發采用連接件加固技術。在大跨度橋梁上部、下部結構等均利用了連接件，如連接件使用不當，橋梁局部位置可能發生位移、變形，影響橋梁的結構安全。

為達到結構抗震目標，相關人員需熟悉橋梁的結構構成，計算橋梁的受力特點，從保障受力均衡性出發，在連接件上采取恰當的加固處理方式，如果選擇連接件時，有關人員需分析待連接構件的特征，選用材質、性能等符合要求的連接件，并選擇恰當的施工技術。橋梁工程投入使用后，有關人員需密切關注連接部位，檢查連接件是否損壞，如連接件失效，則需要更換新的連接件，保障所選用連接件的性能符合構件連接規定。

5 結束語

大跨度橋梁結構體系龐大，對結構設計與施工有嚴格規定，尤其是在抗震方面，相關人員需結合大跨度橋梁的各方面情況，科學選擇抗震施工技術。橋梁工程中需繼續創新大跨度橋梁抗震設計、施工技術，保持技術多樣性和先進性。

參考文獻

[1] 李德富.大跨度橋梁設計要點及優化措施初探[J].黑龍江交通科技，2022，45（7）：80-81.

[2] 鹿婧.基于雙目視覺的大跨度橋梁振動微位移測量[J].廣州航海學院學報，2022，30（2）：67-71.

[3] 劉亭玉，謝永康，鐘鳴.大跨度橋梁抗震特點及施工技術分析[J].大眾標準化，2022（9）：48-50.

[4] 高文軍，蘭海燕，張奔牛，等.公路大跨度橋梁建設期抗震設防標準研究[J].橋梁建設，2021，51（2）：47-53.