芻議橋梁抗震設(shè)計(jì)及加固技術(shù)

李波 錢華永

摘要：隨著我國(guó)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(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，給國(guó)家和人民帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)橋梁的抗震能力也提出了很大的要求。本文結(jié)合筆者多年的施工經(jīng)驗(yàn)，探討分析了橋梁抗震設(shè)計(jì)及加固技術(shù)，以提高橋梁結(jié)構(gòu)的防震和抗震效果。

關(guān)鍵詞：震害；橋梁抗震設(shè)計(jì)；抗震加固技術(shù)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施之一的公路交通其重要性越來越突出。同時(shí)，我國(guó)處于地震多發(fā)地帶，尤其是近幾年不斷發(fā)生各種等級(jí)的地震。在地震發(fā)生時(shí)，不僅會(huì)有大量的地面建筑物及各種設(shè)施遭到破壞或倒塌，大量人員傷亡，而且還會(huì)嚴(yán)重造成交通中斷。若作為抗震救災(zāi)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(huì)給后續(xù)救助工作造成極大的困難。此外，目前我國(guó)公路行業(yè)現(xiàn)采用的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02-01-2008)，公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02-01-2008)較《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 004-89)在設(shè)計(jì)思想、安全設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)程序和構(gòu)造細(xì)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(jié)合國(guó)內(nèi)外以往的地震，大部分橋梁都會(huì)受到不同程度的破壞，分析其震害主要有以下幾點(diǎn)：

橋臺(tái)震害。

其主要表現(xiàn)為橋臺(tái)與路基一起滑動(dòng)并移向河心，以致橋頭、重力式橋臺(tái)的胸腔及樁柱式橋臺(tái)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(huì)導(dǎo)致翼墻損壞并開裂，而重力式橋臺(tái)胸腔開裂會(huì)引起整個(gè)臺(tái)體被移動(dòng)并下沉。

橋墩震害。

在地震力作用下橋墩會(huì)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(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)某些橋梁的支座設(shè)計(jì)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(gòu)造上連接與支擋等構(gòu)造措施不足等，以致支座在地震力作用下會(huì)發(fā)生較大的變形和位移。

地基與基礎(chǔ)震害。

在地震力作用下地基中的砂土?xí)灰夯?，以致地基失效，基礎(chǔ)沉降或不均勻沉降，從而導(dǎo)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(chǔ)震害會(huì)使橋梁發(fā)生坍塌，給震后修復(fù)工作帶來困難。

梁的震害。

梁的震害主要是有橋臺(tái)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(yán)重的震害現(xiàn)象。

橋梁的抗震設(shè)計(jì)

抗震概念設(shè)計(jì)。

由于地震的發(fā)生存在不確定因素和復(fù)雜因素，同時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型需要假定結(jié)果且與實(shí)際情況存在較大差異，以致“計(jì)算設(shè)計(jì)”在一定程度上較難控制結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來說，不能完全依賴計(jì)算，“概念設(shè)計(jì)”其實(shí)比“計(jì)算設(shè)計(jì)”更加重要。而良好的“概念設(shè)計(jì)”將直接影響著結(jié)構(gòu)抗震性能。良好的“概念設(shè)計(jì)”必須是，在設(shè)計(jì)橋梁方案階段應(yīng)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(jié)構(gòu)體系。

在抗震概念設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視上、下部結(jié)構(gòu)連接部位和過渡孔處連接部位的設(shè)計(jì)及塑性鉸預(yù)期部位和橋墩形式的選?。粦?yīng)對(duì)動(dòng)力特性進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析、對(duì)地震反應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，接著結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位、構(gòu)造設(shè)計(jì)及是否能通過配筋等進(jìn)行進(jìn)一步地分析。以分別保證橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、抗震安全性和在橋址處的場(chǎng)地條件下所選擇的結(jié)構(gòu)體系是良好的結(jié)構(gòu)體系。最后，應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果對(duì)抗震性能的優(yōu)劣進(jìn)行綜合性評(píng)判，再?zèng)Q定是否對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。

延性抗震設(shè)計(jì)。

橋梁的抗震設(shè)計(jì)主要是反復(fù)進(jìn)行①仔細(xì)地對(duì)預(yù)期會(huì)出現(xiàn)的塑性鉸部位進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)；②為保證抗震安全性應(yīng)分析并驗(yàn)算整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力這兩個(gè)階段，直到通過抗震能力驗(yàn)算。

橋梁減、隔震設(shè)計(jì)。

此設(shè)計(jì)可以較好地提高橋梁抗震能力，并且具有簡(jiǎn)便、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。此種設(shè)計(jì)的裝置主要是通過對(duì)結(jié)構(gòu)的能量耗散能力的增大或者增大結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)地震反應(yīng)減少。在進(jìn)行減、隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和場(chǎng)地地震波頻率特性，選用適合的設(shè)置方案、相應(yīng)參數(shù)、及減隔震裝置，并對(duì)結(jié)構(gòu)的受力和變形進(jìn)行合理地分配。

橋梁的抗震加固技術(shù)

對(duì)于處于地震多發(fā)區(qū)的已經(jīng)修建的橋梁，應(yīng)根據(jù)更為先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想對(duì)其進(jìn)行抗震性能評(píng)價(jià)，并結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果考慮是否應(yīng)給予相應(yīng)的抗震加固措施。

維護(hù)結(jié)構(gòu)連接件

當(dāng)支承連接件不能承受橋梁上、下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的相對(duì)位移時(shí)可能會(huì)失去相應(yīng)的作用，并導(dǎo)致梁體墜毀。而這種情況往往都是由施工單位和養(yǎng)護(hù)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(yīng)定期對(duì)橋梁支座、伸縮縫等連接構(gòu)件進(jìn)行維護(hù)。在國(guó)內(nèi)目前采用較多的維護(hù)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(jiǎn)支的相鄰梁間；為耗散作用于機(jī)構(gòu)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(hù)支座時(shí)應(yīng)隨時(shí)清除伸縮縫內(nèi)的雜物。

加固上部結(jié)構(gòu)

加固上部結(jié)構(gòu)主要有粘貼鋼板加固法、增大截面加固法和結(jié)構(gòu)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(yán)重橫向裂縫時(shí)使用。在粘貼鋼板、鋼筋或纖維時(shí)應(yīng)特別注意粘貼位置，即粘貼位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離中性軸加固區(qū)。同時(shí)還應(yīng)注意黏結(jié)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(shè)鋼筋在橋梁下部以提高主梁的抗彎能力。同時(shí)，如果增設(shè)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(gòu)件的出現(xiàn)。另外，應(yīng)設(shè)置錨固筋、傳力銷、剪力鍵等可靠的連接物在新老結(jié)構(gòu)材料之間以避免增加的重量破壞原截面；結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換法主要指將可承受負(fù)彎矩的鋼筋設(shè)置在簡(jiǎn)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(jìn)而達(dá)到提高橋梁承載力的目的。

加固下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)的加固主要有柱罩、填充墻、連梁、加固支座、加固帽梁、橋臺(tái)和加固基礎(chǔ)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(diǎn)，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(biāo)高處替代墩帽，也可置于地面標(biāo)高和排架底部標(biāo)高之間的某個(gè)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(shè)墊板；橋臺(tái)加固主要有兩種方法，一是支座延長(zhǎng)裝置，二是用木材、混凝土或鋼筋填塞夾縫，后者采用較多；通?；A(chǔ)加固的方法是增設(shè)覆蓋層、均勻增加基礎(chǔ)、增加接觸面積或?qū)⒒A(chǔ)錨固于土中等。

結(jié)論

要做好橋梁的抗震設(shè)計(jì)，就要不斷加深對(duì)地震機(jī)理的認(rèn)識(shí),提高和完善橋梁結(jié)構(gòu)物的各項(xiàng)功能,以及橋梁抗震構(gòu)造措施進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。目前我國(guó)對(duì)于橋梁抗震加固技術(shù)相對(duì)比較成熟,在實(shí)踐過程當(dāng)中要結(jié)合公路橋梁的特點(diǎn),這樣才能有效的提高我國(guó)公路橋梁的抗震性能和抵御地震災(zāi)害的能力。

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