橋梁抗震技術(shù)的應(yīng)用研究

李成波

河南省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 商丘 476000

近年來我國地震地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴(yán)重的破壞，因此增強(qiáng)橋梁的抗震能力，加強(qiáng)橋梁工程抗震研究的重要性便顯得不言而喻。因此在橋梁的設(shè)計與施工當(dāng)中對橋梁的抗震能力有著特殊的要求，要做到預(yù)防為主兼顧治理，對現(xiàn)有的橋梁做好全面的調(diào)查，建立檔案，做好抗震加固工作，開展橋梁的抗震設(shè)計理論研究和試驗，做好抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定的設(shè)計工作，滿足抗震要求?，F(xiàn)就如何提高橋梁抗震能力提出下述措施建議。

1 橋梁的抗震設(shè)計

橋梁抗震設(shè)計是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗等獲得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計的目的。合理的抗震設(shè)計，可以使設(shè)計出來橋梁在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上達(dá)到最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠最低成本的實現(xiàn)抗震的目標(biāo)。

1.1 體系的整體性和規(guī)則性

橋梁的整體結(jié)構(gòu)要協(xié)調(diào)，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性結(jié)構(gòu)可有效防止構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震散掉落，同時它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。不管是在平面還是在立體上，結(jié)構(gòu)的設(shè)計都要力求使橋梁在質(zhì)量、剛度、幾何尺寸等方面協(xié)調(diào)勻稱，避免突然變化。

1.2 提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性

橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞源于地震動引起的結(jié)構(gòu)振動，因此抗震設(shè)計要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能量為最小，并使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下，提高總體強(qiáng)度和延性是兩個有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形；強(qiáng)度與延性則是決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個重要參數(shù)。由于地震動可造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形，使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化，因此，只重視強(qiáng)度而忽視延性絕對不是良好的抗震設(shè)計。

1.3 強(qiáng)度安全度差異適中

能力設(shè)計思想強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度安全度差異，即在不同構(gòu)件與不同破壞模式之間建立不同的強(qiáng)度安全度。通過強(qiáng)度安全度差異，確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng)，不發(fā)生脆性的破壞模式。在我國以前的建筑工程抗震設(shè)計中，普遍采用“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計思想。

1.4 設(shè)置多道防線

盡量使橋梁設(shè)計成具有多道抵抗地震側(cè)向力的體系，在高強(qiáng)度的地震中，一道防線遭到破壞后，則有另一道防線可以支撐著橋梁，不至于使橋梁出現(xiàn)倒塌的現(xiàn)象。因此，超靜定結(jié)構(gòu)優(yōu)于同種類型的靜定結(jié)構(gòu)。

1.5 多階段設(shè)計方法

隨著對地震產(chǎn)生機(jī)理、地震動特性以及地震作用下各類結(jié)構(gòu)動力特性、破壞機(jī)理、構(gòu)件能力研究認(rèn)識的加深以及對結(jié)構(gòu)在不同發(fā)生概率地震作用下預(yù)期性能目標(biāo)的不同，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計在設(shè)計原則、設(shè)防水準(zhǔn)等各個方面進(jìn)行不斷改進(jìn)。由原來的單一設(shè)防水準(zhǔn)一階段設(shè)計逐漸改進(jìn)為雙水準(zhǔn)或三水準(zhǔn)兩階段設(shè)計、三階段設(shè)計，以及多水準(zhǔn)設(shè)防、多性能目標(biāo)準(zhǔn)則的基于結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計等。

2 橋梁抗震加固

地震波傳到地基，使橋梁因受地震的影響而引起垂直和水平運動，導(dǎo)致橋梁橋體也會因此產(chǎn)生垂直和水平運動。橋體結(jié)構(gòu)同時增加地震的荷載慣性力，加大他的變形和受力。豎直的慣性力只對不對稱的、雙懸臂結(jié)構(gòu)的橋產(chǎn)生較大的地震力。

橋梁震害根據(jù)梁式橋與拱式橋的不同而有所不同，梁式橋的震害主要有：地震引起的橋梁位移；墩柱彎曲強(qiáng)度和延性破壞；墩柱剪切破壞；蓋梁破壞；節(jié)點破壞；基腳破壞；鋼結(jié)構(gòu)破壞。拱式結(jié)構(gòu)橋梁的震害表現(xiàn)：在剛性地基上的拱橋，直接受到地震慣性荷載和臺背的動土壓力，在地震的作用下，此時拱平面內(nèi)的基本震型，呈現(xiàn)反對稱的兩個波動形式，因此拱腳和拱的1/4跨產(chǎn)生很大的彎矩，因此是最薄弱的環(huán)節(jié)之一；特別是拱腳，最容易出現(xiàn)剪切位移和彎曲開裂。拱的橫向穩(wěn)定性遠(yuǎn)比縱向大，即使烈度高達(dá)十度時，主拱橫向也不會出現(xiàn)重大的破壞。加強(qiáng)橋梁抗震能力可以從以下具體類型來研究。

2.1 梁橋上部結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)與方法

在加固前，必須進(jìn)行評價，照詳細(xì)的地震分析結(jié)果來評判橋梁的失效或損傷程度是否值得加固；確定加固的程度，這里是集中反映的對于橋梁加固中所必要去考慮的經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)安全和社會問題的綜合的結(jié)果。

名詞單復(fù)數(shù)形式錯誤也不少見。許多詞的單數(shù)、復(fù)數(shù)形式表達(dá)的意思不一樣。我們以The shell of the bronze was as thin as papers and needed exquisite technique and high qualification,which is unprecedented一句話為例來看。（這句話還有別的錯誤，下文會提到）這句譯文中的paper用了復(fù)數(shù)形式，但是原語卻是“這類器胎薄如紙”。當(dāng)paper表示“紙”的意思時，應(yīng)為不可數(shù)名詞；當(dāng)paper為復(fù)數(shù)時，應(yīng)表示為“論文、文獻(xiàn)”等意思。所以本句中應(yīng)改為單數(shù)形式。

2.1.1 伸縮縫加固

設(shè)置拉桿是針對橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移時的一種有效方式。其在限制結(jié)構(gòu)位移的同時，也可在相鄰框架間傳遞縱向地震力。他們之間的相互作用是復(fù)雜的，并不能用簡單的彈性分析方法就能獲得結(jié)果，基于伸縮縫相對復(fù)雜的模型進(jìn)行的非彈性動力分析，表明他們的最大縱向位移可以通過一定的公式計算出來。另外，可使用的方式還有拓寬支撐面，螺旋連接等方式進(jìn)行加固。

2.1.2 落梁抗震加固

落梁抗震加固可以從兩方面入手，一方面是縱向落梁的抗震加固，一方面是橫向落梁的抗震加固。橫向落梁加固方面通常采用鋼絲繩橫向連接加固，另外可用橫向擋板方式進(jìn)行加固。

2.1.3 結(jié)構(gòu)抗彎能力加固

加固效果問題，與橋梁上部結(jié)構(gòu)加固方法相類似，同時應(yīng)確定上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在發(fā)揮出來時所需要的變位程度是否會落在橋臺上，即地震是否被限制在縱向反應(yīng)范圍之內(nèi)；上部結(jié)構(gòu)是否有足夠的延性承受等。此種方式主要從以下兩個方面入手：提高強(qiáng)度問題：減少作用力。

2.2 拱橋上部結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)與方法

一般來講，大跨徑拱橋比小跨徑拱橋更容易遭受地震破壞；高墩臺比低墩臺更容易遭受地震破壞；多孔連續(xù)拱橋比單孔橋更容易遭受地震破壞；雙曲拱橋比板式拱橋更容易遭受地震破壞，這些都要引起足夠的重視。拱橋的加固，主要以整體加固為主，并對薄弱部分進(jìn)行強(qiáng)化處理。

1）石拱橋的加固中，在拱圈跨中，1/4跨處增設(shè)三道鋼板、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土錨箍拱圈，對于拱上建筑的處理與梁式橋的處理方式相同。

2）雙曲拱橋的加固。在拱波個拱肋之間的裂縫，可以用環(huán)氧混凝土、混凝土進(jìn)行壓漿處理；拱板上增設(shè)鋼筋網(wǎng)并用混凝土填筑，厚度應(yīng)達(dá)10cm；鋼筋網(wǎng)的搭接應(yīng)保證了拱圈的整體性；拱肋之間采用加強(qiáng)筋或梁進(jìn)行連接；對橋墩、橋臺的放拱腳處采用加強(qiáng)鋼筋再澆筑混凝土進(jìn)行增強(qiáng)處理，此時要注意負(fù)彎矩作用的影響。

2.3 橋梁下部結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)與方法

在橋梁抗震加固設(shè)計中，基礎(chǔ)加固可能是最昂貴的，所以，根據(jù)原來結(jié)構(gòu)的受損狀況，考慮到在受力狀態(tài)下地震對整體結(jié)構(gòu)的影響，確定出加固方法。除了地基土液化及斜坡上土體體滑移所引起損害外，其他應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)專項性考慮。

1）加固蓋梁一柱節(jié)點區(qū)。其主要方法有減少蓋梁中的地震力作用；提高蓋梁的抗彎強(qiáng)度；提高蓋梁的抗剪強(qiáng)度；提高蓋梁的抗扭強(qiáng)度；修復(fù)的可行性處理；連接節(jié)點預(yù)加力應(yīng)力；用外套層加固結(jié)構(gòu)連接點；更換節(jié)點；

2）提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性。在地震中，基礎(chǔ)搖擺可以認(rèn)為是隔震的一種措施，說明這種隔震方式有效的削減了橋墩和上部結(jié)構(gòu)的地震影響。主要使用的加固方法有：錨桿法；增大基腳平面尺寸法；增設(shè)阻尼裝置法；連續(xù)梁法；

3）提高基礎(chǔ)抗剪能力。

3 結(jié)論

綜上，橋梁的抗震技術(shù)在當(dāng)代橋梁工程施工中的應(yīng)用是非常廣泛的，新的技術(shù)隨著施工實踐的發(fā)展還亟待去研究突破。作者能力有限，文中不足之處望行業(yè)同仁多多指正，在今后的工作學(xué)習(xí)當(dāng)中亦會進(jìn)一步去深入研究。

[1]朱文正.公路橋梁減、抗震防落梁系統(tǒng)研究[D].長安大學(xué)，2004.

[2]張金昌.橋梁抗震設(shè)計的技術(shù)現(xiàn)狀和思路[J].世界橋梁，1994(2).