既有公路橋梁抗震排查評估實例分析

【摘要】針對橋梁抗震性能，為能夠短時間內(nèi)開展初級評估，給出實施抗震措施以及延性構造核查的方式，進一步來開展性能初級評估，且根據(jù)實際的例子，運用這一方式的評估流程。結果顯示，此方式存在合理性與精準性，在性能初步評估方面，有著較好的適用性，并且可為有關標準的建立提供思路，總之通過下文的探究，旨在能為有關人士提供借鑒。

【關鍵詞】橋梁;減隔震裝置;抗震性能;加固方法;初步評估;抗震設計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.04.059

引言：

同世界上的大多數(shù)國家進行對比，我國出現(xiàn)地震的概率較大，國內(nèi)很多既有公路橋梁，為08年之前設置建造的，以抗震設計來看，難以符合現(xiàn)如今抗震要求，另外一些橋梁服役環(huán)境較為糟糕，讓其存在相對突出的地震易損性。所以針對它們的抗震性能，有必要開展精準評估。如今在這方面初步評估上，沒有可以參考的流程，也不具備有關的標準。對此，文章將借鑒國內(nèi)有關的抗震設計標準，給出下文的初步評估方式，旨在針對抗震性能，可以更好開展初級評估，為深入評估橋梁以及加固橋梁奠定依據(jù)。

1、橋梁抗震設計理念

在交通設施方面，橋梁是非常關鍵的樞紐工程，也為線路的核心環(huán)節(jié)，在結構與基礎大小作用之下，橋梁出現(xiàn)地震破壞的概率較大。在發(fā)生破壞的情況下，會導致運輸中斷，并且也容易帶來傷亡與損失。在出現(xiàn)地震時，想要防止橋梁被破壞，應當強化研究地震反應，全方位精準評估抗震性能，并且實施行之有效的措施，針對抗震能力較弱的橋梁，開展加固處理，切實提升橋梁抗震水準，防止在地震影響之下，導致橋梁被破壞，確保車輛可以正常運行。（1）設防理念方面。國內(nèi)現(xiàn)行標準中，在橋梁抗震設計方面，實施這樣的抗震理念，也就是小震不損壞橋梁、中震能夠修復橋梁、大震橋梁不倒。設防目標上，在中震影響之下，確保橋梁不被損壞。對于特大橋，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，能夠再利用;中橋級別以上的橋梁，大震影響之下，需要確保不倒，并在通過加固處理之后，可以保證應急使用，設計過程中，基于抗震救災，應該綜合考量橋梁的意義。（2）設計方法?，F(xiàn)行標準中，在抗震設計方面，要求實施以下的方式，也就是兩水平設防，兩環(huán)節(jié)設置。第一環(huán)節(jié)實施彈性抗震設置，與中震設計相呼應。第二環(huán)節(jié)實施延性抗震設置，與大震設計相呼應，根據(jù)能力保護設置原則，按照構造措施開展設置，保證存在較好的抗位移能力。

（3）延性設計?，F(xiàn)行設計標準中，給出了以下的原則與概念，也就是延性設置與能力保護，依托于橋梁的設置，讓構件產(chǎn)生強度等級差異，防止結構發(fā)生破壞。具體設計中，應該選取科學的結構布置，且可以產(chǎn)生塑性耗能機制，保證構件可以處在彈性反應范圍[1]。（4）減隔震設計?，F(xiàn)行標準中，當進行橋梁結構設置時，需要安裝相關的減隔震設施，以便可以延長固有周期，同時切實提升阻尼系數(shù)，在地震影響之下，實現(xiàn)對地震力的分散。并且提出，土層不夠穩(wěn)定、有著較久的振動周期，發(fā)生顯著負反力的現(xiàn)象，不應該實施隔震技術。（5）抗震措施。在現(xiàn)行標準中，對這一方面也開展了細化和加強，對多項參數(shù)實行了調(diào)節(jié)及明確，具體而言，梁端到墩邊緣之間的距離，梁端到臺帽邊緣之間的距離，它們都為最短距離?？偠灾瑯蛄阂驗榻Y構與基礎作用，出現(xiàn)地震破壞的概率較大，在出現(xiàn)破壞的情況下，會影響到交通運輸?shù)恼＿M行，并且容易導致傷亡與損失，所以進行抗震設計是相當關鍵的。

2、橋梁抗震性能評價

通常情況下分成兩級，對于一級評價來講，它主要是宏觀控制以及抗震構造要求，開展全面評價;就二級評價而言，它需要基于一級評價，圍繞抗震驗算，按照上一級結果，判斷要不要開展二級評價。若前者評價結果理想，則用不著開展二級評價，不然的話需要進行，且按照評價等級與結構重要度，進一步來明確優(yōu)先順序。針對橋梁抗震性能，關于它的一級評價，一般是基于橋梁調(diào)查，對相關方面開展精準評價，具體而言，有設防標準、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，以及構造措施等[2]。進行二級評價，需要做好對現(xiàn)場的調(diào)查工作，尤其要明確以下內(nèi)容，也就是橋墩基礎、混凝土強度等，接下來，針對抗震性能與構造措施，開展精準評價研究。

3、初步評估方法

對于初步評估，以宏觀層面為切入點，對以下方面開展評估，也就是結構以及延性構造，希望借助有關計算，短時間內(nèi)找到性能有著不足的橋梁，為評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指標，例如支承寬度、混凝土強度、主梁限位設備等。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，為一種嚴重程度較大的震害，基于主梁的下落，當與下部結構進行相撞時，還可能會導致倒塌現(xiàn)象。國內(nèi)抗震設計標準規(guī)定：梁端到橋墩邊緣，應當存在適當距離，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來表征上部結構總長，單位為米;H代表平均高度，單位為米，橋臺高視為0;用Lk表示最大單孔跨徑，單位也為米。對有著落梁情況的橋梁，需要全面考慮有關的因素，例如橋址場地、地震危險級別等，確定需不需要開展加固處理，防止落梁震害的出現(xiàn)。

（2）延性構造核查。這也需要核查多項指標，例如箍筋直徑、配筋率等。具體而言，第一，箍筋加密區(qū)長度。它需要超過等效塑性鉸長度，用Lp來表征，對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，該長度需要取全高。加密箍筋間距，需要不超過0.1米;第三，對于箍筋直徑，應該超過十毫米;第四，最小體積含箍率，根據(jù)式子（2）來進行計算，而對于矩形墩柱，則根據(jù)式子（3）來計算：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代表抗拉強度設置值，單位為兆帕;用ρt來表示配筋率;fc′表征抗拉強度規(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)值應該大于等于0.006，同時小于等于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度。根據(jù)抗震標準規(guī)定，需要基于現(xiàn)行要求，增加10ds，并且對于縱向鋼筋來講，不可以處于塑性鉸區(qū)域，進一步來開展搭接操作[3]。對于不符合要求的橋梁，需要全面考量有關因素排序，例如橋梁場地、震害危險級別等，且根據(jù)排序結果，依次開展評估。

4、實例分析

某橋處在某干線公路上，為一種混凝土連續(xù)橋梁，它的總長約有190米，橋面寬達到12.5米。以上部結構來看，其為小箱梁結構，在下部結構中包含著樁基礎、橋墩以及橋臺。設防烈度是8度，就反應譜特征周期而言，它的周期是0.45秒，根據(jù)現(xiàn)行標準劃分，該橋是B類橋梁。初步評估結果見表1與表2。

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、混凝土強度級別、箍筋直徑大小，剩余每一項指標都符合抗震要求，從整體上來看，抗震性能較為理想。對防撞措施不符合標準的橋梁，需要開展小修時，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，從而造成橋梁結構被破壞[4]。對混凝土強度級別以及箍筋直徑大小不符合要求的現(xiàn)象，需要根據(jù)評估結果，進行性能全面評估?？偠灾?，該橋抗震性能較為理想，可以符合抗震設防要求。

5、橋梁抗震加固

因為我國橋梁體系越來越健全，這也對橋梁抗震設計提出了更高的要求，其作用也逐漸顯露出來。就我國來看，常常會出現(xiàn)地震災害，若是發(fā)生較大的地震災害，通過道路交通網(wǎng)絡，可以有效降低次生災害，促進災區(qū)重建工作的有序開展，對此，應強化核心交通的建設，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，當發(fā)生較大的地震災害后，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的基礎，因而應全面落實橋梁抗震設計，該項工作有著關鍵性的作用。對橋梁開展抗震加固，目的是為了防止地震作用下導致橋梁出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，應對破壞控制進行科學控制，針對其抗震性能進行加固來說，最重要的是要對下部結構開展加固處理?，F(xiàn)階段在抗震加固工作中，常見的加固方式包括兩種。首先，是對橋梁抗震能力進行增強，以此來增加其結構強度，從而更好地應對地震作用。其次，是運用減隔震措施，全面減小橋梁地震反應，從而進一步保證其結構強度，以此來防止地震作用，避免一系列破壞的產(chǎn)生。

5.1上部結構抗震加固

就橋梁上部結構來看，其抗震的不足之處在于，因為主梁地震反應會進行縱向移動，所以將大于臺帽及梁端到塌臺等的距離，從而導致落梁及碰撞等問題。這就需要對其進行加固，常見的加固方式包括下述幾種[5]。（1）拉桿限位器。在對其進行設置時，最關鍵的目的是，對地震發(fā)生過程中主梁的縱向位移進行科學控制，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，對其進行連接，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，也可以把其固定在主梁下側托架，對其進行限制。（2）擴寬支承面。針對不能進行科學設置拉桿及纜索的情況，應基于橋梁墩臺，在這基礎上構建牛腿托架，以此方式拓寬支撐，或是提高臺帽支承面，進一步增強橋梁抗震性能。

5.2下部結構抗震加固

對于橋梁下部結構來說，在進行抗震加固時，最重要的是，應對其延性能力不足及塑性鉸不好維修等問題開展科學處理。常見的處理方式包括下述幾種。（1）設置鋼套管。該方法是基于橋梁工程，借助鋼套管，對墩柱外側進行包裹，對墩柱進行有效限制，進一步增強其抗彎及抗剪能力，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度及剛度來決定。（2）提高抗震加固截面。提高墩柱表面，同時增設縱橫向鋼筋，立足于整體，進一步增強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）預應力鋼絞線。利用鋼絞線，對柱體進行纏繞，同時把墊塊放在鋼絞線與墩柱中間，利用鋼絞線來提高預應力，從而對墩柱進行限制。（4）改變抗震體系。該抗震加固方式，主要是通過對橋梁整體開展優(yōu)化，以形成樁基與墩柱等形式，同時應基于每聯(lián)來構建抗震墩，對塑性鉸部位進行確定，借助抗震墩，對一系列荷載進行支撐，例如溫度荷載，對于非抗震墩而言，則主要是對豎向荷載進行支撐。

5.3減隔震技術運用

橋梁抗震設計方面，常常會使用到減隔震技術，基于對結構部件的安裝，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)降低對橋梁的影響。該項技術的大力推廣，可以促進全方位提高抗震水準，通過科學安裝部件，可以有效分散地震力，切實實現(xiàn)減震目的。（1）分層橡膠支座。橋梁項目實際施工中，對于橋墩與橋梁，需要在二者之間設置有關的支護裝置，它可以促使工程更加安全，并且能夠很好降低應力沖擊，通常而言，這樣的裝置常被看成支座，為非常關鍵的減隔震設備。當借助該類支座時，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。因為橡膠存在不錯的緩沖性能，可以促進減震效果的提高，它的變形，可以很好抵消地震力[6]。（2）鋼阻尼器設置和應用。減震設計過程中，鋼阻尼器得到大力推廣，因為它的可塑性，能夠取得理想減震效果，便于進行操作，同時施工所需費用不高，使用壽命長。由于其的可塑性，被運用于各種各樣的橋梁工程，并且都獲得理想效果。就相關設計者而言，應該確定其安裝位置，根據(jù)橋梁空間的不同，進一步來明確其安裝點。

（3）鉛芯橡膠支座設置和運用。它一般體現(xiàn)于板式結構，針對橡膠支座，向其中插進鉛芯，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性能，并且剪力不高，剛度較大等。具體施工中，科學設置和安裝該支座，可以很好抵消地震力，提高橋梁使用年限。當對減隔震裝置進行選取時，應該正確認知其不足及優(yōu)勢，不足為不易開展安裝作業(yè)，優(yōu)勢為能夠獲取理想的抗震效果。所以在選擇時，應該確定裝置荷載能力，且對此認真開展測試，根據(jù)橋梁荷載需要，科學設計該裝置，以便能夠盡可能起到減震效果。該裝置的科學使用，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行，確保交通安全，所以對該裝置有著嚴格要求，要求其具備較好的復原能力，在沖擊力相對大時，可以及時復原，促使橋梁結構更為穩(wěn)定，確保車輛可以正常運行。總而言之，對抗震性能開展評估，并且實施合理可行的措施，對橋梁結構開展加固處理，切實強化抗震能力，為橋梁建造管養(yǎng)的核心工作。相關人員需要全面分析評估方法，且系統(tǒng)考量其有關方面，例如使用條件、技術方式與結果，選擇合理的評估方式，找到抗震性能不足問題，據(jù)此給出相關的加固方法，真正增強橋梁抗震能力。

結論：

文章根據(jù)國內(nèi)相關設計規(guī)范，提出了初步評估方法，且結合實例論證了這一方式的合理性與精準性，獲取了相對理想的效果，表明針對抗震性能評估，此方法有著較好的適用性。并且，這一方法也能夠為今后標準的建立提供支持，為更好進行初步評估提供參考。

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[6]劉亮.既有城市梁式橋抗震性能評估方法初步研究[D].重慶交通大學，2019.

作者簡介：

林文寧（1986.11-），性別：女，民族：漢，籍貫：山東煙臺人，學歷：本科，現(xiàn)有職稱：中級工程師，研究方向：交通工程。