對公路橋梁抗震加固技術(shù)的分析

1、對公路橋梁抗震加固技術(shù)的分析 摘要：作為國民經(jīng)濟大動脈的公路交通,是抗震救災(zāi)生命線工程之一。橋梁是公路工程的重要一環(huán),當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時,橋梁較易發(fā)生破壞,一旦失去通行能力將會嚴(yán)重阻礙抗震救災(zāi)工作并帶來一系列的次生災(zāi)害,造成生命及財產(chǎn)的更大損失。本文討論了加強橋梁施工、橋梁加固新技術(shù)研究及在橋梁抗震設(shè)計過程中應(yīng)遵循的一些設(shè)計原則與措施，以達到防震和抗震效果。 abstract: as the main artery of national economy is one of the highway traffic, lifeline earthquake relief. the bridge is

2、an important part of the highway engineering, when the earthquake occurred, the bridge is easy to fail, once lost capacity will be severely hampered the relief work and bring a series of secondary disasters, a greater loss of life and property caused by the. this paper discusses strengthening bridge

3、 construction, the bridge reinforcement technology research and should be followed in the bridge seismic design process of some design principles and measures, in order to achieve the earthquake and seismic effect. 關(guān)鍵詞：公路橋梁 抗震設(shè)計 加固技術(shù) keywords: seismic design of highway bridges reinforcement technolo

4、gy tu74 橋梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通暢中起著至關(guān)重要的作用。一旦地震就會使交通線路癱瘓,將會給國家和人民帶來極大的損失和不便。因此對其進行有效的抗震設(shè)計,確保其抗震安全性意義深遠。 一、抗震概念設(shè)計 由于地震發(fā)生具有不確定性和復(fù)雜性的特點, 再加上結(jié)構(gòu)計算模型的假定與實際情況的差異,使“概念設(shè)計”比“計算設(shè)計”更為重要。“計算設(shè)計”很難控制結(jié)構(gòu)的抗震性能,因而不能完全依賴計算。結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素是良好的“概念設(shè)計”。因此,在橋梁的方案設(shè)計階段,應(yīng)考慮橋梁的抗震性能,盡可能選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系。在抗震概念設(shè)計時,為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和抗震安全性,要特別重視上、下部

5、結(jié)構(gòu)連接部位的設(shè)計,橋墩形式的選取,過渡孔處連接部位的設(shè)計以及塑性鉸預(yù)期部位的選擇。通常允許橋梁結(jié)構(gòu)在強震下進入塑性工作狀態(tài), 在預(yù)期的部位形成塑性鉸以耗散能量,但不允許出現(xiàn)脆性破壞,如剪切破壞。為了保證所選擇的結(jié)構(gòu)體系在橋址處的場地條件下確實是良好的抗震體系, 必須進行簡單的分析(動力特性分析和地震反應(yīng)評估) ,然后結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計分析結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位, 并進一步分析是否能通過配筋或構(gòu)造設(shè)計保證這些部位的抗震安全性。最后,根據(jù)分析結(jié)果綜合評判結(jié)構(gòu)體系抗震性能的優(yōu)劣,決定是否要修改設(shè)計方案。 二、震后檢測加固必要性 1、結(jié)構(gòu)破壞及規(guī)范要求 橋梁結(jié)構(gòu)進行震后檢測及加固技術(shù)其必要性來自兩個方面:首先

6、是地震中的部分橋梁遭受嚴(yán)重破壞,需要進行修復(fù)或加固;其次是隨著新規(guī)范的頒布執(zhí)行!設(shè)計方法的發(fā)展和更新,許多按以前方法設(shè)計的或根本就沒有進行抗震設(shè)計的橋梁的抗震性能需要重新進行評估。相當(dāng)數(shù)量的橋梁,尤其是早期修建的橋梁,由于資金短缺,設(shè)計!施工標(biāo)準(zhǔn)低,加上技術(shù)管理薄弱,施工質(zhì)量不能保證這些橋梁的使用壽命,有些很快就變成危橋;由于橋梁管護不善!大自然風(fēng)霜雨雪的侵蝕以及環(huán)境污染的日益加重,造成橋梁自身老化破損,衰老加快,壽命縮短。對這些橋梁,通過評估及有效的加固,力求能夠提高單個構(gòu)件以及整個橋梁體系的抗震性能, 以滿足現(xiàn)存規(guī)范及交通提出的抗震設(shè)防要求。 2、地震特征的要求 通過對世界范圍內(nèi)歷次發(fā)生的

7、地震特征進行分析發(fā)現(xiàn), 地震在空間上和時間上具有叢集的特征。在一定時間內(nèi),發(fā)生在同一震源區(qū)的一系列大小不同的地震, 且其發(fā)震機制具有某種內(nèi)在聯(lián)系或有共同的發(fā)震構(gòu)造的一組地震總稱為地震序列。在地震序列中,震級最大的稱為主震,主震前的小震則稱為前震,主震后發(fā)生的地震稱為余震。強度等級高的地震,往往會伴隨著強余震的發(fā)生?，F(xiàn)行的國內(nèi)外抗震規(guī)范在確定地震載荷時,只考慮了主震影響,沒有考慮地震序列中的強余震對結(jié)構(gòu)的抗震性能造成的影響, 這對于結(jié)構(gòu)抗震來說既不安全也不全面。目前國內(nèi)外對地震序列作用下結(jié)構(gòu)物的破壞研究很少涉及。中國地震局地球物理研究所趙金寶以量化形式研究了建筑物相繼經(jīng)歷主震! 余震作用下的破壞

8、狀態(tài)。 然而,各類橋梁在余震中的抗震能力并沒有具體的研究,橋梁在震后的抗震能力評估與加固仍是保證結(jié)構(gòu)在地震中通行能力的有效措施。 三、震害產(chǎn)生原因分析 (1) 支承連接件失效 由于上下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了支承連接件不能承受的相對位移,使支承連接件失效,上部與下部結(jié)構(gòu)脫開,導(dǎo)致梁體墜毀。由于落梁的強烈沖擊力,下部結(jié)構(gòu)將遭受嚴(yán)重破壞。支承連接件失效的原因,主要是設(shè)計低估了相鄰跨之間的相對位移。為了解決這個問題, 目前國內(nèi)外的通常做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。 (2)下部結(jié)構(gòu)失效 主要是指橋墩和橋臺失效。橋墩和橋臺如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結(jié)構(gòu)的地震力,就會開裂

9、甚至折斷,其支承的上部結(jié)構(gòu)也將遭受嚴(yán)重的破壞。鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴(yán)重損壞, 是近期橋梁震害的一個特點。其原因主要是橫向約束箍筋數(shù)量不足和間距過大,因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設(shè)計和延性設(shè)計,使橋梁的屈服只發(fā)生在預(yù)期的塑性鉸部位,其余結(jié)構(gòu)保持彈性。 (3) 軟弱地基失效 如果下部結(jié)構(gòu)周圍的地基易受地震震動而變?nèi)?下部結(jié)構(gòu)就可能發(fā)生沉降和水平移動。如砂土的液化和斷層等,在地震中都可能引起墩臺的毀壞。地基失效引起的橋梁結(jié)構(gòu)破壞,有時是人力所不能避免的,因此在橋梁選址時就應(yīng)該重視,并設(shè)法加以避免。如果無法避免時, 則應(yīng)考慮對地基進行處理或采用深基礎(chǔ)。 四

10、、抗震加固技術(shù) 作為可能采取的震前技術(shù),可以提出防止落梁的構(gòu)造、 液化、 沖刷、 基礎(chǔ)施工方法、 下部結(jié)構(gòu)形式、 下部結(jié)構(gòu)材料、 主筋減少部位、 地震動加速度等方法,可針對各種震害提出相應(yīng)的抗震加固措施。針對上部結(jié)構(gòu)及落梁震害,采用減、 隔震支座在梁體與墩、 臺的 連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應(yīng), 利用橋墩在地震作用下發(fā)生彈塑性變形耗散地震能量以達到減震的目的。在伸縮縫、 鉸和梁端等上部接縫處采用拉桿、 擋塊、 連梁裝置或者增加支承面寬度等措施,以防止落梁震害的發(fā)生。針對支座及支撐連接件的震害, 目前的做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁間安裝縱向約束裝置,或者增加支承面寬度。

11、 對于下部結(jié)構(gòu)震害,應(yīng)通過能力設(shè)計和延性設(shè)計,提高其抗彎延性和抗剪強度,防止橋墩彎曲和剪切震害,增加其耗能能力,使橋梁的屈服只發(fā)生在預(yù)期的塑性鉸部位。目前橋墩加固的主要技術(shù)有:混凝土加大截面加固方法,鋼板外包加固法,鋼纖維混凝土加固法,復(fù)合材料、 玻璃纖維、 碳素纖維加固法等。對無筋混凝土結(jié)構(gòu),有可能產(chǎn)生脆性破壞,需要尋求結(jié)構(gòu)上的抗震加固對策?？刹捎没炷烈r套方法和鋼板襯套方法使襯套與既有的橋墩結(jié)合成一個整體。 五、抗震發(fā)展趨勢 調(diào)查研究表明,遭受嚴(yán)重破壞和倒塌的橋梁結(jié)構(gòu),絕大部分是源于落梁和抗彎延性不足。 因此,國外主要的多震國家,開始強調(diào)橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力, 其它一些國家則在原有規(guī)范的

12、基礎(chǔ)上,也相應(yīng)地對保證橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力, 并通過設(shè)計和構(gòu)造保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體延性能力。為了保證結(jié)構(gòu)的整體延性能力,目前通常的做法是增加防落梁構(gòu)造措施和在預(yù)期出現(xiàn)塑性鉸的關(guān)鍵部位增加橫向約束,以提高橋墩的抗彎延性和抗剪強度。 從加固的對象上來看,美國、 日本等橋梁抗震加固水平最高的國家,已經(jīng)把加固的重點從以前單一的防落梁構(gòu)造措施,轉(zhuǎn)移到重視橋墩整體延性上來,以保證加固后的橋梁與新建橋梁的抗震能力相當(dāng)。國內(nèi)外地震工程研究人員總結(jié)了近年來國內(nèi)外的震害資料,開始檢討過去單純 “強度抗震” 設(shè)計的指導(dǎo)思想,研究考慮基于性能的抗震設(shè)計原則?；谛阅艿脑O(shè)計被廣泛的認為是未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的基本思想?？拐鹪O(shè)計的性能指標(biāo),可以是單一指標(biāo),也可以是多指標(biāo)或組合指標(biāo)。 在研究手段方面, 整個抗震工程學(xué)都出現(xiàn)了越來越重視和依靠地震模擬試驗的發(fā)展趨勢。應(yīng)該注意到現(xiàn)在的試驗已經(jīng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡單試驗,而是和現(xiàn)代科技融為一體的高科技試驗. 六、結(jié)語 總之，橋梁的各種狀況應(yīng)當(dāng)引起各級公路管理部門的重視，我們要充分吸收國外已有的研究成果,針對我國橋梁的實際情況,開