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隨著我國經濟發展,橋梁作為重要的基礎通工程設施,在道路交通工程的貫通中具有非常重要的作用。近年來,我國的市政道路橋梁工程數量逐漸增多,橋梁施工技術的重要作用也不斷凸顯。地震是破壞力非常強的自然災害之一,由于我國位于環太平洋地震帶之間的全球大陸區域中最活躍的地震區,因此橋梁工程的抗震性能設計顯得尤為重要。目前,隨著橋梁投入使用后時間的推移,我國橋梁普遍存在不同程度上顯現出抗震能力不足、抗震性能減弱等問題,這使得橋梁在使用過程中存在極大的隱患。因此,對橋梁的抗震性能進行評估并采用相應的加固技術和措施對橋梁進行加固,從而提高我國公路網中橋梁的抗震能力,是非常有必要的。
1、地震對橋梁的破壞及其成因
地震是破壞力非常強的自然災害之一,地震能夠對橋梁造成嚴重的破壞,比較典型的震害主要有:一是主梁結構性損傷破壞。如因地震使主梁出現開裂、移位、相鄰梁碰撞造成損傷和落梁。其中地震對橋梁上部結構本身的破壞比較少,主要是對鋼結構橋梁的局部屈曲破壞。二是地震破壞橋墩,破壞橋梁下部結構。橋梁下部結構一般包括橋墩和橋臺,地震對橋墩的破壞主要有彎曲型和剪切型破壞兩種形式。對于比較低矮的橋墩剪切型破壞較多,高柔的橋墩彎曲型破壞較常見,在地震中兩者混合型破壞也可出現。在地震中橋墩和橋臺往往不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結構的地震力,從而造成橋墩、橋臺的開裂、折斷、失效。由于墩柱橫向約束箍筋數量、延性不足間距過大,使混凝土和縱向受壓鋼筋屈曲難以被約束,從而造成橋梁縱筋切斷、錨固長度不足、箍筋端部沒有彎鉤等彎曲破壞。截面的抗剪強度不足是造成墩柱剪切破壞的主要原因。因此在橋梁設計中,要加強能力設計和延性設計來增加橋梁結構的彈性。三是地震對蓋梁、節點區域造成破壞。四是地震對墩一梁支承連接件的破壞。震害破壞支座,使支座的限位裝置等連接構件失敗。主要是由于在橋梁設計中對相鄰跨之間的相對位移估計不足,使橋梁上下部結構在地震中連接件對相應位移承受力不足、失效,造成橋體上下部結構脫開、墜毀等嚴重損壞。因而,在橋梁設計時要增加支承面寬度和在簡支相鄰梁之間安裝縱向約束裝置來有效解決此問題。五是橋臺和伸縮縫及橋面的連續損傷或破壞,六是地基、基礎的破壞。地質災害引起的橋梁樁基礎破壞通常有液化破壞、剪切破壞、樁帽脫落三種形式,這些破壞會使樁基整體發生大面積位移,橋梁的下部結構發生沉降和水平移動,形成砂土的液化和斷層,從而使軟弱地基失效,毀壞墩臺。
橋梁震害產生的原因主要來自于四個方面,一是地震震級強度大于橋梁本身設防標準;二是橋梁的結構設計或施工存在不合理之處;三是橋梁所處的地基受地震災害影響失效或者變形;四是橋梁在設計和施工建造中,其結構抗震能力差。
2、橋梁抗震加固基本原則
橋梁的抗震加固設計,一般要考慮從對既有橋梁進行抗震能力評價和以做經濟有效的加固方案來提高橋梁的抗震能力兩方面因素來進行。對橋梁進行抗震能力評價,可以有效識別橋梁易損部位或構件,通過一定的方法分析,得到詳細的地震分析結果來對橋梁失效或損傷的危險程度進行判定,設計加固方案。對橋梁進行加固的方式要根據橋梁地震易損的特點,采取相應的加固措施,來提高橋梁的抗震能力。根據上述我國目前現有橋梁存在的地震易損特點,我國目前現役橋梁存在橋墩、基礎和支座等構件抗震能力不足等問題,針對這些問題,對易損害部位分別進行加固存在耗時長、經費高、效率低等不足,因此,要遵循如下橋梁抗震加固原則:一是要根據對橋梁抗震性能進行有效評估,對薄弱部位或構件進行加固,提高橋梁各構件的強度和延性能力,降低地震對橋梁結構的影響,使橋梁更具抗震功能。二是要在體系抗震加固方案比選的基礎上對典型構件的抗震性能進行提高,確定構件加固方案,對各薄弱構件的抗震能力加固方案進行比選。
3、橋梁的抗震加固策略
3.1我國橋梁的抗震加固措施現狀
目前根據我國橋梁現有的在地震中的震害類型和特點,橋梁抗震加固主要采取以下技術措施:一是對橋梁上部結構進行加固。橋梁的上部結構整體性較差,在地震中常發生落梁事故,因此,在抗震設計中,要采用對伸縮縫、鉸和梁端等上部接縫處進行拉桿、擋塊或者增加支承面寬度、將橋面直接做成連續或者采用先簡支后連續等處理措施,加強橋梁上部結構的整體性和各聯之間的橫向聯系,對上部結構的橫向位移進行限制,從而有效減少多跨簡支的落梁震害的發生。二是要對橋墩進行加固。因橋梁的下部結構維修要相對于上部結構更為復雜,所以在橋梁抗震中以“強墩弱梁”為原則,采用橫系梁等多種方法,對鋼筋混凝土橋墩的橫向約束進行增加,使橋墩的延性、抗彎延性和抗剪強度得到有效提高,從而增加橋墩的縱向和橫向剛度,來防止橋墩彎曲和剪切震害的發生。三是對橋梁的橋臺部位進行加固。重力式橋臺的抗震能力相對于柱式橋臺和帶耳墻的埋置式橋臺要比較強一些,其發生沙土液化的現象比較少。因此,在橋梁設計中要盡量選用重力式橋臺。四是采用減隔震技術及專門的耗能裝置,對橋梁的支座和伸縮縫進行加固。在選擇伸縮縫時,要充分考慮橋梁上部結構與下部結構的相對縱向位移較大時容易出現因連接件不能滿足位移要求,而產生螺栓撥出、剪斷、支座附近開裂、脫落等現象,采用鉛芯橡膠耗能支座等來提高橋梁的抗震性能。八是要采取設置擋塊的構造措施來加固橋梁。
3.2橋梁結構的抗震加固方法
橋梁結構的抗震加固方法主要包括;上部結構抗震加固方法、下部結構抗震加固方法、減隔震抗震加固方法、綜合抗震加固方法等。采用這些方法對橋梁進行加固設計,可以有效防止橋梁在地震中發生橋跨法、綜合抗震加固方法等。采用這些方法對橋梁進行加固設計,可以有效防止橋梁在地震中發生橋跨倒塌、落梁、撞擊損壞等問題,降低橋梁結構的地震反應,增加橋梁的抗震能力。橋梁上部結構抗震加固方法主要是針對地震對橋梁梁端至墩臺、臺帽或蓋梁邊緣的距離小于主梁地震反應的縱向位移而發生落梁震害缺陷。設置拉桿限制相對位移、拓寬支承面等是比較常用的方法。對于橋梁下部結構的抗震加固主要是解決橋梁墩柱的抗彎能力和延性能力不足、塑性鉸位置不明確等問題,主要應用鋼套管、增加截面法、預應力鋼絞線、復合材料以及混凝土等加固方法來提高下部結構抗震體系的延性。
地震災害可以引起橋梁落梁、墩柱損壞、梁體位移及支座脫落等對橋體破壞性較大的震害。針對現役的城市橋梁的抗震能力缺陷現狀,采用上部結構抗震加固方法、下部結構抗震加固方法、減隔震抗震加固方法、綜合抗震加固方法等相應的加固技術和措施對橋梁進行加固,可以有效提高我國橋梁的抗震能力。
