橋梁抗震加固技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
2015-07-06
作為國民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈的公路交通，是抗震救災(zāi)生命線工程之一。特別是汶川地震的發(fā)生，使得橋梁科技工作者對橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的穩(wěn)定性及通行能力提出了較高的要求。我國公路行業(yè)目前正在執(zhí)行的《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ004-89）采用單一的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，沒有采取足夠的構(gòu)造措施來保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體延性，也沒有采用能力設(shè)計(jì)的思想來防止橋墩等構(gòu)件的剪切破壞。
一、橋梁震害介紹
從歷次破壞地震中，調(diào)查得到的公路橋梁震害產(chǎn)生的主要原因有以下幾類：
?。ㄒ唬┲С羞B接件失效
根據(jù)筆者的施工經(jīng)驗(yàn)，施工單位只重視橋梁施工的質(zhì)量主控環(huán)節(jié)，養(yǎng)護(hù)單位則重視橋梁整體線型打車舒適度等使用性能，往往忽視橋梁支承連接件的性能質(zhì)量。當(dāng)橋梁上、下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生支承連接件不能承受的相對位移時(shí)，支承連接件便可能失效，往往導(dǎo)致梁體墜毀。為解決這個(gè)問題，應(yīng)對橋梁支座、伸縮縫等連接構(gòu)件進(jìn)行維護(hù)。目前國內(nèi)外的通常做法是增加支承面寬度、在簡支的相鄰粱間安裝限位裝置；在伸縮縫等上部接縫處采用擋塊、連梁裝置等措施；采用減隔震支座及耗能裝置耗散作用于結(jié)構(gòu)的地震能量、提高橋梁的抗震性能。在橋梁使用期間應(yīng)對支座定期檢查與維護(hù)，對于伸縮縫應(yīng)隨時(shí)清除縫內(nèi)雜物。
（二）軟弱地基失效
基礎(chǔ)自身的震害現(xiàn)象極少發(fā)現(xiàn)，然而如果下部結(jié)構(gòu)周圍的地基易受地震震動(dòng)而變?nèi)酰虏拷Y(jié)構(gòu)就可能發(fā)生沉降和水平移動(dòng)。有時(shí)因不良的地質(zhì)條件也會(huì)出現(xiàn)沉降、滑移等；樁基礎(chǔ)的承臺(tái)由于體積、強(qiáng)度和剛度都很大，因此也極少發(fā)生破壞，但樁基（尤其是深樁基礎(chǔ)）的破壞現(xiàn)象則時(shí)有發(fā)生。主要表現(xiàn)為樁基礎(chǔ)的傾斜、下沉、滑移、裂縫、傾覆等等。對于此類破壞，應(yīng)該在橋梁選址時(shí)就應(yīng)該重視，并設(shè)法加以避免。如果無法避免時(shí)，則應(yīng)考慮盡量加深地基深度降低液化的可能性或在可能發(fā)生液化和沖刷的地基中采用加樁的措施。
（三）下部結(jié)構(gòu)失效
主要是指橋墩和橋臺(tái)失效。橋墩和橋臺(tái)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(huì)開裂甚至折斷，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?fù)p壞，是近期橋梁震害的一個(gè)特點(diǎn)。主要表現(xiàn)為橋臺(tái)或橋墩與路基一起滑動(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。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(jì)和延性設(shè)計(jì)，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。
二、橋梁抗震加固技術(shù)的現(xiàn)狀
我國現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》水準(zhǔn)遠(yuǎn)落后于國外同類規(guī)范。若不進(jìn)行改進(jìn)，其后果必然是使我國不少的橋梁工程留下地震隱患。我國在唐山地震后，相關(guān)部門對《鐵路工程抗震規(guī)范》和《公路工程抗震規(guī)范》進(jìn)行專題研究，先后在1989年與1990年正式頒布了新的修改版，城市橋梁抗震設(shè)計(jì)參照此兩本規(guī)范執(zhí)行。建設(shè)部、交通運(yùn)輸部和鐵道部分別開展了相關(guān)抗震技術(shù)規(guī)范的編修工作。而規(guī)范編修工作也只是將相對成熟的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)和標(biāo)準(zhǔn)化，一般難以對基礎(chǔ)性關(guān)鍵問題進(jìn)行深入研究。
三、橋梁抗震加固技術(shù)的發(fā)展趨勢
從橋梁震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)調(diào)橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力，其他一些國家則在原有規(guī)范的基礎(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(jì)和構(gòu)造保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體延性能力，這已成為世界主要的多震國家地震工程界的共識。
對鋼筋混凝土橋梁，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（鋼筋混凝土橋墩的墩底和墩頂局部范圍內(nèi)）增加橫向約束，以提高橋墩的抗彎延性和抗剪強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)度抗震”設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想，研究考慮基于性能的抗震設(shè)計(jì)原則。基于性能的設(shè)計(jì)被廣泛的認(rèn)為是未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的基本思想。抗震設(shè)計(jì)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(gè)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(yàn)的發(fā)展趨勢。應(yīng)該注意到現(xiàn)在的試驗(yàn)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡單試驗(yàn)，而是和現(xiàn)代科技融為一體的高科技試驗(yàn)。如數(shù)值計(jì)算已經(jīng)成為子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)不可分割的一部分。
大量的震害表明，合理的結(jié)構(gòu)形式和成功的抗震設(shè)計(jì)可以大大減輕甚至避免震害的產(chǎn)生。而目前橋梁抗震加固技術(shù)研究已經(jīng)有了較好的基礎(chǔ)，建議針對我國公路橋梁的特點(diǎn)，得出適合于我國公路橋梁的抗震加固技術(shù)，并推廣應(yīng)用，為提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災(zāi)害的能力提供可靠的技術(shù)保證。
