橋梁抗震加固技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析
2015-03-24
0.前言
盡管我國依據(jù)近年來頻發(fā)的地震災(zāi)害制訂了橋梁抗震設(shè)計規(guī)范，并針對橋梁抗震性能提出了較高的要求，但我國大多數(shù)在役公路橋梁并不能達到設(shè)計規(guī)范所制定的標(biāo)準(zhǔn)，抗震能力值得懷疑，這也導(dǎo)致我國目前公路網(wǎng)中橋梁的抗震能力較弱。這種背景下已修建橋梁，特別是處于地震多發(fā)地帶的橋梁，需要按照更為先進的設(shè)計思想進行抗震性能評價，并根據(jù)評價的結(jié)果采取相應(yīng)的抗震加固措施，加快研究公路橋梁抗震加固技術(shù)。
1.橋梁震害種類
地基震害：地震發(fā)生后橋梁的地基發(fā)生沉降或不均勻沉降的情況，使地面發(fā)生較大的變形，地層也隨之發(fā)生水平滑移、下層、斷裂等現(xiàn)象。如果發(fā)生地基震害，將會使橋梁坍塌，給震后的橋梁修復(fù)工作帶來極大的困難。
橋臺震害：主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起滑動，移向河心，導(dǎo)致橋頭、重力式橋臺的胸腔及樁柱式橋臺的樁柱發(fā)生不同程度的沉降、開裂、傾斜和折斷等情況。
支座震害：某些橋梁的支座設(shè)計，并沒有充分考慮到抗震的需求，所以在某些支座形式和材料上存在著缺陷，在連接與支擋等構(gòu)造措施上存在不足，導(dǎo)致支座在地震能量的作用下會發(fā)生較大的變形和位移。
橋墩震害：當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，橋墩在地震能量的作用下，會發(fā)生不同程度的傾斜、沉降、滑移、開裂、剪斷和鋼筋裸露扭曲等問題，嚴(yán)重影響到橋梁的平衡和牢固，橋梁面臨隨時倒塌和傾倒的情況。
2.橋梁抗震加固的意義
如今我國很多橋梁特別是依據(jù)舊規(guī)范修建的老橋，或因設(shè)計、施工以及使用上的種種原因存在不同損傷的橋梁，均處于無法滿足交通擁擠、車輛猛增的狀況。與其選擇耗費大量人力、物力去重建這些橋梁，不如采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)，可有效恢復(fù)和提高舊橋的承載能力和通行能力、延長橋梁的使用壽命。采用此法不但可以節(jié)省大量投資，亦可通過維修和加固舊橋消除交通安全隱患，以提高公路通行能力和服務(wù)水平、滿足現(xiàn)代化交通運輸?shù)男枨蟆?br />
3.橋梁抗震加固技術(shù)現(xiàn)狀
3.1國外抗震評估研究現(xiàn)狀
總結(jié)國內(nèi)外橋梁抗震加固文獻可以發(fā)現(xiàn)，在開始橋梁抗震加固設(shè)計時，通常分為兩個固定階段： 首先是對既有橋梁進行抗震能力評價，識別易損部位或構(gòu)件，確定最危險及最需要加固的結(jié)構(gòu)，可稱為優(yōu)先研究階段；其次是對需要加固的橋梁進行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析階段。
美國"日本等地震區(qū)國家在上世紀(jì)七八十年代就開展了橋梁抗震加固方面的研究，并進行了大量橋梁構(gòu)件抗震加固試驗和數(shù)值分析研究，特別是在防落梁裝置和橋墩加固技術(shù)方面的研究，已取得很好的成果，并編制了相應(yīng)的橋梁抗震加固手冊或指南，用于指導(dǎo)既有橋梁的抗震加固。在抗震評估的優(yōu)先研究階段，美國和日本等國主要從以下幾個主要方面著手：橋梁結(jié)構(gòu)的重要性；結(jié)構(gòu)本身的特點及結(jié)構(gòu)的易損性；基礎(chǔ)及場地的特征，主要包括砂土液化的可能性、場地土的類型等；橋梁所在地區(qū)的設(shè)防烈度及近斷裂基巖對橋址的影響。
3.2我國抗震評估研究現(xiàn)狀
近年來，隨著地震對橋梁造成災(zāi)害損失的增多，我國學(xué)者也開始對橋梁的抗震加固技術(shù)和理論進行研究，楊新寶對橋墩的抗震加固技術(shù)進行了試驗研究，同時對橋梁抗震性能評價方法進行討論； 國內(nèi)其他一些學(xué)者也對國內(nèi)外橋梁抗震加固技術(shù)進行了介紹和討論。
然而，必須承認(rèn)的是，我國目前在橋梁抗震評估方面的研究工作處在起步階段， 在橋梁抗震加固技術(shù)的研究和實踐上，我國與國際水平相比仍有相當(dāng)?shù)木嚯x。公路橋梁的抗震評估和加固至今仍沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對哪些橋梁可能會在地震中損壞甚至倒塌尚不清楚。在確定需要加固的橋梁后，須對其現(xiàn)有的抗震性能進行詳細(xì)的評估，這是選擇加固方法和措施的基礎(chǔ)，而我國面臨的最大問題恰恰是如何進行既有橋梁抗震能力的評價，特別是對有缺陷構(gòu)件的抗震能力如何進行評價，需要相關(guān)的指南以及分析方法等，按照這些指南或規(guī)范提供的方法對其進行分析，進而按照所得的詳細(xì)地震分析結(jié)果來判定失效或損傷的危險程度，以及是否需要進行加固設(shè)計。
3.3橋梁抗震加固現(xiàn)有具體措施
針對橋梁在地震中的震害類型，目前，國內(nèi)外橋梁抗震加固主要采取以下技術(shù)措施： 在伸縮縫、鉸和梁端等上部接縫處采用拉桿、擋塊或者增加支承面寬度等措施，以防止落梁震害的發(fā)生； 增加鋼筋混凝土橋墩的橫向約束，提高其抗彎延性和抗剪強度，防止橋墩彎曲和剪切震害； 采用減隔震技術(shù)及專門的耗能裝置，提高橋梁的抗震性能。例如采用鉛芯橡膠耗能支座等。
以美國為例，橋梁抗震加固分三個階段：第一個階段包括在伸縮縫和鉸處安裝阻尼裝置，以防止落梁震害。這一階段的主要目的是加強上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，以抵抗豎向加速度，以防止上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件從支承上滑落。第二階段是加固獨柱式橋墩，第三階段是加固多柱式橋墩。這兩個階段幾乎是同時進行的，主要方法是提高墩柱的抗彎延性和抗剪強度、提高蓋梁、上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與橋臺的承載能力，提高結(jié)點的抗剪強度。
4.橋梁抗震加固技術(shù)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，強調(diào)橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力，或是在原有規(guī)范的基礎(chǔ)上，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，這已成為世界主要的多震國家地震工程界的共識。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)。
另外，過去單純“強度抗震”設(shè)計的指導(dǎo)思想在今天也被提出改進。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，研究考慮基于性能的抗震設(shè)計原則。這將會成為未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的基本思想。抗震設(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，譬如大比例尺甚至足尺結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的地震模擬試驗等。
5.結(jié)語
橋梁的抗震加固并不是一時的工作，恰恰相反，橋梁加固耗時良久并需要不斷進行檢查糾正。在相關(guān)橋梁抗震加固的領(lǐng)域中，國外技術(shù)研究已經(jīng)打下了堅實的基礎(chǔ)，有利于我國技術(shù)人員參考吸收相關(guān)經(jīng)驗，并結(jié)合本地橋梁特有的結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過反復(fù)試驗后總結(jié)出有著鮮明中國特點的橋梁抗震加固技術(shù)，大面積進行推廣應(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。
