淺談橋梁結(jié)構(gòu)的震害類型與加固方法

羅開勇

摘要：我國(guó)屬于世界上的多地震國(guó)家之一，地震分布廣、頻度高、強(qiáng)度大，且人口密集，地域遼闊，一旦發(fā)生強(qiáng)烈地震，會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的威脅。隨著城市化建設(shè)的發(fā)展，越來(lái)越多的橋梁被建成，人們逐漸重視到開展橋梁的抗震研究工作的必要性。本文主要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的震害類型與加固方法進(jìn)行了簡(jiǎn)述。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；橋梁震害；抗震研究；抗震加固

一. 橋梁結(jié)構(gòu)的震害與特征

橋梁作為連接城市要道的交通樞紐，其重要性不言而喻。根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)橋梁的震害調(diào)查，常見的震害類型主要有：橋墩的震害、支座的震害、橋臺(tái)的震害、主梁的震害。

（一）橋墩的震害：其常見形式為橋墩傾斜、剪斷、整體下沉、受壓區(qū)混凝土開裂以及局部壓潰、鋼筋裸露變形等。橋墩的開裂位置主要發(fā)生在橋墩與基礎(chǔ)連接處、橋墩與支座連接處、橋墩截面變化處。

（二） 支座的震害：設(shè)計(jì)支座時(shí)沒有完全考慮抗震的構(gòu)造要求，或由于支座材料和形式上的缺陷，導(dǎo)致支座在順橋向與橫橋向發(fā)生大的位移和變形，致使固定支座錨固螺栓拔出、剪斷，活動(dòng)支座脫落，進(jìn)而引發(fā)承載力的傳遞形式發(fā)生變化，對(duì)橋梁的其他部位產(chǎn)生不利的影響。

（三）橋臺(tái)的震害：一般表現(xiàn)為橋臺(tái)路堤同時(shí)延縱橋向坍塌或滑移。樁柱式橋臺(tái)會(huì)發(fā)生樁柱傾斜、開裂、壓塌和折斷。重力式橋臺(tái)則表現(xiàn)為胸墻開裂，裸露鋼筋屈曲，由于自重過大還會(huì)發(fā)生整體移動(dòng)、下沉和轉(zhuǎn)動(dòng)。橋臺(tái)的位移與傾斜會(huì)導(dǎo)致全橋受力體系的改變，使主梁破壞，甚至倒塌。

（四）主梁的震害：一般形式為主梁墜落。主梁墜落主要還是由于橋梁其他結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞引起的。如：橋梁墩臺(tái)沉降、倒塌，支座破壞，梁體碰撞。地震一般不會(huì)引起主梁結(jié)構(gòu)本身破壞。

二. 橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

（一） 橋位的選擇

橋位的選擇是橋梁設(shè)計(jì)中最為重要的一部分。進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)首先要選擇好橋位。橋位的選址應(yīng)避開粘土層等受力不好的土層區(qū)域，選擇基巖、堅(jiān)實(shí)的碎石類地基和硬粘土地基。當(dāng)發(fā)生一些特殊情況，導(dǎo)致橋梁必須修建在這些受力不好的區(qū)域中時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加橋梁的長(zhǎng)度，將橋臺(tái)設(shè)置在土體受力性能、穩(wěn)定性能好的區(qū)域。同時(shí)，加強(qiáng)橋墩的構(gòu)造要求。

（二） 橋型的選擇

橋型的選擇首先應(yīng)結(jié)合實(shí)際具體的情況，充分考慮地形、地貌、地質(zhì)條件及震害經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇橋型。其次，在條件允許的范圍內(nèi)優(yōu)先選擇抗震性能好、便于修復(fù)加固的結(jié)構(gòu)體系。

（三） 橋孔的布置

橋孔的布置應(yīng)盡可能的避免大跨與高墩的組合形式，優(yōu)先考慮等跨徑布置。盡量選擇體型簡(jiǎn)單、自重輕、質(zhì)量和剛度均勻分布，且施工方便的布置方案。因?yàn)樘厥馇闆r需要在地震后可能形成泥石流溝谷上修建橋梁時(shí)，孔跨間距和橋下凈高應(yīng)根據(jù)實(shí)際區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件適當(dāng)增大。

三. 橋梁抗震加固方法

在分析由于地震導(dǎo)致的不同程度的破壞的基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁進(jìn)行加固應(yīng)該考慮其延展力和承載力的設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（一） 結(jié)構(gòu)連接件的維護(hù)

從以往的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，致使橋梁失去使用能力多是由于橋梁上下兩種結(jié)構(gòu)之間難以承受地震所產(chǎn)生的相對(duì)位移所導(dǎo)致的。兩種結(jié)構(gòu)發(fā)生位移會(huì)使連接構(gòu)件失穩(wěn)進(jìn)而引發(fā)破壞。橋梁上部結(jié)構(gòu)下落所產(chǎn)生的沖擊力將由下部結(jié)構(gòu)直接承受，通常這個(gè)力是比較大的。對(duì)于這個(gè)問題，應(yīng)該及時(shí)和定期的養(yǎng)護(hù)和監(jiān)測(cè)支座、伸縮結(jié)構(gòu)。一般的做法是增大支座與主梁接觸的截面、安裝限制支座發(fā)生位移的儀器、增加擋塊使沖擊力產(chǎn)生時(shí)具有緩沖空間。

（二） 上部結(jié)構(gòu)的加固

增大截面加固法：在梁板的受彎區(qū)域加設(shè)受彎鋼筋可以大大提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎性能，這種方法簡(jiǎn)單有效。需要注意的是，如果受彎鋼筋加設(shè)過多，梁板將變?yōu)槌顦?gòu)件。為了預(yù)防發(fā)生這種情況的發(fā)生，可以采用加大下部截面的方法來(lái)做為限制超筋構(gòu)件產(chǎn)生的手段。需要注意的是，新加入的結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)必須形成一個(gè)有機(jī)的整體，新老結(jié)構(gòu)之間需要設(shè)置相應(yīng)的連接且超過原有結(jié)構(gòu)的承載能力的新增結(jié)構(gòu)不能采用。

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系法：在原有的簡(jiǎn)支梁梁端增設(shè)受彎鋼筋，使其相鄰兩跨與原簡(jiǎn)支梁形成多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。由橋梁工程連續(xù)梁的受力特點(diǎn)可知，連續(xù)梁的跨中彎矩比簡(jiǎn)支梁的小，從而達(dá)到增大了橋梁承載能力的目的。

（三） 下部結(jié)構(gòu)的加固

支座的加固：發(fā)生地震時(shí)病害多發(fā)的部位往往是支座。從材料上來(lái)看，容易在地震作用發(fā)生破壞的一般是鋼支座，其抗震能力較差，而橡膠支座具有較好的抗震能力。一般對(duì)于支座的加固手段是將鋼支座替換成橡膠支座。對(duì)于那些有特殊質(zhì)量和材料要求的橋梁結(jié)構(gòu)，可以采用隔震支座進(jìn)行抗震防護(hù)。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，支座在產(chǎn)生較大水平位移的同時(shí)，能夠吸收大量的地震能量，從而降低地震對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。

填充墻：針對(duì)于多柱橋梁來(lái)說(shuō)，填充墻是一種施工經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單有效的方法。其主要目的是使原有結(jié)構(gòu)的橫向位移在一定范圍內(nèi)改變。其機(jī)理是：增大柱產(chǎn)生橫向位移所需要的橫向力，進(jìn)而使全橋的橫向位移得到控制，減小了橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生塑性鉸的可能性，提高了抗震性能。在實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)縱向位移的控制時(shí)，不能采用傾斜弧度小的排架填充墻結(jié)構(gòu)，否則控制效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

四、結(jié)束語(yǔ)

橋梁抗震是一個(gè)系統(tǒng)工程， 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展， 大型運(yùn)輸車輛的不斷增加，地震的頻繁活動(dòng)等，橋梁抗震方面的工作將面臨更大的挑戰(zhàn)，我們要高度重視橋梁的抗震研究，逐步改進(jìn)和提高橋梁的抗震研究水平， 形成一個(gè)科學(xué)的橋梁抗震評(píng)價(jià)系統(tǒng)，減少因地震、船撞、車輛振動(dòng)引起的橋梁損壞，確保橋梁的堅(jiān)固與穩(wěn)定。雖然目前我們對(duì)橋梁抗震方面的研究已經(jīng)取得了一定成果和進(jìn)展，但路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索，我們應(yīng)縱觀世界橋梁界，繼續(xù)為我國(guó)橋梁事業(yè)的發(fā)展而努力。

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