橋梁抗震設(shè)計的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

李濤

摘 要：本文從橋梁震災(zāi)及抗震設(shè)計技術(shù)現(xiàn)狀出發(fā)，就一些典型問題進(jìn)行分析，具體討論混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，未來橋梁抗震標(biāo)準(zhǔn)以及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)抗震設(shè)計以及延性與位移設(shè)計及耗能設(shè)計發(fā)展趨勢等方面，從而為我國的橋梁抗震手段提供部分經(jīng)驗，促進(jìn)我國橋梁事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：橋梁抗震；設(shè)計技術(shù)；發(fā)展趨勢

中圖分類號：U44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.橋梁震災(zāi)及抗震設(shè)計技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 支撐連接件以及下部結(jié)構(gòu)失效

所謂的支撐連接件失效，即是橋梁當(dāng)中起到承接力作用的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)承受的力超出了其承受范圍，從而導(dǎo)致部件與橋體之間發(fā)生了相對位移，使得起到支撐作用的部件失去了其應(yīng)有的作用，橋梁上層部分與下層部分發(fā)生了一定程度的分離，較為嚴(yán)重的情況下會使得橋梁整個部分相互分隔開來，最終使得橋體出現(xiàn)墜毀崩塌等現(xiàn)象。而產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，大多是在進(jìn)行橋梁設(shè)計的時候沒有充分地考慮到橋梁相鄰跨之間的相互位移的程度，導(dǎo)致支撐部件的失效。因此，通過增加支撐部件的寬度進(jìn)而使支撐部件相對穩(wěn)固。對橋梁設(shè)計的不合理以及承力計算的不準(zhǔn)確會導(dǎo)致橋梁的橋墩與橋臺部分出現(xiàn)損壞，最開始出現(xiàn)較小程度的裂痕，隨著地震力的傳遞，裂痕逐漸增大，增多，橋墩開裂折斷，進(jìn)而導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)的失效。若想要解決這種狀況，只能在前期的延性設(shè)計以及施工當(dāng)中保證準(zhǔn)確，使結(jié)構(gòu)的彈性得到保持。

1.2 軟弱地基失效

當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時，橋梁下部的承載地基會由于地殼的變動發(fā)生永久性的變形，這種地基高低與承載能力的變化會使得支撐橋梁的土地部分變得較為柔軟，嚴(yán)重者會出現(xiàn)地基沙土化或地基塌陷的現(xiàn)象。這種地理土壤情況的不良變化容易使得橋梁的下部支撐部位發(fā)生一定程度的位移，而橋梁下部的不均衡位移更容易導(dǎo)致橋梁表面出現(xiàn)裂痕，進(jìn)而使得橋梁整體崩塌破壞。地震災(zāi)害容易使土壤部分出現(xiàn)砂土液化的現(xiàn)象，將固體的土壤狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為具有流動性的狀態(tài)，噴水冒砂，這種現(xiàn)象使得土壤抵抗剪切力的能力大大下降，使得橋梁建筑下降塌陷，傾斜或傾覆。由于這種狀況的出現(xiàn)大多是由地震的自然災(zāi)害造成的，很難避免，因此，在橋梁的建設(shè)過程當(dāng)中選擇好建設(shè)地址，避免選擇容易出現(xiàn)地基失效的位置進(jìn)行橋梁的搭設(shè)。

1.3 研究技術(shù)現(xiàn)狀

由于地震災(zāi)害對于橋梁的影響十分大，因此，在國內(nèi)外的一些著名橋梁建設(shè)當(dāng)中，都采取了些抗震加固技術(shù)措施。在橋梁的伸縮縫及端部利用接塊或者擋塊進(jìn)行接縫工作，這樣做可以有效增加橋梁的支撐面厚度以及寬度，減少地震當(dāng)中橋梁支撐梁掉落的現(xiàn)象。通過對橋梁施加鋼筋混凝土技術(shù)，增加橋面的橫向約束能力，降低地震時橋面彎曲的現(xiàn)象發(fā)生。增加橋梁的穩(wěn)定性最重要的是在橋梁設(shè)計與建設(shè)時采用橋梁抗震技術(shù)，例如由美國研究人員提出鉛芯橡膠支座技術(shù)，這種技術(shù)的采用可以有效增加橋梁上部與下部之間的聯(lián)系，最大程度地減少地震發(fā)生時橋面與橋梁支撐部件之間的相對位移，避免橋面的崩塌脫落。美國加州的運輸部在菲奈爾多地震當(dāng)中發(fā)現(xiàn)這種有效抗震手段。

2.主要結(jié)構(gòu)設(shè)計方式與發(fā)展趨勢

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼筋混凝土技術(shù)是橋梁抗震加固技術(shù)的重要手段之一。在我國大多數(shù)橋梁的抗震加固設(shè)計與建造當(dāng)中，所采用的大多為鋼管外包加固，加大混凝土截面以及復(fù)合材料加固技術(shù)。其中，鋼管外包加固對于原料的要求較低，材料花費較少，安全性較高，穩(wěn)定性較好，耐久度較高，因此，在我國的一些大型橋梁建筑工程中都采用這種技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，復(fù)合材料加固技術(shù)也在不斷地普及，由于日本的地震較為多發(fā)，且該國對于高新技術(shù)材料的研究較為先進(jìn)，因此在FRP復(fù)合材料加固的技術(shù)研究中也較為領(lǐng)先。日本對于這種高新技術(shù)材料的研究實在阪神地震之后，由于當(dāng)時的地震造成的人員損失較多，使得相關(guān)研究單位對于FRP的研究激增。采用鋼筋混凝土技術(shù)時，需要注意，應(yīng)當(dāng)確定相應(yīng)的混凝土構(gòu)件以及承載能力的極限，這種分析方法是必須的，但我國在這一方面相對落后，因此需要加大研究力度，增加我國橋梁建筑工程在地震當(dāng)中的穩(wěn)定性。

2.2 未來橋梁抗震標(biāo)準(zhǔn)以及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)抗震設(shè)計

隨著未來橋梁設(shè)計技術(shù)與抗震技術(shù)的發(fā)展，需要考慮到各個震級下橋梁的穩(wěn)定性情況進(jìn)行抗震標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃。不能僅僅采取單一的抗震設(shè)計結(jié)構(gòu)與評測水平。橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是橋梁抗震穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，只有保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與抗震水平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能保證地震災(zāi)害發(fā)生時橋梁所受的物理性損害降到最低，雖然這方面的設(shè)計工作的難度較大，但是，卻是絕對不能忽視的。在美國已經(jīng)成立了相關(guān)的組織體系進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計教學(xué)，并執(zhí)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，我國在這一方面的工作還不健全，體系還存在漏洞，更需要加大力度進(jìn)行完善與彌補，促進(jìn)我國橋梁事業(yè)的發(fā)展。

2.3 延性與位移設(shè)計及耗能設(shè)計發(fā)展趨勢

延性與位移設(shè)計既是一種設(shè)計手段，又是一種設(shè)計參數(shù)，通過這種合理的設(shè)計，增加橋梁的上層部位與下層部位的延展性與穩(wěn)固性，降低地震災(zāi)害發(fā)生時兩者之間的相互位移，是一種有效的抗震設(shè)計手段。這種強度設(shè)計方法在諸多的研究專家的建議下將其作為橋梁位移的設(shè)計參數(shù)，按照這個參數(shù)確定橋梁的抗震穩(wěn)定能力。而作為橋梁抗震的重要技術(shù)手段，減震與隔震技術(shù)被明確規(guī)定要加入橋梁的設(shè)計當(dāng)中，橋梁建設(shè)與維護(hù)對于能源的消耗也較為龐大，因此，耗能技術(shù)的規(guī)范也被明確起來。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，諸多研究人員對抗震技術(shù)隔震技術(shù)的研究也在不斷地加深。通過未來的發(fā)展，采用最新的技術(shù)發(fā)揮其抗震功效，能最大程度地增加橋梁的穩(wěn)固性與抗震性。

結(jié)語

通過對一些國內(nèi)外的地震災(zāi)害進(jìn)行分析，進(jìn)而對一些著名的橋梁設(shè)施的抗震加固技術(shù)進(jìn)行闡述，分析現(xiàn)狀，并就未來的發(fā)展趨勢做出一個合理的預(yù)測，從而為我國的橋梁抗震設(shè)計提供相應(yīng)的經(jīng)驗，力求減小地震自然災(zāi)害對于橋梁的影響，保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]重慶交通科研設(shè)計院.橋梁抗震性能評價及抗震加固技術(shù)研究可行性研究報告[R].2002.