山區(qū)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)與抗震加固措施研究

陳雪明

摘要：山區(qū)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)是公路橋梁建設(shè)中的重中之重，對我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展具有重要的影響。本文對山區(qū)公路橋梁的主要震害形式進(jìn)行了分析，并以此為基礎(chǔ)為山區(qū)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)與抗震加固措施提供針對性的建議，提高山區(qū)公路橋梁的抗震行為，使山區(qū)公路橋梁的發(fā)展更具持久性。

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路橋梁;抗震設(shè)計(jì);抗震加固

一、山區(qū)公路橋梁的主要震害形式

（一）山區(qū)公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的損害

山區(qū)公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的損害主要是指在地震中梁和支座的損害。在山區(qū)公路橋梁的設(shè)計(jì)中，公路橋梁具有較大的坡度，梁板是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素，橋梁的上部結(jié)構(gòu)主要采用T梁、小箱梁等，使用結(jié)構(gòu)與橋面連續(xù)兩種橋跨形式。一旦發(fā)生地震，山區(qū)公路橋面的斷裂和坍塌以及墩柱和支座的損害，通常是由于梁板在地震中遭受到嚴(yán)重的破壞所導(dǎo)致的。山區(qū)公路橋梁梁板的破壞主要包括兩種形式，即梁板結(jié)構(gòu)損壞和位移損壞。梁板自身結(jié)構(gòu)的損害是指在地震中，梁板內(nèi)部構(gòu)件發(fā)生碰撞導(dǎo)致的損壞，通常發(fā)生在支座或者橋臺(tái)。位移損壞是指在地震的巨大的破壞下，梁板發(fā)生橫向、縱向以及扭轉(zhuǎn)位移的現(xiàn)象，多發(fā)生在山區(qū)公路橋梁的兩端。梁板位移過大，超出了橋梁墩柱以外的范圍，就會(huì)導(dǎo)致落梁和橋梁崩塌的現(xiàn)象。

支座是橋梁結(jié)構(gòu)的傳力構(gòu)件，連接了橋梁的梁板與底部的墩柱，在地震產(chǎn)生極大位移的情況下，導(dǎo)致支座的承重壓力劇增，進(jìn)而發(fā)生支座的變形和損壞。影響支座在地震中效果的主要因素是根據(jù)山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)際環(huán)境以及需要的防震等級選擇合適的支座，避免支座在地震中因?yàn)榧袅ψ饔枚l(fā)生損壞。

（二）山區(qū)公路橋梁下部結(jié)構(gòu)的損害

山區(qū)公路橋梁下部結(jié)構(gòu)的損害主要包括橋梁墩柱和橋臺(tái)的損害。山區(qū)地勢復(fù)雜，地形地貌具有很大的特殊性，導(dǎo)致山區(qū)公路橋梁在下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，通常將橋墩和橋臺(tái)設(shè)置在較高的位置上，容易出現(xiàn)蓋梁、節(jié)點(diǎn)以及橋臺(tái)破壞。在實(shí)際中，橋梁墩柱不僅要作為橋梁上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間傳力的重要紐帶，同時(shí)要承受來自水平方向的巨大的側(cè)向剪切應(yīng)力。在地震中，橋梁的上部結(jié)構(gòu)容易發(fā)生位移損害，導(dǎo)致橋梁墩柱發(fā)生剪切變形，同時(shí)，在地震的巨大壓力下，橋梁的墩柱極易發(fā)生受力不均產(chǎn)生剪切破壞，導(dǎo)致整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的崩塌。同時(shí)，橋梁墩柱在地震中也易發(fā)生彎曲失效，體現(xiàn)在橋梁材料的鋼筋彎曲以及混凝土開裂等現(xiàn)象。

（三）山區(qū)公路橋梁的基礎(chǔ)損壞

山區(qū)公路橋梁的建設(shè)對地基以及基礎(chǔ)具有較高的要求，其基礎(chǔ)損壞主要取決于橋梁基礎(chǔ)所在的土層質(zhì)量。山區(qū)土層質(zhì)量較差，存在大量不良地質(zhì)以及砂土液化的情況，嚴(yán)重影響橋梁基礎(chǔ)的抗震能力，在地震的巨大壓力下，容易發(fā)生地基下沉和移動(dòng)，導(dǎo)致橋面變形和坍塌。

二、山區(qū)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)方案

（一）山區(qū)公路橋梁的選址以及橋型設(shè)計(jì)

我國山區(qū)大多分布在西南以及西北地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，且極易發(fā)生地震，所以公路橋梁的選址設(shè)計(jì)至關(guān)重要，盡量延長山區(qū)公路橋梁的使用壽命以及保證山區(qū)公路橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性以及安全性。在進(jìn)行山區(qū)公路橋梁選址前，應(yīng)該對橋梁建設(shè)地的地質(zhì)狀況進(jìn)行詳細(xì)的勘測，明確軟弱地層和地震帶的所在地，盡量選擇在具有堅(jiān)硬基巖的地質(zhì)堅(jiān)硬地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，同時(shí)要注意這些地區(qū)山體滑坡、泥石流等災(zāi)害發(fā)生的頻率，將建設(shè)地選在災(zāi)害低頻地區(qū)。如果山區(qū)公路橋梁的建設(shè)地不能避開軟土和地震帶，在建設(shè)過程中要盡量做好橋梁建設(shè)的地基以及邊坡處理，避免各項(xiàng)次生災(zāi)害對山區(qū)公路橋梁的影響。

山區(qū)公路橋型的選擇是影響橋梁抗震效果的重要因素，要綜合考慮山區(qū)的地質(zhì)環(huán)境以及施工條件，選擇具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、抗震效果較好的橋型。盡量選擇新型鋼桁架結(jié)構(gòu)，減少大跨徑鋼混橋梁的設(shè)計(jì)，使其具有更好的防震減震性能。

（二）山區(qū)公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山區(qū)公路橋上部結(jié)構(gòu)的損害主要指梁和支座的損壞，所以在山區(qū)公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要著重關(guān)注梁和支座。山區(qū)公路橋梁的地震損壞主要涵蓋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損害和位移損害。針對地震發(fā)生中，橋梁內(nèi)部由于碰撞發(fā)生的內(nèi)部損害，強(qiáng)化橋梁的端部設(shè)計(jì)，并進(jìn)行延性設(shè)計(jì)，理解不同的橋梁結(jié)構(gòu)以及性能，針對性地明確延性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使橋梁在地震中具有更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)保護(hù)功能。就地震中橋梁位移損害而言，應(yīng)從橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā)，避免橋梁連接位置在地震中斷開，盡量采取曲線梁橋結(jié)構(gòu)，選擇重量較輕的材料減輕橋梁的自重，同時(shí)選取具有更強(qiáng)抗彎性的箱梁結(jié)構(gòu)。

支座在減隔震中具有重要的作用，若支座具有很強(qiáng)的抗震能力，在地震中阻隔地震對橋梁上部結(jié)構(gòu)的壓力，在很大程度上可以降低山區(qū)公路橋梁的震害。所以，山區(qū)公路橋梁建設(shè)支座盡量選擇減震支座，降低橋梁下部結(jié)構(gòu)的震動(dòng)。在支座設(shè)計(jì)中，首先要明確橋梁建設(shè)的地位以及建設(shè)地的防震等級，選擇相應(yīng)的減隔震支座;其次，建立限位耗能裝置，盡量限制梁體在地震中的變形問題;最后，應(yīng)針對山區(qū)公路橋梁的落梁問題建立專門的防落梁裝置。

（三）山區(qū)公路橋梁的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山區(qū)公路橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，橋梁墩柱的設(shè)計(jì)是防震的關(guān)鍵。高墩和矮墩的選擇對地震的響應(yīng)不同，容易導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。所以在橋梁墩柱的選擇上，盡量避免同時(shí)使用高墩和矮墩。雙圓柱式橋墩在矮墩中具有良好的抗震能力，T型墩、空心薄壁墩等則在高墩中具有較強(qiáng)的抗震效果。同時(shí)，在山區(qū)公路橋梁墩柱的選擇上，要注重墩柱的抗彎性以及抗扭曲性，并采用延性設(shè)計(jì)方法，從整體上對山區(qū)公路橋梁的下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行保障。

三、山區(qū)公路橋梁的抗震加固措施

（一）山區(qū)公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)的加固措施

針對山區(qū)上部結(jié)構(gòu)中梁的加固方法主要可以采取混凝土外包加固法。采取錨固鋼筋或者增設(shè)鋼筋網(wǎng)等方法，擴(kuò)大橋梁的混凝土面積，在整體上增強(qiáng)橋梁的抗震效果。針對山區(qū)公路橋梁中承載力薄弱或產(chǎn)生裂縫的地方，可以利用高強(qiáng)度的鋼板進(jìn)行加固，將原有的碳化混凝土進(jìn)行清理，采取機(jī)械打磨，提升鋼板的粘合效果，充分考慮鋼板的受力方向，并用專門的夾具進(jìn)行緊固，增強(qiáng)橋梁的抗震效果。

針對山區(qū)橋梁上層結(jié)構(gòu)中支座的加固而言，首先在設(shè)計(jì)中就要選擇具有極強(qiáng)減震功能的支座，并設(shè)置具體的梁體限位消能裝置，通過設(shè)置擋塊、橡膠支座等方法，限制梁體的位移，從而避免落梁現(xiàn)象的發(fā)生，提高支座的抗震能力。

（二）山區(qū)公路橋梁的下部結(jié)構(gòu)的加固措施

山區(qū)公路橋梁的下部結(jié)構(gòu)的加固主要是指墩柱的加固。在墩柱加固方法的選擇上，提高墩柱結(jié)構(gòu)的延性是重要的舉措，同時(shí)采用結(jié)構(gòu)加固法進(jìn)行加固。針對墩柱鋼筋混凝土薄弱的地方，運(yùn)用型鋼與斜桿進(jìn)行穩(wěn)固，從整體上改變墩柱受力狀況，增強(qiáng)墩柱的使用性能。

四、結(jié)論

山區(qū)公路的建設(shè)要充分考慮山區(qū)的地理環(huán)境與地震發(fā)生頻率，在進(jìn)行山區(qū)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)與加固措施中，要對橋梁建設(shè)的地理位置進(jìn)行細(xì)致的勘測，選擇適合的橋型，對橋梁的梁板、支座以及墩柱等結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，從整體上提高山區(qū)公路橋梁的抗震性，實(shí)現(xiàn)山區(qū)公路橋梁的持續(xù)發(fā)展。

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