时间：2013年05月03日 分类：推荐论文 次数：
摘要：作为国民经济大动脉的公路交通,是抗震救灾生命线工程之一。桥梁是公路工程的重要一环,当地震发生时,桥梁较易发生破坏,一旦失去通行能力将会严重阻碍抗震救灾工作并带来一系列的次生灾害,造成生命及财产的更大损失。本文讨论了加强桥梁施工、桥梁加固新技术研究及在桥梁抗震设计过程中应遵循的一些设计原则与措施，以达到防震和抗震效果。
关键词：公路桥梁,抗震设计,加固技术
桥梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通畅中起着至关重要的作用。一旦地震就会使交通线路瘫痪,将会给国家和人民带来极大的损失和不便。因此对其进行有效的抗震设计,确保其抗震安全性意义深远。
一、抗震概念设计
由于地震发生具有不确定性和复杂性的特点, 再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异,使“概念设计”比“计算设计”更为重要。“计算设计”很难控制结构的抗震性能,因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此,在桥梁的方案设计阶段,应考虑桥梁的抗震性能,尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时,为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性,要特别重视上、下部结构连接部位的设计,桥墩形式的选取,过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态, 在预期的部位形成塑性铰以耗散能量,但不允许出现脆性破坏,如剪切破坏。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系, 必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估) ,然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位, 并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后,根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣,决定是否要修改设计方案。
二、震后检测加固必要性
1、结构破坏及规范要求
桥梁结构进行震后检测及加固技术其必要性来自两个方面:首先是地震中的部分桥梁遭受严重破坏,需要进行修复或加固;其次是随着新规范的颁布执行!设计方法的发展和更新,许多按以前方法设计的或根本就没有进行抗震设计的桥梁的抗震性能需要重新进行评估。相当数量的桥梁,尤其是早期修建的桥梁,由于资金短缺,设计!施工标准低,加上技术管理薄弱,施工质量不能保证这些桥梁的使用寿命,有些很快就变成危桥;由于桥梁管护不善!大自然风霜雨雪的侵蚀以及环境污染的日益加重,造成桥梁自身老化破损,衰老加快,寿命缩短。对这些桥梁,通过评估及有效的加固,力求能够提高单个构件以及整个桥梁体系的抗震性能, 以满足现存规范及交通提出的抗震设防要求。
2、地震特征的要求
通过对世界范围内历次发生的地震特征进行分析发现, 地震在空间上和时间上具有丛集的特征。在一定时间内,发生在同一震源区的一系列大小不同的地震, 且其发震机制具有某种内在联系或有共同的发震构造的一组地震总称为地震序列。在地震序列中,震级最大的称为主震,主震前的小震则称为前震,主震后发生的地震称为余震。强度等级高的地震,往往会伴随着强余震的发生。现行的国内外抗震规范在确定地震载荷时,只考虑了主震影响,没有考虑地震序列中的强余震对结构的抗震性能造成的影响, 这对于结构抗震来说既不安全也不全面。目前国内外对地震序列作用下结构物的破坏研究很少涉及。中国地震局地球物理研究所赵金宝以量化形式研究了建筑物相继经历主震! 余震作用下的破坏状态。 然而,各类桥梁在余震中的抗震能力并没有具体的研究,桥梁在震后的抗震能力评估与加固仍是保证结构在地震中通行能力的有效措施。
三、震害产生原因分析
(1) 支承连接件失效—— —— —由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移,使支承连接件失效,上部与下部结构脱开,导致梁体坠毁。由于落梁的强烈冲击力,下部结构将遭受严重破坏。支承连接件失效的原因,主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移。为了解决这个问题, 目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置。
(2)下部结构失效—— —— —主要是指桥墩和桥台失效。桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由支座传递来的上部结构的地震力,就会开裂甚至折断,其支承的上部结构也将遭受严重的破坏。钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏, 是近期桥梁震害的一个特点。其原因主要是横向约束箍筋数量不足和间距过大,因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。目前的解决办法是通过能力设计和延性设计,使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位,其余结构保持弹性。
(3) 软弱地基失效—— —— —如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱,下部结构就可能发生沉降和水平移动。如砂土的液化和断层等,在地震中都可能引起墩台的毁坏。地基失效引起的桥梁结构破坏,有时是人力所不能避免的,因此在桥梁选址时就应该重视,并设法加以避免。如果无法避免时, 则应考虑对地基进行处理或采用深基础。
四、抗震加固技术
作为可能采取的震前技术,可以提出防止落梁的构造、 液化、 冲刷、 基础施工方法、 下部结构形式、 下部结构材料、 主筋减少部位、 地震动加速度等方法,可针对各种震害提出相应的抗震加固措施。针对上部结构及落梁震害,采用减、 隔震支座在梁体与墩、 台的
连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应, 利用桥墩在地震作用下发生弹塑性变形耗散地震能量以达到减震的目的。在伸缩缝、 铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、 挡块、 连梁装置或者增加支承面宽度等措施,以防止落梁震害的发生。针对支座及支撑连接件的震害, 目前的做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁间安装纵向约束装置,或者增加支承面宽度。 对于下部结构震害,应通过能力设计和延性设计,提高其抗弯延性和抗剪强度,防止桥墩弯曲和剪切震害,增加其耗能能力,使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位。目前桥墩加固的主要技术有:混凝土加大截面加固方法,钢板外包加固法,钢纤维混凝土加固法,复合材料、 玻璃纤维、 碳素纤维加固法等。对无筋混凝土结构,有可能产生脆性破坏,需要寻求结构上的抗震加固对策。可采用混凝土衬套方法和钢板衬套方法使衬套与既有的桥墩结合成一个整体。
五、抗震发展趋势
调查研究表明,遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构,绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。 因此,国外主要的多震国家,开始强调桥梁结构整体的延性能力, 其它一些国家则在原有规范的基础上,也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力, 并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力。为了保证结构的整体延性能力,目前通常的做法是增加防落梁构造措施和在预期出现塑性铰的关键部位增加横向约束,以提高桥墩的抗弯延性和抗剪强度。 从加固的对象上来看,美国、 日本等桥梁抗震加固水平最高的国家,已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施,转移到重视桥墩整体延性上来,以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料,开始检讨过去单纯 “强度抗震” 设计的指导思想,研究考虑基于性能的抗震设计原则。基于性能的设计被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标,可以是单一指标,也可以是多指标或组合指标。 在研究手段方面, 整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验,而是和现代科技融为一体的高科技试验.
六、结语
总之，桥梁的各种状况应当引起各级公路管理部门的重视，我们要充分吸收国外已有的研究成果,针对我国桥梁的实际情况,开展必要的试验研究和理论分析工作，对桥梁抗震构造技术进行进一步的改进和完善,从而可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果，以提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证
参考文献
[1]赵荣国,李卫平,张虹.2005年地震灾害综述[J].国际地震动态,2006(1):20223.
[2]谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京:人民交通出版社,2006:3214.