橋梁抗震設計與加固技術探討

曹寧寧 李淑慧

河南師范大學新聯學院（450000）

0 前言

我國地大物博，但也是一個地震災害頻發的國家。強烈的地震會損害人民的生命及財產安全，并對橋梁造成嚴重破壞。而橋梁在抗震救災和物資運輸中發揮著尤為重要的作用，一旦在地震中損壞，交通中斷，將導致車輛無法通行，造成救援困難等問題。因此，研究橋梁抗震設計，加強橋梁的抗震性能，建設更加安全穩定的橋梁，從而減少自然災害造成的損失，促進我國經濟的發展。

1 橋梁在地震下的損害情況及抗震加固概念

1.1 橋梁在地震時可能會發生的損害

根據橋梁結構類型的不同，在不同地震等級的情況下，橋梁主要發生以下幾種損壞：強震時，橋梁兩側的地形發生變化，引起橋梁結構嚴重變形、地面錯動、橋梁結構受損，或者出現落梁現象；強烈的地震作用下,由于地震波的作用，橋墩發生震動，進而發生損壞,如表面損傷、結構損傷、形狀變形等；強烈地震作用，導致地基損壞，發生液化,進而引起基礎不均勻沉陷，造成橋墩傾斜甚至倒塌；地震會引起橋梁的形狀變化，使橋梁內力超過了設計極限，導致整個橋梁倒塌。

1.2 抗震加固概念剖析

在結構施工前，橋梁的抗震設計更為重要。由于不同等級的地震具有很大的不確定性和復雜性，所以假定橋梁在地震作用下的模型與實際建成情況不同，為了提高橋梁結構的抗震安全性，需要對橋梁的抗震設計進行分析。如應注意橋梁上下結構連接部位的抗震設計，包括橋墩的類型、支座的位置和支座類型的選擇，以確保橋梁具有穩定的抗震結構體系。為了確保橋梁結構具有良好的整體性能，提高其抗震性能，需對結構的動力特性和地震沖擊數據進行分析，并將結構設計與相應的弱震點結構相結合。必要時，可在適當位置增設鋼筋或改變結構設計來提高其抗震能力。

加強橋梁整體結構與上部結構的連續性，能夠有效防止構件在地震作用下的斷裂，保證構件空間整體性能。平面構件及三維結構構件在設計時必須保證橋梁幾何尺寸、剛度及其連接的協調一致性，從而提高橋梁的整體抗震性能。橋梁結構的損傷是由于其在地震作用下發生強烈振動導致的，因此抗震設計可以從降低地基結構的震動入手，提高橋梁結構的整體剛度和延性，提高施工質量。在恒荷載和剛度一定的情況下，提高結構的整體強度和延性可以達到有效的抗震目標。這是因為提高剛度可以減小結構的變形，增加強度和延性可有效提高橋梁的抗震能力。構件的反復變形會造成構件產生次內力，出現裂縫及應力集中的現象，降低構件的剛度和減小構件的延性，因此在橋梁抗震設計中應注意構件的延性和剛度。

橋梁延性設計主要為以下兩個方面：①對結構薄弱部位采用增加鋼筋、改變截面形式等方法加強抗震設計；②提高其抗震等級，并對整個橋梁結構抗震性能進行模擬分析和驗證。

2 抗震加固技術剖析

2.1 結合地理信息創建橋梁地震模型

橋梁在地震作用下的抗震模型為設計人員提供了簡單方便的抗震性能評價體系和不同地震下橋梁受力狀態的情況，但由于地震在不同環境及不同等級下對結構的影響具有不可控性，且模擬試驗中地震模型具有局限性，造成計算機模擬不夠精確，因此對橋梁抗震性能的研究不能完全依靠模型數據得出的結論。必需對項目場地的特定地形進行現場勘察，確定橋梁的選址位置是否利于橋梁的安全穩定性。橋墩基礎型式的選擇和局部地形的考慮對抗震設計具有重要意義。此外，設計人員還需進行橋梁的設計方案的比選，并對其進行修改，完善結構方案，選擇可行有效的橋梁抗震設計方案[1]。

在實地勘察及方案比選的同時，還需考慮影響橋梁穩定性的因素，如當地以前遇到的地震的等級及地震頻率、氣候條件、土壤和水土流失等情況。橋梁構件通過相互連接形成一個整體，橋梁連接處是橋梁結構抗震薄弱的地方，直接影響到橋梁的整體性能及抗震性能。同時橋梁的建設對環境有著一定的影響，特別是在跨河海的橋梁建設中，直接影響到水流的流態分布，造成河床變遷，所以必須考慮當地的需要和建橋的可行性，根據當地情況進行公告，并通過使用有限元軟件及試驗進行分析，以便提高橋梁的抗震能力。

2.2 加強橋梁結構強度

橋梁是由許多構件組成的整體，其中一些結構由于強度不足，在地震作用下發生損壞。如果關鍵部位受損則會導致橋梁垮塌，因此必須采取一定的加固措施，使構件穩定，不發生位移，保持橋梁原有的空間結構。從橋梁的整體性能及材料來看，增加橋梁結構的強度可以有效抵抗地震對橋梁的影響，增加橋梁的剛度并保持結構的整體性能，可以使橋梁較好地適應地震的影響。所以設計時需根據其用途及使用年限進行設計，保證其正常使用及地震作用下的承載能力，從而提高橋梁的剛度、強度和延性，對保護橋梁和抵抗自然災害具有重要作用。

2.3 提升結構間的連接整體性

各部分結構構件通過連接，使橋梁作為一個整體結構進行運營。因此對于橋梁結構中的薄弱環節，如構件連接處，應加強結構間的連接的整體性，從而提高橋梁的抗震強度，保證結構的延展性。在橋梁抗震試驗中，為了提高橋梁的抗震性能，需通過模擬分析不同地震作用下橋梁的動力響應，及不同結構構件之間連接性能，從而找出避免橋梁因地震的影響而倒塌因素，并找出解決方案。

2.4 針對性加固

為了防止地震引起的橋梁混凝土結構開裂，可以采用適當增加鋼筋、鋼板或預應力筋等方法進行橋梁加固，其中鋼板加固主要用于遠離橋梁中軸線位置。鋼板加固雖然增加了橋梁的橫截面面積，提高了橋梁的抗震能力，但有一定的限制。在大多數情況下，對系統原有結構進行加強，新舊結構之間必須進行材料的結合處理，從而達到加固效果。橋梁的基本結構必須一致，剛度和延性必須統一，以保證橋梁的整體穩定性。

2.5 謹慎施工連接構件

在我國橋梁建設中，橋梁連接構件的設計不合理，橋梁在運營階段關鍵構件會發生耐久性損傷、變形或位移，使橋梁承載能力下降，在地震作用下被嚴重破壞。橋梁連接在保證橋梁的整體性和延展性方面起著重要的作用，部分施工單位的管理層對此沒有足夠重視，在施工中，振搗不均勻，養護條件不足，造成結構裂縫超限、接縫表面變形等。當地震發生時，連接結構的承重能力下降，在地震的沖擊作用下發生破壞，進而導致橋梁的主體結構損壞。同時，在使用期間，需要對橋梁構件及時維護和保養，以提高對地震沖擊的適應能力，防止橋梁出現裂縫。

相鄰橋梁之間也可進行結構加固，增加連接構件，以防止橋體出現過大位移。連接構件長期受作用力影響，易出現變形問題，為了保證橋梁抗震性能及結構穩定性，必須進行全面檢查和及時維修。

2.6 使用碳纖維加固橋體

混凝土結構中加入碳纖維材料，能夠有效提升橋梁的抗震性能。這是因為碳纖維材料的強度、密度、彈性和耐腐蝕性均優于普通鋼筋。在進行碳纖維材料加固的同時，還需加入一些樹脂。

3 結語

通過橋梁抗震設計及加固技術在橋梁設計及維修中占有重要地位，因此有必要應用國內外的先進科學技術，通過試驗分析不斷完善其理論和施工方法，并結合橋梁的抗震設計規范，進一步提高橋梁在遭遇強震時的抗震性能,保證橋梁結構的穩定性及橋墩在地震作用下的結構安全，使橋梁充分發揮其使價值。