山區公路橋梁抗震設計與抗震加固措施研究

陳雪明

摘要：山區公路橋梁的抗震設計是公路橋梁建設中的重中之重，對我國公路橋梁事業的發展具有重要的影響。本文對山區公路橋梁的主要震害形式進行了分析，并以此為基礎為山區公路橋梁的抗震設計與抗震加固措施提供針對性的建議，提高山區公路橋梁的抗震行為，使山區公路橋梁的發展更具持久性。

關鍵詞：山區公路橋梁;抗震設計;抗震加固

一、山區公路橋梁的主要震害形式

（一）山區公路橋梁上部結構的損害

山區公路橋梁上部結構的損害主要是指在地震中梁和支座的損害。在山區公路橋梁的設計中，公路橋梁具有較大的坡度，梁板是設計的關鍵要素，橋梁的上部結構主要采用T梁、小箱梁等，使用結構與橋面連續兩種橋跨形式。一旦發生地震，山區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重的破壞所導致的。山區公路橋梁梁板的破壞主要包括兩種形式，即梁板結構損壞和位移損壞。梁板自身結構的損害是指在地震中，梁板內部構件發生碰撞導致的損壞，通常發生在支座或者橋臺。位移損壞是指在地震的巨大的破壞下，梁板發生橫向、縱向以及扭轉位移的現象，多發生在山區公路橋梁的兩端。梁板位移過大，超出了橋梁墩柱以外的范圍，就會導致落梁和橋梁崩塌的現象。

支座是橋梁結構的傳力構件，連接了橋梁的梁板與底部的墩柱，在地震產生極大位移的情況下，導致支座的承重壓力劇增，進而發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山區公路橋梁設計的實際環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為剪力作用而發生損壞。

（二）山區公路橋梁下部結構的損害

山區公路橋梁下部結構的損害主要包括橋梁墩柱和橋臺的損害。山區地勢復雜，地形地貌具有很大的特殊性，導致山區公路橋梁在下部結構的設計中，通常將橋墩和橋臺設置在較高的位置上，容易出現蓋梁、節點以及橋臺破壞。在實際中，橋梁墩柱不僅要作為橋梁上部結構與基礎之間傳力的重要紐帶，同時要承受來自水平方向的巨大的側向剪切應力。在地震中，橋梁的上部結構容易發生位移損害，導致橋梁墩柱發生剪切變形，同時，在地震的巨大壓力下，橋梁的墩柱極易發生受力不均產生剪切破壞，導致整個橋梁結構的崩塌。同時，橋梁墩柱在地震中也易發生彎曲失效，體現在橋梁材料的鋼筋彎曲以及混凝土開裂等現象。

（三）山區公路橋梁的基礎損壞

山區公路橋梁的建設對地基以及基礎具有較高的要求，其基礎損壞主要取決于橋梁基礎所在的土層質量。山區土層質量較差，存在大量不良地質以及砂土液化的情況，嚴重影響橋梁基礎的抗震能力，在地震的巨大壓力下，容易發生地基下沉和移動，導致橋面變形和坍塌。

二、山區公路橋梁的抗震設計方案

（一）山區公路橋梁的選址以及橋型設計

我國山區大多分布在西南以及西北地區，地質環境極為復雜，且極易發生地震，所以公路橋梁的選址設計至關重要，盡量延長山區公路橋梁的使用壽命以及保證山區公路橋梁建設的經濟性以及安全性。在進行山區公路橋梁選址前，應該對橋梁建設地的地質狀況進行詳細的勘測，明確軟弱地層和地震帶的所在地，盡量選擇在具有堅硬基巖的地質堅硬地區進行建設，同時要注意這些地區山體滑坡、泥石流等災害發生的頻率，將建設地選在災害低頻地區。如果山區公路橋梁的建設地不能避開軟土和地震帶，在建設過程中要盡量做好橋梁建設的地基以及邊坡處理，避免各項次生災害對山區公路橋梁的影響。

山區公路橋型的選擇是影響橋梁抗震效果的重要因素，要綜合考慮山區的地質環境以及施工條件，選擇具有穩定結構、抗震效果較好的橋型。盡量選擇新型鋼桁架結構，減少大跨徑鋼混橋梁的設計，使其具有更好的防震減震性能。

（二）山區公路橋梁的上部結構設計

山區公路橋上部結構的損害主要指梁和支座的損壞，所以在山區公路橋梁的上部結構設計中，要著重關注梁和支座。山區公路橋梁的地震損壞主要涵蓋梁內部結構的損害和位移損害。針對地震發生中，橋梁內部由于碰撞發生的內部損害，強化橋梁的端部設計，并進行延性設計，理解不同的橋梁結構以及性能，針對性地明確延性設計標準，使橋梁在地震中具有更強的結構保護功能。就地震中橋梁位移損害而言，應從橋梁設計結構的整體性出發，避免橋梁連接位置在地震中斷開，盡量采取曲線梁橋結構，選擇重量較輕的材料減輕橋梁的自重，同時選取具有更強抗彎性的箱梁結構。

支座在減隔震中具有重要的作用，若支座具有很強的抗震能力，在地震中阻隔地震對橋梁上部結構的壓力，在很大程度上可以降低山區公路橋梁的震害。所以，山區公路橋梁建設支座盡量選擇減震支座，降低橋梁下部結構的震動。在支座設計中，首先要明確橋梁建設的地位以及建設地的防震等級，選擇相應的減隔震支座;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，應針對山區公路橋梁的落梁問題建立專門的防落梁裝置。

（三）山區公路橋梁的下部結構設計

山區公路橋梁下部結構設計中，橋梁墩柱的設計是防震的關鍵。高墩和矮墩的選擇對地震的響應不同，容易導致上部結構發生損壞。所以在橋梁墩柱的選擇上，盡量避免同時使用高墩和矮墩。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的抗震效果。同時，在山區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，并采用延性設計方法，從整體上對山區公路橋梁的下部結構進行保障。

三、山區公路橋梁的抗震加固措施

（一）山區公路橋梁的上部結構的加固措施

針對山區上部結構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鋼筋網等方法，擴大橋梁的混凝土面積，在整體上增強橋梁的抗震效果。針對山區公路橋梁中承載力薄弱或產生裂縫的地方，可以利用高強度的鋼板進行加固，將原有的碳化混凝土進行清理，采取機械打磨，提升鋼板的粘合效果，充分考慮鋼板的受力方向，并用專門的夾具進行緊固，增強橋梁的抗震效果。

針對山區橋梁上層結構中支座的加固而言，首先在設計中就要選擇具有極強減震功能的支座，并設置具體的梁體限位消能裝置，通過設置擋塊、橡膠支座等方法，限制梁體的位移，從而避免落梁現象的發生，提高支座的抗震能力。

（二）山區公路橋梁的下部結構的加固措施

山區公路橋梁的下部結構的加固主要是指墩柱的加固。在墩柱加固方法的選擇上，提高墩柱結構的延性是重要的舉措，同時采用結構加固法進行加固。針對墩柱鋼筋混凝土薄弱的地方，運用型鋼與斜桿進行穩固，從整體上改變墩柱受力狀況，增強墩柱的使用性能。

四、結論

山區公路的建設要充分考慮山區的地理環境與地震發生頻率，在進行山區公路橋梁的抗震設計與加固措施中，要對橋梁建設的地理位置進行細致的勘測，選擇適合的橋型，對橋梁的梁板、支座以及墩柱等結構進行科學的設計，從整體上提高山區公路橋梁的抗震性，實現山區公路橋梁的持續發展。

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