橋梁抗震設計與抗震加固措施研究

盧振宏

（廣深珠高速公路有限公司，廣東東莞523925）

0 引言

公路、橋梁等交通設施的建設與經濟發展水平相關，同時，也在一定程度上影響人們的生活、居住范圍。隨著基礎設施建設的進一步推進，公路建造里程數逐漸增加，公路橋梁的建設數量也逐漸上升。對于山地、近海等復雜環境的公路建設，橋梁起到關鍵的樞紐作用。橋梁的抗震設計的合理性、抗震設計原理的先進性，以及抗震加固措施的合理應用等，是公路橋梁設計與建造過程中的重要內容。公路橋梁的抗震設計需要達到有關的抗震設計規范，抗震加固措施的選擇和施工也需要符合工程建設實際條件，只有達到工程的設計標準和建造規范要求，才能在一定程度上避免在災害發生時造成的經濟損失和人員傷亡[1]。我國公路橋梁的抗震設計方法在近年來得到了一定的發展，抗震設計規范的詳細程度也進一步提高，本文將從公路橋梁的抗震設計出發，結合近年來公路橋梁抗震的主要措施、方法，對公路橋梁抗震措施的適用性進行探討。

1 公路橋梁震害概述

在地震發生的過程中，地震波作用于橋梁結構，會對橋梁結構造成不同程度的損傷。根據橋梁損害發生的結構不同，可以分為橋梁上部結構、橋墩、橋柱和基礎震害。

在地震作用的影響下，橋梁地基中的砂土出現液化現象的可能性較大，一旦出現砂土液化現象，橋梁地基的承載力喪失，會造成整體橋梁結構的下沉、多向位移、上部結構斷裂等問題。由于地基基礎的破壞造成的橋梁結構震害，通常情況下是難以修復的、永久的。

橋墩和橋臺在橋梁整體結構中起到承上啟下的作用，將上部結構承受的荷載傳遞給基礎和地基。在特殊地形條件下，特別是在山區中，橋墩和橋臺的標高通常較高。在地震發生的時，地震波對于橋墩和橋臺的影響較為明顯，構件容易在剪力作用下發生破壞，塑性鉸也容易被破壞[2]。在地震力的反復作用下，橋墩和橋臺的破壞進一步加深、擴大，最終將造成整體橋梁結構的坍塌。

橋梁和支座在地震力的作用下，發生的震害是比較嚴重的。橋梁板在地震作用下發生剪切破壞、相對位移等，會造成整體橋梁板結構構件的崩壞，對下部結構造成連帶破壞作用。梁板構件的自身破壞和支座破壞后的位移破壞，是較為常見的兩種震害。在反復震力的作用下，位移會進一步增加，梁板脫落后造成整體橋梁的整體倒塌。

2 橋梁結構抗震設計的主要內容

提高橋梁抵抗地震作用的能力，主要可以通過兩個方面實現。首先，通過橋梁的結構設計、柔性材料等的使用，提高橋梁自身抵抗地震作用的能力；其次，可以通過結構設計和使用抗震、隔震措施，盡量降低地震作用對橋梁結構的影響。橋梁的抗震設計是實現橋梁抗震性、提高橋梁抗震能力的重要途徑和主要工具，通過橋梁結構的抗震設計，可以有效提高橋梁的抗震效果，達到抗震減災的目的。橋梁抗震設計工作內容主要包括橋梁定位和橋梁抗震結構。

2.1 定位選擇

公路橋梁的設計要根據具體的工程環境、地形、地貌等條件進行，橋梁的線位選擇需要根據建設后投運的具體需求以及地基條件綜合考慮。首先，盡量選土質良好的地段，地基承載力是決定橋梁承載力的關鍵。其次，應盡量避免選擇坡度較大的地區，土體的側壓力較大，在建造使用的過程中會對橋梁產生較大的影響。

2.2 結構設計

除了橋梁的線位，如何選擇橋型對于結構的抗震性來說也很重要。確定定位后，根據橋梁的建造條件，盡可能選擇抗震性能較好的橋梁形式。對于跨度比較大的橋梁來說，盡量減少伸縮縫的數量也能夠增加橋梁結構整體的抗震性。除此之外，在橋梁結構中使用隔震措施，在橋梁建造材料的選擇上可以結合工程建設項目的經濟條件，盡量選擇高強、高性能的材料。與剛度大的材料相比，柔性材料在抗震性方面的表現更加理想。延展性高的材料能夠有效抵抗地震作用對橋梁結構帶來的脆性破壞，降低橋梁的剪力破壞和變形程度[3]。

對于橋梁的整體設計結構來說，結構整體的對稱性和規則度越高，則抗震性能越好。整體橋梁結構的自重中心和力學的剛度中心比較理想的狀態是同在一條中心線上，此時，在地震發生的過程中，地震力對于整體橋梁結構的作用水平是最小的。

3 橋梁結構抗震設計方法

橋梁結構在建設和使用的過程中，會受到多重外力的作用。特別是在復雜工程環境中，還會受到深水以及土體的作用，在使用過程中也會受到動、靜荷載的作用。在多物理場的作用下，橋梁的結構會受到影響。在受到外力作用的情況下，橋梁的各部分結構的受力特征決定了橋梁整體結構的穩定程度，高強度和高性能材料在橋梁工程中的大量應用，提高了橋梁的抗震等能力。除了在橋梁建造過程中使用高強度、高性能材料以外，橋梁的減震、隔震和加固等技術的應用，為橋梁的抗震性能提高增加了可能。

3.1 統一標準

橋梁抗震設計過程需要大量的前期準備和實驗，設計的合理性和橋梁的適用性、抗震性等很大程度上取決于前期工作的質量。實驗模型的局限性是必然的，盡可能綜合多項指標數據，以確保橋梁設計過程的順利進行。合理的橋梁設計方案要根據橋梁的線位以及周邊地質選擇，橋梁結構的組成構件具體的結構形式也要根據實際情況做出必要的調整[4]。橋梁抗震設計方案要有具體的標準，抗震設計方案的評價也是依托標準進行的。所以，橋梁抗震設計方案的設計標準的制定是重要的，統一橋梁抗震設計方案的設計標準對于橋梁抗震設計的優化有重要作用。

3.2 因地制宜性

工程建設的因地制宜性是必須考慮的原則和要素，在具體的設計工作中，特別是對于公路橋梁的設計，因地制宜也至關重要。根據橋梁的線位因素以及橋梁的運營要求、建設要求等，選擇合理的橋梁形式和結構。橋梁形式的選擇在很大程度上決定著橋梁在后期使用過程中的效果。當地的地震、地質、天氣水文等信息的全面把握，可以有效提高橋梁的抗震設計水平。根據初步的設計方案，進一步優化橋梁的抗震設計，也可以進一步進行減震措施的設計。

3.3 安全性

橋梁的抗震設計的最終目標就是要提高在地震災害發生時橋梁的安全性，所以在橋梁的抗震設計過程中，安全性的考慮是貫穿始終的，具有指導意義。橋梁整體結構的穩定性，以及構件連接的合理性和穩固性要符合設計標準和規范。對于結構薄弱環節的設計要以增強其整體性和穩定性為主。

4 橋梁結構抗震加固措施

4.1 橋梁結構加固措施

橋梁結構的加固可以根據不同的加固對象進行分類，對于橋梁板的加固方式主要有優化截面和提高含鋼量兩種。優化橋梁板的截面形狀或者截面面積可以提高橋梁的抗震性，對橋梁板增加鋼筋或者直接增加鋼板等方法，可以提高橋梁板的含鋼量，但是，此種方法容易使橋梁板出現超筋現象。超筋現象可以通過調整截面面積的方法避免，所以，在大多數情況下這兩種方法可以同時使用[5]。橋梁支座的形式和穩定性對于抗震性也是非常重要的，所以在橋梁的抗震設計過程中，可以選擇具有減震、隔震作用的支座。

根據上文可知，墩臺結構在地震中極易受到影響，且也是受到影響最大的構建。所以，提高墩臺結構的抗震性或者降低地震作用對于橋梁的抗震設計來說十分重要。提高墩臺的延性、使用空心截面等方法，是目前橋梁抗震設計中較為常用的。另外，也可以根據構件不同的受力特點，選擇不同墩柱結構。

4.2 減隔震措施

減隔震措施是通過減隔震系統實現的，減隔震系統通常作用在橋梁的下部結構和基礎之間。減隔震系統的使用在世界范圍內較少，但是在已經使用了減隔震系統的建筑中，減隔震系統對地震的緩沖作用是比較明顯的。減隔震系統在使用的過程中，設計的合理性和減隔震裝置的科學選擇是十分重要的。首先，要符合因地制宜的原則；其次，對于隔震設備的位移量、恢復能力等也要充分考慮。在公路橋梁中使用的減隔震裝置主要是橡膠支座和摩擦支座兩種，減隔震裝置是直接保留在自然條件下的，其構成材質對于溫度和空氣等的變化較為敏感，容易出現老化、變形等問題。減隔震裝置的恢復力以及其他突出特性，對于支座的減隔震效果有比較明顯的影響，所以減隔震裝置需要進行必要的維護和日常監測。隨著我國基礎建設的不斷推進，西部地區的基礎設施建設逐漸增加，西部地區屬于強震區，因此減隔震技術的使用及效果需要得到進一步的研究。

5 結語

綜上所述，橋梁的抗震設計和減隔震措施都要遵循因地制宜的原則，橋梁設計的合理性和橋梁形式選擇的科學性、綜合性越強，越有利于提高橋梁的抗震性。橋梁加固措施和減隔震系統的使用需要綜合考慮諸多因素，在不斷的推廣和實踐中，橋梁的抗震減災水平會得到很大的發展。橋梁在地震作用下受到的損傷越有限，越有利于減少生命財產損失和災害救援。所以，提高橋梁結構的抗震性具有重要意義。