橋梁抗震加固技術現狀及發展趨勢

作為國民經濟大動脈的公路交通，是抗震救災生命線工程之一。特別是汶川地震的發生，使得橋梁科技工作者對橋梁結構在地震作用下的穩定性及通行能力提出了較高的要求。我國公路行業目前正在執行的《 公路工程抗震設計規范》(JTJ004- 89)采用單一的設防標準，沒有采取足夠的構造措施來保證橋梁結構的整體延性，也沒有采用能力設計的思想來防止橋墩等構件的剪切破壞。 一、橋梁震害介紹 從歷次破壞地震中，調查得到的公路橋梁震害產生的主要原因有以下幾類: 支承連接件失效——根據筆者的施工經驗，施工單位只重視橋梁施上的質量主控環節，養護單位則重視橋梁整體線型打車舒適度等使用性能，往往忽視橋梁支承連接件的性能質量。當橋梁上、下部結構產生支承連接件不能承受的相對位移時，支承連接件便可能失效，往往導致梁體墜毀。為解決這個問題，應對橋梁支座、伸縮縫等連接構件進行維護。目前國內外的通常做法是增加支承面寬度、在簡支的相鄰粱間安裝限位裝置；在伸縮縫等上部接縫處采用擋塊、連梁裝置等措施；采用減隔震支座及耗能裝置耗散作用于結構的地震能量、提高橋梁的抗震性能。在橋梁使用期間應對支座定期檢查與維護，對于伸縮縫應隨時清除縫內雜物。 軟弱地基失效——基礎自身的震害現象極少發現，然而如果下部結構周圍的地基易受地震震動而變弱，下部結構就可能發生沉降和水平移動。有時因不良的地質條件也會出現沉降、滑移等；樁基礎的承臺由于體積、強度和剛度都很大，因此也極少發生破壞，但樁基(尤其是深樁基礎)的破壞現象則時有發生。主要表現為樁基礎的傾斜、下沉、滑移、裂縫、傾覆等等。對于此類破壞，應該在橋梁選址時就應該重視，并設法加以避免。如果無法避免時，則應考慮盡量加深地基深度降低液化的可能性或在可能發生液化和沖刷的地基中采用加樁的措施。 下部結構失效——主要是指橋墩和橋臺失效。橋墩和橋臺如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結構的地震力，就會開裂甚至折斷，其支承的上部結構也將遭受嚴重的破壞。鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴重損壞，是近期橋梁震害的一個特點。主要表現為橋臺或橋墩與路基一起滑動并移向河心， 以致橋頭、重力式橋臺的胸腔及樁柱式橋臺的樁柱不同程度沉降、開裂傾斜和折斷等。另外，橋頭的沉降會導致翼墻損壞并開裂，而重力式橋臺胸腔開裂會引起整個臺體被移動并下沉。其原因主要是橫向約束箍筋數量不足和間距過大，因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設計和延性設計，使橋梁的屈服只發生在預期的塑性鉸部位，其余結構保持彈性。 二、橋梁抗震加固技術的現狀 我國現行《公路工程抗震設計規范》水準遠落后于國外同類規范。若不進行改進，其后果必然是使我國不少的橋梁工程將留下地震隱患。我國在唐山地震后，相關部門對《鐵路工程抗震規范》和《公路工程抗震規范》進行專題研究，先后在1989年與1990年正式頒布了新的修改版，城市橋梁抗震設計參照此兩本規范執行。建設部、交通運輸部和鐵道部分別開展了相關抗震技術規范的編修工作。而規范編修工作也只是將相對成熟的應用技術進行歸納總結和標準化，一般難以對基礎性關鍵問題進行深入研究。 三、橋梁抗震加固技術的發展趨勢 從橋梁震害調查中發現，遭受嚴重破壞和倒塌的橋梁結構，絕大部分是源于落梁和抗彎延性不足。因此，國外主要的多震國家，開始強調橋梁結構整體的延性能力，其他一些國家則在原有規范的基礎上，也相應地對保證橋梁結構整體的延性能力，并通過設計和構造保證橋梁結構的整體延性能力，這已成為世界主要的多震國家地震工程界的共識。 對鋼筋混凝土梁橋，為了保證結構的整體延性能力，目前通常的做法是增加防落梁構造措施和在預期出現塑性鉸的關鍵部位(鋼筋混凝土橋墩的墩底和墩頂局部范圍內)增加橫向約束，以提高橋墩的抗彎延性和抗剪強度。從加固的對象上來看，美國、日本等橋梁抗震加固水平最高的國家，已經把加固的重點從以前單一的防落梁構造措施，轉移到重視橋墩整體延性上來，以保證加固后的橋梁與新建橋梁的抗震能力相當。 國內外地震工程研究人員總結了近年來國內外的震害資料，開始檢討過去單純“強度抗震”設計的指導思想，研究考慮基于性能的抗震設計原則。基于性能的設計被廣泛的認為是未來結構抗震設計規范的基本思想。抗震設計的性能指標，可以是單一指標，也可以是多指標或組合指標。 在研究手段方面，整個抗震工程學都出現了越來越重視和依靠地震模擬試驗的發展趨勢。應該注意到現在的試驗已經不再是傳統意義上的簡單試驗，而是和現代科技融為一體的高科技試驗。如數值計算已經成為子結構擬動力試驗技術不可分割的一部分。 大量的震害表明，合理的結構形式和成功的抗震設計可以大大減輕甚至避免震害的產生。而目前橋梁抗震加固技術研究已經有了較好的基礎，建議針對我國公路橋梁的特點，得出適合于我國公路橋梁的抗震加固技術，并推廣應用，為提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災害的能力提供可靠的技術保證。