桥梁抗震设计及加固技术探讨

1、桥梁抗震设计及加固技术探讨摘要：震区桥梁的破坏不仅直接阻碍了抗震抢险，使得次生灾害加重，也给灾后恢复重建带来了巨大的困难。因此，调查与了解桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的依据。本文结合工作实践，分析了桥梁抗震设计方法和桥梁加固方法。关键词：桥梁 ； 抗震设计 ； 加固技术我国处于环太平洋带和亚欧带这两大地震之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育，地震频度高、强度大、震源浅、分布广，震灾较为严重，尤其是近几年不断发生各种等级的地震。在地震发生时，不仅会有大量的地面建筑物及各种设施遭到破坏或倒塌，大量人员伤亡，而且还会严重造成交通中

2、断。公路交通往往是作为抗震救灾的重要生命线，若其处于交通咽喉部位的桥梁受到较大损坏，将会给后续救助工作造成极大的困难。本文简要阐述桥梁抗震的设计方法，并进一步对震后的加固措施进行了分析与探讨。 一、桥梁抗震设计方法 长期以来，结构抗震设计的传统方法是通过增加结构构件自身的强度和刚度来实现，也就是常说的“硬抗”。这种设计方法容许很大的地震能量通过地面直接传给结构构件，结构构件应设计成具有抵抗这种地震作用的能力。尽管这种设计方法可以保证地震作用下结构的整体性并能防止结构的倒塌，但结构损伤却不可避免。 鉴于传统的“硬抗”设计方法的局限性，近几十年来，一些研究人员提出一些新的抗震技术，主要包括减隔震技

3、术、主动控制技术、被动控制技术及混合控制技术等。当前,比较容易实现和有效的抗震方式主要有以下几种： 1.延性减震设计 目前大多数多地震国家的桥梁抗震设计规范已经从传统的强度理论向延性抗震理论过渡。延性抗震设计主要是利用结构、构件自身的延性耗能能力来抵抗地震作用。设计时是通过增加结构、构件延性来实现，对结构允许出现塑性铰的部分进行专门的延性设计。延性抗震设计的基本思想：结构构件可以发生塑性变形，可以发生一定的损坏，但是必须保证结构不倒塌。结构设计时，使结构具有一定的滞回特性，这种特性足以抵抗大地震产生的弹塑性变形，设计预期的大地震发生时，滞回延性要低于地震激起的反复弹塑性变形循环。 2.采用减隔

4、震装置 减隔震技术是指通过采用减隔震装置来延长桥梁结构的自振周期，减少桥墩顶部的地震位移反应，同时减小了上部结构的加速度反应，保证了桥梁的安全。减隔震技术理念就是采用减隔震装置把结构或者构件与地震运动尽可能的分离开来，大大减少传递到上部结构的地震作用和地震能量。经过多年的研究和发展，桥梁减隔震系统性能较为完善，它主要有隔震装置、阻尼限位装置、风反应控制装置等部分组成。其中最主要的是隔震装置，一方面支承桥梁上部结构的全部重量，另一方面它应具有弹性，能延长桥梁的自震周期，使结构的基频处于高能量地震频率范围以外，从而有效降低桥梁的地震反应，同时还能均匀分布地震力到每一跨桥墩上，避免地震力集中。应用较

5、为广泛的隔震装置有聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座等。大量的试验和理论分析都表明其联结方式对桥梁结构的地震反应有很大的影响,在梁体与墩、台的联结处安装隔震支座能有效地减小墩、台所受的水平地震力。 3.采用减震的新结构 型钢混凝土结构是在混凝土上包裹型钢做成的结构。它与钢筋混凝土结构相比具有一系列优点,其承载力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件承载力一倍以上,并具有较好的抗剪能力,延性比明显高于钢筋混凝土结构,滞回曲线较为饱满,耗能能力有显著的提高,从而呈现出良好的抗震性能，能够隔离、吸收和耗散地震能量,减小桥梁结构的地震反应,使桥梁的变形限制在弹性范围,避免由于产生塑性变形而造成累积损

6、伤破坏和永久残余变形,这大大提高了桥梁结构的安全度，同时可以节约材料,降低造价。 在上述几种抗震方式中，延性抗震设计和减隔震设计是目前桥梁抗震设计中两种常用的设计思想。两种设计思想机理不同、适用范围不同，抗震设计采用的方法和措施也不同。但两种抗震设计应用应避免相互独立，而应该做到相互协调，达到优化的效果。 二、桥梁加固常用方法 要做好桥梁的抗震设计，就要不断加深对地震机理的认识,提高和完善桥梁结构物的各项功能,以及桥梁抗震构造措施进一步的改进和完善。目前我国对于桥梁抗震加固技术相对比较成熟,在实践过程当中应结合公路桥梁的特点,有效提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力。桥梁加固常用的方

7、法有以下几种： 1.桥面补强层加固法 在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层，一般先凿除旧桥面，使其与原有主梁形成整体，达到增大主梁有效高度和抗压截面强度，改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。 2.外包混凝土加固法 外包混凝土加固法又称增大截面加固法，它是通过增大构件的截面和配筋，以提高构件的强度、刚度、稳定性并减少裂缝宽度。对于梁桥、拱桥、刚架桥、墩台、基础等，在条件许可的情况下均可采用该方法加固。外包混凝土将使原结构增加一部分恒载重量，因而在拟定外包混凝土尺寸时，应同时考虑外包构件以下的结构承载能力是否足够，这是外包混凝土方案是否成立的前提。 3.钢板粘贴加固法 由于交通量的

8、增加，主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重的锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横向裂缝，此时，可用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力与耐久性。 4.喷锚混凝土加固法 首先是用植筋法将锚筋植入待补强部位的结构内，挂设补强钢筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，形成与原结构共同受力的组合结构。喷锚混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气将新混凝土混合料，通过喷嘴高速喷射到已锚固好钢筋的受喷面上，凝结硬化后形成一种钢筋混凝土。 5.改变结构受力体系的加固法 这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁的承载能力的目的

9、。它的基本原理是以减少控制截面的内力为目的进行加固。对于拱桥加固，可通过体系转换法将单纯拱的受力状态改变为拱梁组合体系受力状态，即将拱上建筑变为梁式结构，拱梁组合体系受力状态较单纯拱更为均匀。另外，对于拱式拱上建筑的旧桥，改拱式为梁式拱上建筑，所带来的恒载重量减少量是非常显著的。 6.体外预应力加固法 体外预应力加固法主要用于梁式桥(包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等)正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的。其基本原理是通过在梁体外设钢质的拉杆或撑杆，并与被加固梁体锚固连接，然后施加预应力，强迫后加拉杆受力，从而

10、改变原结构内力分布，并降低原结构应力水平，使结构承载力显著提高，且可减少结构变形，缩小裂缝宽度甚至闭合。 7.更换减隔震支座 除常规加固方法之外，对于原有支撑系统进行更换，引入隔震支座改变结构在地震中的动力响应特性，从而减少地震输入，以结构构件抗震为辅。其基本目的是要大大减小传递到结构上的地震力和能量，桥梁的抗震能力通过延长结构自震周期，增加耗能能力来实现。 8.减轻拱上自重加固法 减轻拱上自重也是一种调整拱上恒载分布的手段，尽管它们的目的都是为了恢复和提高原桥的承载能力，但它们的出发点和适用场合却是不相同的。调整拱上恒载分布是针对主拱圈变形过大，通过调整拱上恒载的办法来调整拱轴线与压力线；采

11、用减轻拱上建筑的自重，则主要是针对某些双曲拱桥的基础承载能力较低，通过这一措施降低对基础承载力的要求。 9.拱桥的拱圈和拱肋常用的几种加固方法 为了提高拱桥的承载能力，往往采用增加拱圈厚度和刚度，加大拱肋截面、增设新拱肋等方法，下面介绍不同情况下的不同加固方法。 (1)砖石拱桥的拱圈内壁出现表层剥落、松散、老化等情况且不适应目前交通时，可采用在肋圈内壁挂钢丝网，并喷射水泥砂浆的加固法。 (2)钢筋混凝土拱圈内壁浇筑加固法。拱桥拱圈内壁损坏严重时可采用此法，具体做法与上述方法相似。 (3)原拱上增设钢筋混凝土拱圈加固法。此法是拱桥中较常用的加固法之一，它不仅加固了拱圈，且将原有开裂拱联结在一起，

12、也利于桥面排水。 (4)拱桥钢板箍与螺栓锚固法。石拱桥可在拱圈的跨中和1/4 处加设三道(或多道，视情况而定)钢板箍(钢板厚可用6 8mm)或钢拉杆，用螺栓在拱底及拱侧钻孔锚固，并注意将锚固点设在拱圈厚度的1/3 处，此法可提高拱桥的整体强度，达到较好的加固效果。 以上介绍的常用加固方法为传统的混凝土结构加固方法，均受到一定条件的限制，存在以下缺点：对结构的外观及使用空间均有一定的影响；施工时的湿作业和大型设备对环境和生产有一定影响；在有的方法中新旧两部分的连接对原结构有一定的损伤；加固材料易腐蚀或脱落；增加结构物的荷重等。各种加固方式均有其适用性，对于结构不同的震害进行具体分析研究，确定合理的加固方式，以得到最优的加固效果。 参考文