浅析公路桥梁抗震加固技术的应用
2016-03-23
我国的地理位置使得我国部分地区处于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，个别地区地震发生几率高，作为经济命脉的交通干线也同样是地震发生时救灾的生命线。桥梁作为交通的重要组成部分，是地震灾害发生时容易损坏的一个环节，成为制约公路交通发挥作用的关键部位。近年来我国多次大地震的发生中，均造成了桥梁的严重损坏，间接导致了更大的生命和财产损失，因而加强我国公路桥梁的抗震加固工作具有着十分重要的意义。
一、我国公路桥梁抗震加固技术的现状
近年来世界各国都加大了对公路桥梁抗震加固技术的研究，我国的抗震加固技术是在借鉴其他国家先进技术的基础上建立起来的。我国的抗震评估主要包括优先研究和结构分析两个阶段。第一个阶段主要确定需要进行抗震加固的结构，第二阶段对该结构进行相应的抗震加固结构分析。在抗震评估的第一阶段主要需要分析该结构的作用、特点、易损性和结构基础、场地的土质等各项特征等等；第二阶段要对该结构进行抗震性能的评估，尽可能明确其性能和地震作用下的状态以便于选择合适的抗震加固技术和措施。
二、公路桥梁地震情况下损坏的原因
1.地震发生时地面地质产生巨大的变化导致桥梁的损坏，如地裂、断层导致的北川县龙尾大桥的损坏。
2.地震使得砂土液化，使得桥梁的地基受损而引起的损坏。
3.地震时由于地震产生的作用力使得桥梁结构受力超限形成不同程度的损坏。
4.曲线桥梁自身结构形式的特点使得其在地震时容易由于自身上部中心偏离造成损坏甚至倒塌。
5.地震时产生的塌方和滑坡等灾害对公路桥梁的冲击造成公路桥梁的损坏桥梁。
6.公路桥梁自身施工质量不过关，使得地震时造成桥梁损坏。
三、公路桥梁抗震的建议
1.桥梁选址时就需要明确知道地区的地震烈度、地形地貌等地质条件，避开可能产生严重崩塌、滑坡、砂石液化的区域以及可能在地震时坍塌、沉陷的溶洞、暗河等地区，充分考虑其可能对于桥梁的影响。
2.在地震多发区域建设公路桥梁时需要尽量选择结构简单、稳定性好的桥梁形式，并且主要对桥梁连接部位进行加强加固。
四、公路桥梁抗震加固技术的应用
对公路桥梁进行抗震加固首先是防止桥梁倒塌，然后是尽量控制损坏程度。桥梁弹性设计的上部结构是抗震加固的重要环节，提供稳定支持的下部结构是抗震加固的基础。
桥梁上部结构的抗震加固
地震时上部结构的损坏主要是由于下部结构不稳和桥段间撞击引起的，对其进行加固是为了避免上部结构造成落梁破坏。
1.伸缩缝加固技术
（1）地震发生时桥梁间框架容易因为不同相位移动造成框架在铰处发生碰撞或是铰连接分离，前者造成的损伤一般影响较小，后者则有可能导致落梁情况的产生。常用方法是通过缆索约束装置来加固简支钢梁，缆索在设计时要考虑减少占用下部路面和梁间的竖向净空。需要纵向位移比有效支座的宽度还大时，可以结合使用加宽墩帽支座和缆索加固简支钢梁两种措施。由于地震中相邻跨的相对位移不会有简支桥梁大，用缆索加固的方式就不适用于多跨连续桥梁，而适用于多跨简支桥梁。还有种加固钢梁的办法是把腹板用拼接板相连使钢梁保持连续。另外，国际上多使用限位器来安装在相邻跨各个方位以连接支座来限制相对位移，比较先进的是使用记忆性合金限位器，该限位器具有极强的弹力，能够承受更大的变形，可能有效限制相对位移。
（2）当钢梁的跨中有铰时需要加设铰的约束装置，铰支座加宽或将框架连接可以很好的避免地震时支座发生损伤。
2.侧向支撑加固技术
横隔梁或某种其他横向的支撑体来提供梁间侧向的刚度，由于侧向支撑要抵抗各种荷载引起的离心力，难以承受剪切键和支座承载能力那般的力。一般加固措施是额外增加接近支座的支撑或横隔梁等等。
3.混凝土边梁加固技术
边梁可以连接相邻排架来提高混凝土桥梁的纵向抗震能力。单层桥梁结构可以加强外伸墩帽并保持弯曲固定连接和柱顶的扭转，或是将柱顶进行铰接来避免外伸梁扭曲；双层桥梁结构要加强边梁的强度和刚度来避免损伤。
桥梁下部结构的抗震加固
桥梁下部结构损坏一般指的是桥墩等桥梁基础的失效，桥台、桥墩等在地震时承受不住地震力和自身惯性力就会造成开裂、折断的情况。桥墩抗震加大的技术主要是加大截面和加设纤维、钢板，还可以进行桥墩的延性设计来避免桥墩过大的损坏。混凝土结构的桥梁可用多种纤维、复合材料加固法等多种方法进行加固，砖石结构的桥梁可用钢板和混凝土衬套方法进行抗震加固。
1.柱罩技术
柱罩技术可有效提高桥墩的抗震性。首先是钢罩，用钢板焊接成柱子的套管可以提高柱子的抗弯、抗剪能力，对于圆形或方形的桥墩柱可以用圆形钢罩，对矩形的桥墩柱可使用椭圆形的罩，另外为了避免钢罩承受支座反力，在桥墩柱顶部留有不小于50mm的间隙；其次是混凝土罩，在需要不改变桥墩柱形状时可以用混凝土罩来加固桥墩柱，先在桥墩柱表面用钢筋包住环箍钻入柱子里，然后用混凝土浇筑；第三种是高级复合材料罩，这种罩子的科技水平较高，不仅大大提高桥墩柱的抗震能力，还可以保持桥墩柱的原有形状，通常用CFRP、FRP等对桥墩柱进行加固，可以加强桥墩柱抗侧向变形和延性，CFRP对已有裂缝的柱子加固效果特别好，FRP可以显著改善柔性桥墩的性能。
2.填充墙技术
填充墙可以提高多柱桥梁桥墩柱的横向能力，不仅费用比较小，还可以对桥墩柱横向位移进行限制。
3.支座的加固技术
尽量不使用刚滚轴式支座，使用铅芯橡胶垫支座或隔震支座可以保障支座的抗震性，支座比较不易损坏。
4.帽梁加固技术
添加垫板并且施加预应力可以有效加固帽梁，避免其弯曲、剪切等。
5.桥台加固技术
填塞横隔梁与背墙间的夹缝，加设支座延长装置可以有效加固桥台。
6.基础加固技术
均匀加宽基础或是增加基础覆盖层，还可以连接基础、承台、桩，或是固定基础锚等可以有效加固基础。由于基础较不容易损坏且加固的费用较高，一般采取的抗震加固措施比较少。
总结：
国际上对于桥梁抗震加固技术的应有已取得了相当的进展，近年来我国频发的地震灾情才使得公路桥梁建设者们对桥梁结构抗震加固技术的应用产生足够的重视，我国的公路桥梁抗震加固工作需要充分借鉴国外的先进经验和技术，并大力开展自身对相关技术的研究和应用，以确保我国的公路交通成为经济发展和抗震救灾安全、可靠的生命线。
