陳相宇

(南昌大學(xué),江西 南昌 330031)

橋梁作為道路重要組成部分,在交通及其發(fā)展中發(fā)揮不可替代的作用。近年來,隨著國家經(jīng)濟(jì)與科技進(jìn)步,我國橋梁工程建設(shè)發(fā)展迅速。部分在建或建成橋梁位于地震高發(fā)區(qū),面臨地震破壞威脅。諸如1976年唐山大地震、2008年汶川地震等震害中,橋梁損壞導(dǎo)致交通中斷直接影響救援工作的進(jìn)度,擴(kuò)大次生災(zāi)害的影響。橋梁工程建設(shè)成本高,其結(jié)構(gòu)一旦遭受破壞,震后修復(fù)困難[1]。為實(shí)現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi),橋梁抗震研究工作受到重視,通過深入研究橋梁抗震工作,旨在提出更合理的抗震措施以提升橋梁抗震性能,推動(dòng)其結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化,為橋梁建設(shè)提供技術(shù)保障。

1 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論

結(jié)合國內(nèi)外多次地震記錄分析整理后,橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論得以不斷發(fā)展。在結(jié)構(gòu)抗震分析早期階段采用靜力理論,其局限性是忽略了地震動(dòng)特性與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性,不能考慮慣性力。隨后同時(shí)考慮地面動(dòng)力特性與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的反應(yīng)譜理論被提出,由于強(qiáng)震下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大塑性變形,故使用反應(yīng)譜理論計(jì)算需引入強(qiáng)度折減系數(shù)R。盡管反應(yīng)譜理論形式為靜力計(jì)算,但普適性較前者更優(yōu),長時(shí)間內(nèi)反應(yīng)譜理論陸續(xù)應(yīng)用于各國抗震規(guī)范[2]。1971年,新西蘭學(xué)者提出結(jié)構(gòu)延性與能力保護(hù)設(shè)計(jì)相結(jié)合的能力設(shè)計(jì)原理,即基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法。

二十世紀(jì)末取得新發(fā)現(xiàn)：震害中人員傷亡較以往大幅減少但經(jīng)濟(jì)損失較大?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法在此背景下被提出并形成抗震設(shè)計(jì)新思路：對(duì)結(jié)構(gòu)采取合理設(shè)計(jì)和適宜抗震措施,達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的平衡優(yōu)化[3]。我國現(xiàn)行規(guī)范要求“小震不壞,中震可修,大震不倒”,屬于該設(shè)計(jì)理論新思路的價(jià)值體現(xiàn)。

2 橋梁防落梁裝置及減隔震裝置

橋梁上、下部結(jié)構(gòu)在地震中相對(duì)錯(cuò)動(dòng)較大易出現(xiàn)落梁現(xiàn)象,防落梁裝置限制上部結(jié)構(gòu)位移能有效防范。1964年,日本的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中首次引入防落梁構(gòu)造方法,由于防落梁裝置設(shè)計(jì)采用靜力方法故存在忽略結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性與裝置阻尼特性的不足。美國AASHTO規(guī)范規(guī)定從合適有效擱置長度的確定與限位裝置的設(shè)計(jì)來考慮橋梁防落梁裝置的設(shè)計(jì)[4]?；跈M縱向防落梁裝置、限位裝置功能構(gòu)造設(shè)計(jì)等要求外,我國《中國橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》主要通過規(guī)定限制梁擱置長度保證裝置安全可靠。

設(shè)置性能穩(wěn)定、效果優(yōu)良的減隔震裝置是橋梁抗震減災(zāi)的有效措施,能夠保證墩臺(tái)均勻受力、為上部結(jié)構(gòu)提供柔性支撐。隨著研究深入現(xiàn)已研發(fā)出多種減隔震裝置,部分被廣泛應(yīng)用于橋梁。在減隔震裝置中,阻尼器能夠增加結(jié)構(gòu)阻尼同時(shí)耗散能量,又稱耗能裝置；隔震消能裝置具有隔震和耗能功能,能夠耗散地震能量和延長結(jié)構(gòu)周期。

3 橋梁抗震加固技術(shù)

橋梁在地震作用后結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能會(huì)下降甚至低于規(guī)范要求,如果拆除、重建將帶來經(jīng)濟(jì)消耗與資源浪費(fèi)。美國在1971年經(jīng)歷圣費(fèi)爾南多地震后,提出并實(shí)施了橋梁抗震加固計(jì)劃以修復(fù)受損橋梁,該計(jì)劃第一階段為橋梁安裝防落梁裝置并于1989年基本完成。日本受此啟發(fā)先后進(jìn)行五次全國范圍的橋梁調(diào)查并對(duì)國內(nèi)多座橋梁設(shè)置防落梁裝置進(jìn)行抗震加固。之后美國1989年洛馬·普里塔地震和1994年北嶺大地震對(duì)橋梁墩柱造成嚴(yán)重?fù)p壞,美國加州實(shí)行了第二階段的獨(dú)柱式橋墩加固和第三階段的多柱式橋墩加固[5]。

合理運(yùn)用抗震加固技術(shù)能有效合理提高橋梁抗震能力。對(duì)于上部結(jié)構(gòu),通常采用增設(shè)擋塊或擴(kuò)大支撐面寬度；對(duì)于橋墩抗震加固則通過增大截面面積、外包鋼加固或采用體外預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)；對(duì)于基礎(chǔ)加固可利用增加基礎(chǔ)高度或設(shè)立撐桿防止地基土液化。我國現(xiàn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)有較高的可靠度與安全儲(chǔ)備,由于部分在役橋梁是按以往設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)甚至未考慮抗震設(shè)計(jì),加上長期使用的構(gòu)件老化,存在不同程度的安全隱患[6]。

4 結(jié)語和展望

橋梁是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施,其穩(wěn)定可靠同國民經(jīng)濟(jì)與生命安全息息相關(guān)?？拐鹪O(shè)計(jì)是橋梁防災(zāi)減災(zāi)中的重要一環(huán),結(jié)合國內(nèi)外橋梁抗震措施若干研究現(xiàn)狀與進(jìn)展,本文從四個(gè)方面進(jìn)行闡述觀點(diǎn)及認(rèn)識(shí)：

(1)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論日趨完善,采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法和安全經(jīng)濟(jì)平衡的新思想,與新材料、新工藝相匹配的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)繼續(xù)深化細(xì)化,明確橋梁抗震性能評(píng)估；

(2)防落梁裝置能有效防止落梁,現(xiàn)行規(guī)范要求仍較為粗糙,未來抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)防落梁裝置的構(gòu)造細(xì)節(jié)將深入完善,各結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用獨(dú)立量化指標(biāo)；減隔震支座現(xiàn)廣泛應(yīng)用于各國橋梁,研發(fā)出減隔震效果好、缺陷少、適用性強(qiáng)的新型支座是未來的關(guān)鍵技術(shù)問題。

(3)橋梁抗震加固技術(shù)滿足經(jīng)濟(jì)性與功能性要求,能夠提高老舊在役橋梁抗震性能,值得提倡推廣。