李 影

（江蘇緯信工程咨詢有限公司，江蘇 南京 210014）

作為地震多發(fā)的國(guó)家之一，我國(guó)許多地區(qū)時(shí)常出現(xiàn)地震災(zāi)害，給當(dāng)?shù)亟ㄖ?、?gòu)筑物等基礎(chǔ)設(shè)施以及人身安全造成了很大的影響。特別是橋梁作為確保交通正常運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)，常常在地震災(zāi)害下受到嚴(yán)重破壞，所以必須要采取有效的抗震設(shè)計(jì)策略，以及必要的加固技術(shù)。在這樣背景下，對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)的策略以及常用的加固技術(shù)進(jìn)行探討具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 橋梁抗震設(shè)計(jì)的必要性

我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，地震會(huì)給當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施、人民生命安全等帶來(lái)嚴(yán)重危害。其中橋梁是地震災(zāi)害下開(kāi)展搶險(xiǎn)救災(zāi)，重建家園的重要保障，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。但是在地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)卻非常容易因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理等原因而遭到破壞，如落梁破壞、墩柱破壞、蓋梁破壞、橋臺(tái)沉陷、節(jié)點(diǎn)破壞等等，并且這幾種橋梁結(jié)構(gòu)破壞彼此之間是相互影響的。比如，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如果采取了“頭重腳輕”這一結(jié)構(gòu)形式，那么容易在地震作用下因?yàn)閺澢蚣羟袕?qiáng)度不足等造成墩柱破壞，進(jìn)而可能會(huì)誘發(fā)落梁乃至整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)倒塌。此外，不同抗震措施與地質(zhì)條件下所造成的橋梁結(jié)構(gòu)破壞類型及程度等也不相同。在強(qiáng)烈地震作用之下，橋梁結(jié)構(gòu)整體會(huì)受到地震作用的影響，所以為了最大程度減少地震作用對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響，對(duì)大跨度橋梁或不規(guī)則橋梁等進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，力求最大程度提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能，保證橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)在地震作用下受到嚴(yán)重破壞。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的有效策略

2.1 優(yōu)化橋梁抗震總體設(shè)計(jì)

在橋梁抗震設(shè)計(jì)期間，先是對(duì)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。首先，合理選擇橋梁建設(shè)地址。一般需要保證橋梁建設(shè)場(chǎng)地的土質(zhì)具有良好的承載性與堅(jiān)硬性，避免現(xiàn)場(chǎng)存在軟土地基，保證橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下不會(huì)造成地基失效問(wèn)題，如粘土地基、人工填土或者存在松散的粉細(xì)砂等地區(qū)都不適宜為橋梁工程建設(shè)的區(qū)域。而比較理想的區(qū)域主要以硬粘土地基、基巖以及碎石類的地基等堅(jiān)實(shí)度比較好的地基為主。其次，在確定橋型時(shí)需要綜合考慮橋梁工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的地形和地質(zhì)條件、橋梁工程規(guī)模以及地震災(zāi)害防治經(jīng)驗(yàn)等，優(yōu)先選擇便于進(jìn)行維修、加固且合理經(jīng)濟(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)形式。比如，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)本身具有質(zhì)輕、跨度大以及減震效果好等應(yīng)用特征，成為橋梁抗震設(shè)計(jì)中比較重要的一種橋型結(jié)構(gòu)型式。最后，針對(duì)橋孔的設(shè)置，要采取等跨設(shè)置方式來(lái)改善其抗震性能，同時(shí)要避免大跨和高墩二者結(jié)合；并且選擇質(zhì)量與剛度分布均勻，自重較輕且比較簡(jiǎn)單的體型，相應(yīng)的重心也要盡可能降低，這樣不僅可以改善其抗震性能，也有利于更便捷地開(kāi)展施工。如果橋梁位于地震作用下容易誘發(fā)泥石流的溝谷區(qū)域中，橋下凈高與孔跨都需要結(jié)合流域之內(nèi)的地質(zhì)和地形條件等來(lái)進(jìn)行綜合考慮，必要的時(shí)候可以適當(dāng)?shù)刈黾哟筇幚怼?/p>

2.2 增強(qiáng)橋梁體系的規(guī)則性

橋梁結(jié)構(gòu)體系的規(guī)則性會(huì)對(duì)整體橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來(lái)極大影響，進(jìn)而會(huì)影響地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性，所以在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證其規(guī)則性，尤其是上部橋梁結(jié)構(gòu)要保持良好的連續(xù)性。如果橋梁結(jié)構(gòu)體系的規(guī)則性比較好，那么可以避免地震作用下橋梁的結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)掉落問(wèn)題，最大化提升橋梁結(jié)構(gòu)空間布置的合理性。這就需要在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)期間在立面或平面上的設(shè)計(jì)中都要保持結(jié)構(gòu)在幾何尺寸、剛度與質(zhì)量分布上做到規(guī)整的同時(shí)，還應(yīng)保持良好的對(duì)稱性與均勻性，避免發(fā)生結(jié)構(gòu)突變問(wèn)題，否則都會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系規(guī)則性帶來(lái)不利影響。比如，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了對(duì)橋墩、橋跨度等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)外，還要保證整體橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)置的對(duì)稱性，如圖1所示的橋梁以中間跨為對(duì)稱軸，可以保證左右兩部分結(jié)構(gòu)保持良好對(duì)稱性，這樣可以更好地提升橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖1 某三跨橋橋梁結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 提升橋梁結(jié)構(gòu)使用性能

地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)受到復(fù)雜的地震作用力，這樣容易破壞橋梁結(jié)構(gòu)，影響其使用性能。所謂的橋梁結(jié)構(gòu)使用性能，主要是指橋梁結(jié)構(gòu)或者橋梁構(gòu)件的延性與強(qiáng)度等，它們直接決定著整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與可靠性，要高度重視提升橋梁結(jié)構(gòu)的延性、強(qiáng)度等使用性能。在地震發(fā)生后，地震波會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)振動(dòng)破壞，嚴(yán)格控制從地基傳入橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，該值越小越能夠保證橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。與此同時(shí)，要提升橋梁結(jié)構(gòu)的延性、剛度與強(qiáng)度等，避免它們?cè)谶^(guò)大地震力作用下受到嚴(yán)重破壞。在不對(duì)剛度及重量進(jìn)行改變的情況下，通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的總體延性與強(qiáng)度進(jìn)行提升也是非常有效的抗震設(shè)計(jì)舉措。通過(guò)改善橋梁結(jié)構(gòu)的剛度，可以對(duì)地震作用下的橋梁結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行有效控制；而橋梁結(jié)構(gòu)延性與強(qiáng)度也會(huì)直接影響橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能，尤其是地震作用下的作用力是具有周期性的，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮周期反復(fù)作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或剛度退化效應(yīng)。比如，針對(duì)橋梁?jiǎn)味战Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為了提升橋墩結(jié)構(gòu)的延性，避免其在過(guò)大地震作用下出現(xiàn)延性破壞，可以按照如圖2所示的單墩模型結(jié)構(gòu)來(lái)科學(xué)設(shè)置一些彈性支座，保證可以更好地改善相應(yīng)結(jié)構(gòu)部位的彈性變形性能，避免其出現(xiàn)延性破壞。又或者通過(guò)擴(kuò)大橋梁結(jié)構(gòu)的截面及配筋率來(lái)改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，使其可以在地震作用下更好地保持穩(wěn)固，避免其在地震作用下出現(xiàn)失穩(wěn)破壞而造成橋梁結(jié)構(gòu)破壞。

圖2 基于彈性支座的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4 采取多道抗震設(shè)防設(shè)計(jì)

單一的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法有效保障地震作用下整體橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如果可以采取多道設(shè)防的方式則可以借助層層抵御地震作用的方式來(lái)更好確保橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，力求借助前幾層防護(hù)體系的屈服作用來(lái)充分耗散或吸收地震作用下的沖擊能量，那么最后一道抗震防線就能更好地提升結(jié)構(gòu)抗震性。如此一來(lái)，借助層層抗震防線設(shè)計(jì)可以更好地確保橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性與安全性。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)中常用的加固技術(shù)

3.1 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固技術(shù)

在加固橋面期間借助補(bǔ)強(qiáng)層設(shè)置可以改善橋面的承載性，應(yīng)用中需要首先清理掉原有橋梁橋面的鋪裝并進(jìn)行鑿毛處理，之后再在上面鋪設(shè)一層厚度適宜的補(bǔ)強(qiáng)層。該種加固技術(shù)除了可以提升橋梁主梁結(jié)構(gòu)的有效高度，也能夠改善其橫向荷載分布性能，尤其是顯著改善單根梁柱結(jié)構(gòu)乃至整體橋梁結(jié)構(gòu)承載性能。但是這種加固技術(shù)需要采取人工作業(yè)方式，整體的工作量比較大，且耗時(shí)比較久，加之人工控制難度比較大，所以非常容易損壞原有的橋梁結(jié)構(gòu)。

3.2 擴(kuò)大結(jié)構(gòu)截面加固技術(shù)

針對(duì)橋梁中的混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)適當(dāng)擴(kuò)大結(jié)構(gòu)的橫截面積，可以顯著增強(qiáng)其強(qiáng)度，確保整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。比如，可以對(duì)橋梁面板進(jìn)行加厚，或者可以對(duì)橋梁主梁的梁肋寬度進(jìn)行增加來(lái)改善其承載性，保證其在地震作用下依舊保持很好的穩(wěn)固性。該種加固技術(shù)應(yīng)用中需要保證下部橋梁結(jié)構(gòu)本身的承載性比較高，否則可能會(huì)因?yàn)樯喜亢奢d過(guò)大而危及橋梁結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性。

3.3 外粘加固材料加固技術(shù)

為了改善橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與承載性，避免其在過(guò)大地震力作用下出現(xiàn)破壞，外粘加固材料也是比較多用的一種加固技術(shù)。而常用的加固材料主要包括鋼板、FRP材料等等，這種加固技術(shù)本身的施工操作便捷，工作量比較小，且不會(huì)對(duì)原有橋梁結(jié)構(gòu)造成破壞。其中鋼板加固中需要借助粘結(jié)劑在加固的構(gòu)件部位處粘貼鋼板如圖3所示，使其可以和橋梁結(jié)構(gòu)同時(shí)受力，以此改善整體橋梁結(jié)構(gòu)的剛度與承載性。而FRP材料本身是采用彈性與強(qiáng)度等性能優(yōu)異的復(fù)合型纖維材料，粘貼到橋梁當(dāng)中用混凝土進(jìn)行填充的結(jié)構(gòu)及構(gòu)建，使它們構(gòu)成一體之后來(lái)共同承受外部荷載。

圖3 橋梁結(jié)構(gòu)外粘鋼板

3.4 預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

小體積的橋梁結(jié)構(gòu)涉及到比較少的用量，并且各項(xiàng)指標(biāo)在地震作用下可能無(wú)法滿足抗震規(guī)定及要求，通過(guò)附設(shè)一些鋼質(zhì)桿來(lái)提前對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)預(yù)緊力，從而加固橋梁結(jié)構(gòu)。通過(guò)有效應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，可以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗裂性、剛度乃至承載性等進(jìn)行顯著改善。而其中所用到的鋼質(zhì)桿根據(jù)使用方式的不同可以分為拉桿和撐桿兩種類型。針對(duì)那些在承受荷載作用下出現(xiàn)變彎的橋梁結(jié)構(gòu)，可以借助設(shè)計(jì)拉桿的方式對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)本身施加一定的拉力來(lái)抵消掉一部分橋梁結(jié)構(gòu)本身的自重作用力，以此可以降低通車過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)所承受的荷載，改善橋梁結(jié)構(gòu)本身的抗裂性能，延長(zhǎng)它們的使用年限。而撐桿主要設(shè)置于橋梁下端部位處，主要是對(duì)橋梁的軸心墩柱進(jìn)行支撐，有效改善整體結(jié)構(gòu)的承載性。

3.5 裂縫修補(bǔ)加固技術(shù)

在現(xiàn)階段許多服役的橋梁中，由于年久失修或者其他原因，都或多或少出現(xiàn)了一些病害，裂縫就是最為常見(jiàn)的一種病害，會(huì)對(duì)整體橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響，甚至可能會(huì)因?yàn)殇摻罨炷羶?nèi)部鋼筋銹蝕而逐漸出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞問(wèn)題，最終可能會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌破壞。而在橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，可以采取孔道灌漿施工技術(shù)來(lái)開(kāi)展及時(shí)修補(bǔ)，保證防范裂縫的出現(xiàn)，從整體上確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，抗震設(shè)計(jì)是橋梁結(jié)構(gòu)中不可或缺的設(shè)計(jì)要素，關(guān)系橋梁結(jié)構(gòu)整體安全性與穩(wěn)固性。在橋梁抗震設(shè)計(jì)期間，要注意優(yōu)化橋梁抗震總體設(shè)計(jì)，增強(qiáng)橋梁體系的規(guī)則性，提升橋梁結(jié)構(gòu)使用性能以及采取多道抗震設(shè)防設(shè)計(jì)提升整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。與此同時(shí)，要結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)況，靈活選用裂縫修補(bǔ)加固技術(shù)、預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)等一些加固技術(shù)來(lái)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，保證從整體上提升橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。