橋梁抗震加固設(shè)計(jì)方案

橋梁抗震加固設(shè)計(jì)方案引言隨著我國(guó)現(xiàn)在化城市和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,交通線路的重要性越加突出，公路交通是國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈，同時(shí)，也是抗震救災(zāi)生命線工程之一。橋梁工程是公路工程的咽喉要道，在保障公路通暢中起著至關(guān)重要的作用。而一旦地震使交通線路癱瘓,將會(huì)給國(guó)家和人民帶來(lái)極大的損失和不便。大跨度橋梁是交通運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵樞紐，對(duì)其進(jìn)行有效的抗震設(shè)計(jì)，確保其抗震安全性意義深遠(yuǎn)。一、大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)發(fā)展大跨度橋梁的抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的工作反應(yīng)比較復(fù)雜，相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的大多數(shù)橋梁工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范只適用于中等跨徑的橋梁,超過(guò)使用范圍的大跨度橋梁則無(wú)規(guī)范可循。我國(guó)公路大跨度橋梁的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范仍在初步階段,存在許多需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。近年來(lái)，美國(guó)、日本等一些國(guó)家的地震工程專家提出了分級(jí)設(shè)防的抗震設(shè)計(jì)思想一般可概括為:小震不壞、中震可修、大震不倒。我國(guó)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定地震烈度7度以上地區(qū)的新建橋梁都必須抗震設(shè)防。其中，最主要的建議是要采用兩水平的抗震設(shè)計(jì)方法，即要求結(jié)構(gòu)在兩個(gè)概率水平的地震作用下分別達(dá)到兩個(gè)不同的性能標(biāo)準(zhǔn)。www,cnbridg&.CH二、抗震設(shè)計(jì)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的分類設(shè)防抗震設(shè)計(jì)思想已廣為接受，而能力設(shè)計(jì)思想也越來(lái)越廣泛地被國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者所接受。能力設(shè)計(jì)思想要求在一座橋梁內(nèi)部建立合理的強(qiáng)度級(jí)配，以保證地震破壞只發(fā)生在預(yù)定的部位，而且是可控制的。具體來(lái)說(shuō)要選擇理想的塑性鉸位置并進(jìn)行仔細(xì)的配筋設(shè)計(jì)以保證其延性抗震能力;而不利的塑性鉸位置或破壞機(jī)制（脆性破壞）則要通過(guò)提供足夠的強(qiáng)度加以避免。大跨度橋梁的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)分兩階段進(jìn)行1）在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì),選擇一個(gè)較理想的抗震結(jié)構(gòu)體系;2）在初步或技術(shù)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)，并根據(jù)能力設(shè)計(jì)思想進(jìn)行抗震能力驗(yàn)聳必要時(shí)進(jìn)行減、隔震設(shè)計(jì)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。1、抗震概念設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，“概念設(shè)計(jì)”比“計(jì)算設(shè)計(jì)”更為重要。正是由于地震發(fā)生的不確定性和復(fù)雜性,再加上結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的假定與實(shí)際情況的差異，使“計(jì)算設(shè)計(jì)”很難控制結(jié)構(gòu)的抗震性能因而不能完全依賴計(jì)算。結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素是良好的“概念設(shè)計(jì)'。因此，在橋梁的方案設(shè)計(jì)階段不能僅僅根據(jù)功能要求和靜力分析就決定方案的取舍，還應(yīng)考慮橋梁的抗震性能，盡可能選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系。在抗震概念設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和抗震安全性要特別重視上、下部結(jié)構(gòu)連接部位的設(shè)計(jì)，橋墩形式的選取，過(guò)渡孔處

由國(guó)疇梁網(wǎng)wwscnbridg^-cn連接部位的設(shè)計(jì)以及塑性鉸預(yù)期部位的選擇。通常允許橋梁結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，在預(yù)期的部位形成塑性鉸以耗散能量，但不允許出現(xiàn)脆性破壞，如剪切破壞。為了保證所選擇的結(jié)構(gòu)體系在橋址處的場(chǎng)地條件下確實(shí)是良好的抗震體系必須進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析（動(dòng)力特性分析和地震反應(yīng)評(píng)估），然后結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位，并進(jìn)一步分析是否能通過(guò)配筋或構(gòu)造設(shè)計(jì)保證這些部位的抗震安全性。最后，根據(jù)分析結(jié)果綜合評(píng)判結(jié)構(gòu)體系抗震性能的優(yōu)劣決定是否要修改設(shè)計(jì)方案。2、 延性抗震設(shè)計(jì)橋梁的延性抗震設(shè)計(jì)應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行:1）對(duì)于預(yù)期會(huì)出現(xiàn)塑性鉸的部位進(jìn)行仔細(xì)的配筋設(shè)計(jì);2）對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力分析驗(yàn)算，確保其抗震安全性。這兩個(gè)階段可以反復(fù)直到通過(guò)抗震能力驗(yàn)算，或進(jìn)行減、隔震設(shè)計(jì)以提高抗震能力。3、 橋梁減、隔震設(shè)計(jì)減、隔震技術(shù)是簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的工程抗震手段。減、隔震裝置是通過(guò)增大結(jié)構(gòu)主要振型的周期使其落在地震能量較少的范圍內(nèi)或增大結(jié)構(gòu)的能量耗散能力來(lái)達(dá)到減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和場(chǎng)地地震波的頻率特性通過(guò)選用合適的減隔震裝置、相應(yīng)參數(shù)以及設(shè)置方案合理分配結(jié)構(gòu)的受力和變形。一方面，應(yīng)將重點(diǎn)放在提高吸收能量能力從而增大阻尼和分散地震力

上，不可過(guò)分追求加長(zhǎng)周期。另一方面應(yīng)選用作用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的減、隔震體系，并在其力學(xué)性能明確的范圍內(nèi)使用。減、隔震設(shè)計(jì)的效果需要進(jìn)行非線性地震反應(yīng)分析來(lái)驗(yàn)證。大量研究表明，最適宜進(jìn)行減、隔震設(shè)計(jì)的情況主要有1） 橋梁墩柱較剛性，即自振周期較??；2） 橋梁很不規(guī)則，如墩柱的高度變化較大有可能導(dǎo)致受力不均勻;3） 預(yù)測(cè)的場(chǎng)地地震運(yùn)動(dòng)的能量主要集中在高頻分量，而低頻分量的能量較少（淺震、近震、巖石地基。因此,要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和場(chǎng)地震動(dòng)特點(diǎn)決定是否要進(jìn)行減、隔震設(shè)計(jì)以及采取什么減、隔震裝置。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出在橋梁結(jié)構(gòu)中設(shè)置粘滯阻尼器來(lái)改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，已在多座橋梁中得以應(yīng)用。有研究表明:將隔震支座與粘滯阻尼器組合使用既能減小結(jié)構(gòu)地震力，又能有效地控制梁體位移及墩、梁相對(duì)位移。三、抗震加固技術(shù)在決定一座橋梁是否如何加固以前，應(yīng)先評(píng)估其抗震能力。主要是先決定墩柱的破壞形式及墩柱的最大延性能力，其次計(jì)算整體屈服的地震加速度及整體的最大延性能力，最后算出橋梁的抗震能力Ac值。1、橋梁震害介紹從我國(guó)歷次破壞地震中，調(diào)查得到的公路橋梁震害產(chǎn)生的主要原因有以下幾類:

www,cnbridg^.cn支承連接件失效 由于上下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了支承連接件不能承受的相對(duì)位移，使支承連接件失效，上部與下部結(jié)構(gòu)脫開,導(dǎo)致梁體墜毀。由于落梁的強(qiáng)烈沖擊力，下部結(jié)構(gòu)將遭受嚴(yán)重破壞。支承連接件失效的原因，主要是設(shè)計(jì)低估了相鄰跨之間的相對(duì)位移。為了解決這個(gè)問(wèn)題,目前國(guó)內(nèi)外的通常做法是增加支承面寬度和在簡(jiǎn)支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。下部結(jié)構(gòu)失效 主要是指橋墩和橋臺(tái)失效。橋墩和橋臺(tái)如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來(lái)的上部結(jié)構(gòu)的地震力，就會(huì)開裂甚至折斷，其支承的上部結(jié)構(gòu)也將遭受嚴(yán)重的破壞。鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴(yán)重?fù)p壞，是近期橋梁震害的一個(gè)特點(diǎn)。其原因主要是橫向約束箍筋數(shù)量不足和間距過(guò)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(guò)能力設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)，使橋梁的屈服只發(fā)生在預(yù)期的塑性鉸部位其余結(jié)構(gòu)保持彈性。軟弱地基失效 如果下部結(jié)構(gòu)周圍的地基易受地震震動(dòng)而變?nèi)?，下部結(jié)構(gòu)就可能發(fā)生沉降和水平移動(dòng)。如砂土的液化和斷層等，在地震中都可能引起墩臺(tái)的毀壞。地基失效引起的橋梁結(jié)構(gòu)破壞有時(shí)是人力所不能避免的,因此在橋梁選址時(shí)就應(yīng)該重視并設(shè)法加以避免。如果無(wú)法避免時(shí)則應(yīng)考慮對(duì)地基進(jìn)行處理或采用深基礎(chǔ)。2、研究現(xiàn)狀針對(duì)橋梁在地震中的震害類型目前，國(guó)內(nèi)外橋梁抗震加固主要采

取以下技術(shù)措施：在伸縮縫、鉸和梁端等上部接縫處采用拉桿、擋塊或者增加支承面寬度等措施，以防止落梁震害的發(fā)生增加鋼筋混凝土橋墩的橫向約束，提高其抗彎延性和抗剪強(qiáng)度,防止橋墩彎曲和剪切震害；采用減隔震技術(shù)及專門的耗能裝置，提高橋梁的抗震性能。例如采用鉛芯橡膠耗能支座等。對(duì)隔震而言，利用周期、阻尼與位移等相依變量進(jìn)行參數(shù)分析,配合加固目標(biāo)的訂定，最后提出結(jié)合位移設(shè)計(jì)法的隔震裝置加固設(shè)計(jì)程序。隔震裝置的分析采用鉛芯橡膠支座(LRB)以及摩擦單擺支座(FPS)兩種。對(duì)減震而言，亦可結(jié)合位移設(shè)計(jì)法進(jìn)行減震加固設(shè)計(jì)?？墒褂锰娲Y(jié)構(gòu)法，將結(jié)構(gòu)以等效勁度及等效阻尼比以線性迭代的方式來(lái)進(jìn)行粘滯性阻尼器的加固設(shè)計(jì)。3、發(fā)展趨勢(shì)從橋梁震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，遭受嚴(yán)重破壞和倒塌的橋梁結(jié)構(gòu)絕大部分是源于落梁和抗彎延性不足。因此，國(guó)外主要的多震國(guó)家，開始強(qiáng)調(diào)橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力,其它一些國(guó)家則在原有規(guī)范的基礎(chǔ)上也相應(yīng)地對(duì)保證橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力，并通過(guò)設(shè)計(jì)和構(gòu)造保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體延性能力。為了保證結(jié)構(gòu)的整體延性能力，目前通常的做法是增加防落梁構(gòu)造措施和在預(yù)期出現(xiàn)塑性鉸的關(guān)鍵部位增加橫向約束，以提高橋墩的抗彎延性和抗剪強(qiáng)度。從加固的對(duì)象上來(lái)看美國(guó)、日本等橋梁抗震加固水平最高的國(guó)家，已經(jīng)把加固的重點(diǎn)從以前單一的防落梁構(gòu)造措施，轉(zhuǎn)移到重視橋墩整體延性上來(lái)以保證加固后的橋梁與新建橋梁的抗震能力相當(dāng)。國(guó)內(nèi)外地震工程研究人員總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的震害資料，開始檢討過(guò)去單純“強(qiáng)度抗震”設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想,研究考慮基于性能的抗震設(shè)計(jì)原則?；谛阅艿脑O(shè)計(jì)被廣泛的認(rèn)為是未來(lái)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的基本思想?？拐鹪O(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，可以是單一指標(biāo),也可以是多指標(biāo)或組合指標(biāo)。在研究手段方血整個(gè)抗震工程學(xué)都出現(xiàn)了越來(lái)越重視和依靠地震模擬試驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該注意到現(xiàn)在的試驗(yàn)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單試驗(yàn)，而是和現(xiàn)代科技