浅析预制装配式桥梁抗震设计及抗震措施

浅析预制装配式桥梁抗震设计及抗震措施

陈松林

重庆交通大学工程设计研究院有限公司广州分公司   广东省广州市  510699

摘要：中国是地震灾害发生率较高的国家，建筑设计中做好抗震设计十分重要。受地球板块运动的影响，我国地震灾害发生频率比较高，这就对预制装配式桥梁的抗震能力提出了考验。虽然我国的预制装配式桥梁工程技术越来越成熟，水平也越来越高，但是震后桥梁垮塌事故仍偶有发生。桥梁抗震水平的高低不仅会受到施工质量的影响，而且前期的抗震设计是否科学、合理也是影响其抗震水平的重要因素，因此有必要针对桥梁抗震中存在的问题进行深入研究，并给出抗震设计及抗震措施的建议，供设计者参考。

关键词：预制装配式；桥梁；抗震设计；抗震措施

引言

地质灾害对桥梁结构的影响巨大，甚至是毁灭性的影响，公路桥梁造成破坏的常见地质灾害有滑坡、泥石流、地震。本文主要针对地震对桥梁结构的影响进行研究。

我国一些地区位于地震活跃区，地震灾害频发，如1976年唐山地震、2008年汶川地震。这些地震灾害不仅对人们的生命安全造成了威胁，更多的是对建筑物的破坏。根据调查研究，1976年的唐山地震对公路和桥梁等工程都造成了严重破坏，有超过50%的公路桥梁不能正常使用。为了加固桥梁结构，提高桥梁的抗震功能，我国不断修改规范，使桥梁的抗震性能逐步提高。我国大多数规范和技术都在参照日本。因为日本国家处于地震带上，地震次数较多，有比较丰富的抗震设计经验，因此，在技术上相对成熟。本文对桥梁设计的关键节点展开探讨，讨论减隔震技术在工程中的应用。

1预制装配式桥梁地震中易发生的问题

1.1桥台与桥墩部位

在发生地震时，桥台和路基容易朝河中心滑移，致使桥台的桩柱发生倾斜，出现折断和开裂现象，即重力式桥台的胸墙发生开裂，台体出现移动、下沉以及转动等现象。除此之外，桥头的引道也会发生沉降，翼墙和施工缝容易发生损坏、开裂以及错位等情况。主梁由于桥台发生滑移和倾斜而受到超负荷的压力，进而被破坏，发生坍塌。

桥墩在发生地震时，容易出现沉降、倾斜以及移位等现象，墩身及其与基础的连接位置会出现开裂，甚至被剪断，受压位置边缘的混凝土会崩溃，致使钢筋裸露在外或发生弯曲。

1.2场地发生液化

桩基若处于砂土等会产生液化的不良抗震地质情况时，液化的地基会对桩基产生不利的影响，继而影响桩基与预制梁。液化的地基土相当于将原本稳定的土体变成了另外一种受力性质极差的土体，改变桩基原本的平衡受力状态，让桩基产生大变形大位移，危及上部结构安全。

1.3桥梁结构部位

桥体若遭到破坏，通常有以下3个原因：1.结构和连接位置设计不当；2.桥台台后的填土位移超出最大允许范围；3.倾斜角度过大。对桥梁结构进行抗震设防的目的是保证桥梁在遭遇超越概率约63%烈度的小震时，不被破坏，可正常使用；在遭遇超越概率约为10%烈度的中震时，还可整修；在遭遇超过2%—3%超强烈度的大震时，可保证桥梁屹立不倒。因此，在进行抗震设计时，要首先对桥梁的各种震害进行总结和分析，以便后续工程安全、顺利地展开。

2预制装配式桥梁抗震设计及抗震措施

2.1体外预应力

体外预应力加固技术主要对原桥的受力体系进行变换，结合被加固对象的差异，可从拉杆加固、撑杆加固两个方面划分技术类型。受弯构件主要应用拉杆加固技术，而撑杆加固则可以对在钢筋混凝土柱的承载力进行提高。拉杆加固也具有较多的类型，且各种类型的加固方法具备各自的适用范围，在加固作业时需结合公路桥梁实际情况，科学选择与应用。从加固机理角度来讲，体外预应力加固是将拉杆、撑杆等设置于梁体外，拉杆、撑杆锚固连接梁体本身，将会对受力进行承载，使原有的受力情况得到改变，结构所承受的压力得到减少。就现阶段而言，应用较多的为下撑式拉杆加固技术。通过加入拉杆，用上承式桁架桥变换原有的简支梁桥，桁架的上弦充当主梁，水平拉杆、斜拉杆分别充当下弦与副弦，垫块直接接触到梁体。在预加应力的共同作用下，恒载作用力将会被有效抵消。公路桥梁上经过车辆时，将会自动增加拉杆的张拉力，进而加强梁体承载力。

2.2减震、隔震支座的应用

公路桥梁结构的整体稳定性与减震设计密切相关，对工程建设的整体质量有直接影响。通过采用减震、隔震支座，可以将结构整体的阻尼增大，优化结构的柔性，削弱地震作用对桥梁结构的影响。减隔震支座一般布设于桥墩、桥台与梁部的连接处。通过支座的合理应用，可以实现梁体和桥台的良性连接，最大化地发挥减震作用，是提高公路桥梁结构整体稳定性的重要保障措施。当发生地震时，由于地震波的存在，会使桥梁整体发生上下振动和左右晃动，由于阻尼器和减隔震支座的存在，会削弱地震波能量，有效减轻地震波带来的不利影响。因此，在公路桥梁的设计过程中，应以现实情况为依托，根据设计规范和标准，明确结构的最大加速度和支座最大位移的数值，从而选择合适的减隔震支座。

同样，铅芯橡胶支座在公路桥梁中的应用也有利于提升整体结构的抗震性能。在地震作用下，铅芯橡皮支座自身的屈服剪力等力学性能会得到充分发挥，使得自身的初始剪刚度改善，可以使桥梁整体结构刚度增大，抗震性能最终得以增强。除此以外，利用摩擦力和惯性差产生的滑移运动原理的滑动摩擦型阻尼支座同样在桥梁减隔震技术中发挥着重要作用，在提升整体结构刚度的同时，通过减轻地震波带来的不利影响，实现对桥梁整体的保护作用。

2.3考虑场址的稳定性

地震发生时桥梁所处地区的地质条件对桥梁震害有重要影响，故桥梁建设选址时应充分考虑地质稳定性，确保地震发生时桥梁基础不会产生过大的位移，尤其要避免将桥梁修建在活跃断层的区域。同时，应进行详细的地质勘察，提前探明桥梁所处的地质情况，是否会出现地震导致的地基沉陷和砂土液化等问题。必要时，还需要专门进行地震安全性评价，用于指导设计。

桥梁所处的场地位置，一般由总体设计确定。因此，在前期设计时，设计者应提前熟悉桥梁所在场地，根据初勘资料判断是否为抗震不良场地，提前在总体线位上避免桥跨处于不良抗震区域。不能避免时，应提前对桥梁结构方案进行专题抗震设计，使桥梁结构方案具备相应的抗震性能。

2.4增大截面

本技术目前应用较为广泛，主要是将受力钢筋增加于原构件外围，且将混凝土重新浇筑于原构件的表面。通过增大构件的受压高度、受力钢筋面积，可促使桥梁结构的极限承载力得到提高。如果主梁的刚度、强度等与相应要求不相适应，可采取本加固技术，以便对梁的抗弯、抗压、抗剪等能力进行提高。同时，本技术也能够对出现损伤的混凝土截面进行修复，促使其耐久性得到增强。就现阶段来讲，加大主梁混凝土截面、增加受力钢筋主筋面积是本技术的主要类型。相较于其他技术，本加固方法具有良好的可靠性，不需要中断交通即可开展加固工作。通过在新增加的截面内布置预应力钢筋，可促使截面的抗弯承载力得到提高。但在技术应用过程中，增加截面时也会增加原结构的自重，进而影响到基础承载力。增大截面尺寸时，会对原有的建筑空间进行压缩等。

结语

我国是桥梁建设大国，尤其在公路桥梁方面，预制装配式桥梁使用范围甚广。因此，保证桥梁在全生命周期内，安全可靠地运营是极其重要的。有必要在桥梁设计过程中，通过对桥梁抗震体系、抗震措施的预先设计，减少在运营过程中出现的震害，减少人民的生命财产损失。相信在新材料、新科技、新理论的推动下，桥梁抗震设计会有更大的飞跃。

参考文献

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