桥梁抗震加固技术现状及发展趋势
2015-07-06
作为国民经济大动脉的公路交通，是抗震救灾生命线工程之一。特别是汶川地震的发生，使得桥梁科技工作者对桥梁结构在地震作用下的稳定性及通行能力提出了较高的要求。我国公路行业目前正在执行的《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）采用单一的设防标准，没有采取足够的构造措施来保证桥梁结构的整体延性，也没有采用能力设计的思想来防止桥墩等构件的剪切破坏。
一、桥梁震害介绍
从历次破坏地震中，调查得到的公路桥梁震害产生的主要原因有以下几类：
（一）支承连接件失效
根据笔者的施工经验，施工单位只重视桥梁施工的质量主控环节，养护单位则重视桥梁整体线型打车舒适度等使用性能，往往忽视桥梁支承连接件的性能质量。当桥梁上、下部结构产生支承连接件不能承受的相对位移时，支承连接件便可能失效，往往导致梁体坠毁。为解决这个问题，应对桥梁支座、伸缩缝等连接构件进行维护。目前国内外的通常做法是增加支承面宽度、在简支的相邻粱间安装限位装置；在伸缩缝等上部接缝处采用挡块、连梁装置等措施；采用减隔震支座及耗能装置耗散作用于结构的地震能量、提高桥梁的抗震性能。在桥梁使用期间应对支座定期检查与维护，对于伸缩缝应随时清除缝内杂物。
（二）软弱地基失效
基础自身的震害现象极少发现，然而如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱，下部结构就可能发生沉降和水平移动。有时因不良的地质条件也会出现沉降、滑移等；桩基础的承台由于体积、强度和刚度都很大，因此也极少发生破坏，但桩基（尤其是深桩基础）的破坏现象则时有发生。主要表现为桩基础的倾斜、下沉、滑移、裂缝、倾覆等等。对于此类破坏，应该在桥梁选址时就应该重视，并设法加以避免。如果无法避免时，则应考虑尽量加深地基深度降低液化的可能性或在可能发生液化和冲刷的地基中采用加桩的措施。
（三）下部结构失效
主要是指桥墩和桥台失效。桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由支座传递来的上部结构的地震力，就会开裂甚至折断，其支承的上部结构也将遭受严重的破坏。钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏，是近期桥梁震害的一个特点。主要表现为桥台或桥墩与路基一起滑动并移向河心，以致桥头、重力式桥台的胸腔及桩柱式桥台的桩柱不同程度沉降、开裂倾斜和折断等。另外，桥头的沉降会导致翼墙损坏并开裂，而重力式桥台胸腔开裂会引起整个台体被移动并下沉。其原因主要是横向约束箍筋数量不足和间距过大，因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。目前的解决办法是通过能力设计和延性设计，使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位，其余结构保持弹性。
二、桥梁抗震加固技术的现状
我国现行《公路工程抗震设计规范》水准远落后于国外同类规范。若不进行改进，其后果必然是使我国不少的桥梁工程留下地震隐患。我国在唐山地震后，相关部门对《铁路工程抗震规范》和《公路工程抗震规范》进行专题研究，先后在1989年与1990年正式颁布了新的修改版，城市桥梁抗震设计参照此两本规范执行。建设部、交通运输部和铁道部分别开展了相关抗震技术规范的编修工作。而规范编修工作也只是将相对成熟的应用技术进行归纳总结和标准化，一般难以对基础性关键问题进行深入研究。
三、桥梁抗震加固技术的发展趋势
从桥梁震害调查中发现，遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构，绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。因此，国外主要的多震国家，开始强调桥梁结构整体的延性能力，其他一些国家则在原有规范的基础上，也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力，并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力，这已成为世界主要的多震国家地震工程界的共识。
对钢筋混凝土桥梁，为了保证结构的整体延性能力，目前通常的做法是增加防落梁构造措施和在预期出现塑性铰的关键部位（钢筋混凝土桥墩的墩底和墩顶局部范围内）增加横向约束，以提高桥墩的抗弯延性和抗剪强度。从加固的对象上来看，美国、日本等桥梁抗震加固水平最高的国家，已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施，转移到重视桥墩整体延性上来，以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。
国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料，开始检讨过去单纯“强度抗震”设计的指导思想，研究考虑基于性能的抗震设计原则。基于性能的设计被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标，可以是单一指标，也可以是多指标或组合指标。
在研究手段方面，整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验，而是和现代科技融为一体的高科技试验。如数值计算已经成为子结构拟动力试验技术不可分割的一部分。
大量的震害表明，合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大减轻甚至避免震害的产生。而目前桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的基础，建议针对我国公路桥梁的特点，得出适合于我国公路桥梁的抗震加固技术，并推广应用，为提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证。
