基于大跨度桥梁抗震设计及加固技术的研究

郭理学

【摘要】桥梁工程是关系到国民经济增长的重要工程，随着我国交通事业发展速度的不断加快，对桥梁建设也提出了更高的要求，在桥梁工程中抗震设计是工程建设的重要组成部分，其设计的科学性对桥梁质量的提升具有至关重要的作用。甚至关系到人们的生命安全。因此，相关部门必须要高度重视大跨度桥梁抗震设计，防止出现落梁等现象，影响建筑物的使用寿命。本文主要对桥梁抗震设计的概况、大跨度桥梁抗震设计及加固技术的应用进行了分析与探究。

【关键词】大跨度；桥梁工程；抗震设计；加固技术；病害；概况

一、桥梁抗震设计的概况

作为危害人类的重大自然灾害之一，近年来地震频繁发生给桥梁工程带来了极大的损害，桥梁损毁将导致灾区救援工作难度的加大，加重次生灾害，造成更大的经济损失和更多的人员伤亡。从地震发生状况来看，可以将桥梁震害分为以下几种类型：第一，由于砂土液化、地基下沉、岸坡滑移及开裂导致基础的损坏；第二，由于桥梁结构设计不合理导致梁体损坏；第三，桥梁自身抗震能力较低导致桥梁损坏；第四，桥梁的各支承点的地面运动不相同，导致桥梁受损。基于此，针对桥梁抗震设计方面进行了更深入的研究。

大跨度桥梁作为桥梁工程的一种重要形式，其抗震能力的高低将直接影响到桥梁的破坏程度。现阶段大部分桥梁工程抗震设计规范都只适应于中等跨度的一般桥梁，针对大跨度桥梁抗震设计的规范还不完善。相比中等跨度桥梁，大跨度桥梁地震反应相对较为复杂，随之抗震设计的难度也不断增加。如高阶振型的影响较大，同时还要对多点激振、行波效应等进行充分考虑。《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须抗震设防，江西南部地区的新建桥梁均按地震烈度6度设防。

在桥梁抗震设计中普遍应用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的分类设防思想。要求桥梁与强度级配向符合，确保只在预定位置出现地震破坏情况，并呈现出可控状态。也就是说，必须确保采用的塑性铰位置具有合理性，同时做好配筋作业，进而提高桥梁的延性抗震能力。特殊情况下，可以通过较高的强度来克服不利的塑性铰位置及脆性破坏。较高的强度可以保证在地震作用下公路桥梁免遭损坏，并在其弹性地震反应中所出现的内力进行有效抵抗。如地震发生率较低的位置，必须具有较高的强度对其激起的弹性地震力进行抵抗。在具体抗震设计中，强度一般都会选用弹性地震力25%到50%之间的一部分，同时依靠结构中的非弹性变形能力，增强公路桥梁的抗震能力。

二、大跨度桥梁抗震设计

在抗震设计中大跨度桥梁一般分两个阶段，首先，在方案设计阶段进行抗震理念的设计，确保抗震结构体系的合理性、科学性；其次，延性抗震设计在初步或技术设计阶段进行，并按照相关设计原理验算抗震能力，为提高抗震能力特殊情况下必须进行减、隔震设计。

1、抗震概念设计

“概念设计”与“计算设计”相比，对结构抗震设计的作用更大。由于地震具有不确定性及复杂性，在计算结构模型假定时与具体状况存在极大的差距，将增加“计算设计”对结构抗震性能控制的难度，基于此，大跨度桥梁抗震设计中不能仅仅依靠“计算设计”。良好的“概念设计”对桥梁结构抗震性能的强弱起到关键性的作用。

为确保桥梁结构的经济性及抗震安全性，在“抗震概念设计“中必须对桥梁上、下部结构的关联部位设计加以重视，如桥墩形式设计、过渡孔设计及选择正确的塑性铰预期部位等。首先对桥梁抗震性能进行动力特性分析及地震反应评估，才能确定选用的结构体系在桥梁所在地具有较好的抗震能力。并与结构设计相结合，对结构抗震薄弱位置进行分析，为达到桥梁抗震的安全范围，可以选用配筋或更改结构设计的方式。随后，依据对结果的综合分析，对桥梁结构抗震性能的强弱进行判断。

2、延性抗震设计

為将地震破坏能力降到最低值，避免桥梁遭到极大损坏。在地震作用下，如桥梁出现变形等情况，此时应确保其能对大部分初始强度进行维持。在非弹性反应范围内，结构、构件及材料可以对其变形情况进行抵抗，这种情况下都会选用延性进行表述。作为地震地段桥梁结构必备的重要特征，延性有助于在地震中桥梁结构免于破坏，主要原因就是地震对桥梁结构的作用是以运动方式出现，而不是力的方式。在设计大跨度桥梁延性抗震时，应在预期会产生塑性铰的位置进行有效的配筋设计，同时对整个桥梁结构进行分析、验算抗震能力设计，以此增强桥梁的抗震能力及安全度。

3、桥梁减、隔震设计

作为重要的工程抗震方式，减、隔震技术具有便于施工、经济效益高等特点。利用结构主要振型周期增大可以确保其落在地震能量较少的范围，或将结构能量耗散能力增大，进而实现结构地震反应降低的目的，这就是减、隔震装置。在设计抗震过程中，必须严格遵循结构特点及场地地震波的频率特点，可以利用减、隔震装置的合理选择及相关数据及方案的合理设置等，进行结构受力及变形的合理分配。在设计中应将重点主要放在吸收能量能力提升方面，进而将阻尼增大并分散在地震力上面，不能对周期增长过分追求。可以进行减、隔震体系简单机构的选用，并应用在地震力学性能的限定范围内。通过非线性地震反应对减、隔震设计的作用进行检验。经相关数据显示，大跨度桥梁抗震设计，最适合进行减、隔震设计的桥梁具有以下几个特点，桥梁墩柱刚性大，具有较小的自振周期；桥梁规则性较差，如墩柱高度具有较大的变化，这种情况的出现将出现受力不均衡的状况；高频分量是预测场地地震运动能力主要集中的部分，在预测场地地震运动能力中只有较少的低频分量的能量。基于此，减、隔震设计必须严格遵循结构特点及场地振动等特性进行。近几年在桥梁结构设计中国内外学者提出将粘滞阻尼器设置在其结构中，以此对结构抗震性能进行有效改善，这种设计方式在许多桥梁结构中都得到了大量使用。相关研究显示，组合使用隔震支座和粘滞阻尼器，可以将结构地震力进行有效降低，并能对梁体位移、墩、梁相对位移进行有效控制。

三、大跨度桥梁抗震加固技术的应用

随着社会主义市场经济发展速度的不断加快，我国桥梁事业也得到了极大的发展。桥梁工程作为交通行业施工的重点内容，其设计质量是否良好对整个行业的发展具有至关重要的作用。大跨度桥梁抗震加固技术作为工程施工的主要技术之一，其施工技术水平的高低将直接影响到整个工程的质量及使用年限，由此可见，施工企业在施工中必须对抗震加固技术加以重视，只有这样才能促进企业的快速发展。

1、大跨度桥梁病害分析

支承连接件失效的主要原因就是设计过程中，对相邻两个跨间的相对位移计算失误，致使大跨度桥梁上下部产生了支承连接件不能承受的相对位移，进而出现桥梁上部结构脱开下部结构的问题，甚至出现梁体严重损坏的现象。现阶段国内外普遍选用支承面宽度加大的方式和将纵向越苏装置设置在简支相邻梁之间。

随着国民经济的快速增加，国内交通压力不断增加，为达到交通通畅的目的，都在进行各类桥梁的铺设。大跨度桥梁作为桥梁工程建设的一种重要形式，其设计及抗震加固技术的应用，都对桥梁的整体质量具有重要意义。但现阶段桥梁在验收及审核质量的过程中，还存有诸多问题。作为对桥梁建设项目成功与否进行考察的重要因素，其使用年限及通行质量都影响着桥梁建设的质量。桥梁下挠现象的大量出现可能对桥梁质量造成不同程度的损害，如表1所示。

2、大跨度桥梁抗震加固措施

先对大跨度桥梁抗震能力进行评估是决定其是否进行加固的前提。在桥梁加固前，应对墩柱的破坏形式及墩柱的最大延性能力进行确定，并对其整体屈服地震加速度和整体最大延性能力进行有效计算，并对桥梁抗震能力进行计算。

在桥梁抗震设计中，其上部结构及截面形式，必须遵循跨径多少进行准确确定。可以选用箱型作为桥梁跨径较大截面的应用，这样可以有效增强抗震能力，并确保抗扭刚度的作用。在施工过程中选用真空压浆施工方式，可以确保预应力管道内具有充足水泥浆，还可以为预应力桥梁强度、刚度地提高提供极大的帮助。在大跨度桥梁设计中，拱式、梁式等多种形式不能同时出现，如同时使用，必须加强桥梁衔接位置的桥墩质量。

在桥梁抗震设计中，其整体抗震性能最薄弱的一个环节就是连接件，如支座和伸缩缝等，在伸缩缝位置多发生梁体位移等情况，基于此，在桥梁抗震设计中必须将伸缩缝数量尽可能地减少。为避免梁体坠落等情况的出现，可以将拉杆、挡块等设置在伸缩缝、铰及梁端等上部结构的接缝中。将钢筋混凝土桥墩的横向约束不断增加，将其抗弯延性及抗剪强度不断提升，只有这样才能避免桥墩变形等情况的发生，为提高桥梁的抗震能力，可以选用专门的耗能装置，如铅芯橡胶耗能支座或减、隔震技术。

四、结束语

综上所述，随着桥梁事业发展速度的不断加快，其质量问题已经成为社会关注的热点。作为大跨度桥梁施工中重要的组成部分，抗震设计效果是否良好直接关系着整个桥梁工程的质量，合理的抗震设计及有效的加固技术，可以有效降低工程项目的投资成本、提高工程质量。

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