桥梁抗震设计与加固技术探讨

曹宁宁 李淑慧

河南师范大学新联学院（450000）

0 前言

我国地大物博，但也是一个地震灾害频发的国家。强烈的地震会损害人民的生命及财产安全，并对桥梁造成严重破坏。而桥梁在抗震救灾和物资运输中发挥着尤为重要的作用，一旦在地震中损坏，交通中断，将导致车辆无法通行，造成救援困难等问题。因此，研究桥梁抗震设计，加强桥梁的抗震性能，建设更加安全稳定的桥梁，从而减少自然灾害造成的损失，促进我国经济的发展。

1 桥梁在地震下的损害情况及抗震加固概念

1.1 桥梁在地震时可能会发生的损害

根据桥梁结构类型的不同，在不同地震等级的情况下，桥梁主要发生以下几种损坏：强震时，桥梁两侧的地形发生变化，引起桥梁结构严重变形、地面错动、桥梁结构受损，或者出现落梁现象；强烈的地震作用下,由于地震波的作用，桥墩发生震动，进而发生损坏,如表面损伤、结构损伤、形状变形等；强烈地震作用，导致地基损坏，发生液化,进而引起基础不均匀沉陷，造成桥墩倾斜甚至倒塌；地震会引起桥梁的形状变化，使桥梁内力超过了设计极限，导致整个桥梁倒塌。

1.2 抗震加固概念剖析

在结构施工前，桥梁的抗震设计更为重要。由于不同等级的地震具有很大的不确定性和复杂性，所以假定桥梁在地震作用下的模型与实际建成情况不同，为了提高桥梁结构的抗震安全性，需要对桥梁的抗震设计进行分析。如应注意桥梁上下结构连接部位的抗震设计，包括桥墩的类型、支座的位置和支座类型的选择，以确保桥梁具有稳定的抗震结构体系。为了确保桥梁结构具有良好的整体性能，提高其抗震性能，需对结构的动力特性和地震冲击数据进行分析，并将结构设计与相应的弱震点结构相结合。必要时，可在适当位置增设钢筋或改变结构设计来提高其抗震能力。

加强桥梁整体结构与上部结构的连续性，能够有效防止构件在地震作用下的断裂，保证构件空间整体性能。平面构件及三维结构构件在设计时必须保证桥梁几何尺寸、刚度及其连接的协调一致性，从而提高桥梁的整体抗震性能。桥梁结构的损伤是由于其在地震作用下发生强烈振动导致的，因此抗震设计可以从降低地基结构的震动入手，提高桥梁结构的整体刚度和延性，提高施工质量。在恒荷载和刚度一定的情况下，提高结构的整体强度和延性可以达到有效的抗震目标。这是因为提高刚度可以减小结构的变形，增加强度和延性可有效提高桥梁的抗震能力。构件的反复变形会造成构件产生次内力，出现裂缝及应力集中的现象，降低构件的刚度和减小构件的延性，因此在桥梁抗震设计中应注意构件的延性和刚度。

桥梁延性设计主要为以下两个方面：①对结构薄弱部位采用增加钢筋、改变截面形式等方法加强抗震设计；②提高其抗震等级，并对整个桥梁结构抗震性能进行模拟分析和验证。

2 抗震加固技术剖析

2.1 结合地理信息创建桥梁地震模型

桥梁在地震作用下的抗震模型为设计人员提供了简单方便的抗震性能评价体系和不同地震下桥梁受力状态的情况，但由于地震在不同环境及不同等级下对结构的影响具有不可控性，且模拟试验中地震模型具有局限性，造成计算机模拟不够精确，因此对桥梁抗震性能的研究不能完全依靠模型数据得出的结论。必需对项目场地的特定地形进行现场勘察，确定桥梁的选址位置是否利于桥梁的安全稳定性。桥墩基础型式的选择和局部地形的考虑对抗震设计具有重要意义。此外，设计人员还需进行桥梁的设计方案的比选，并对其进行修改，完善结构方案，选择可行有效的桥梁抗震设计方案[1]。

在实地勘察及方案比选的同时，还需考虑影响桥梁稳定性的因素，如当地以前遇到的地震的等级及地震频率、气候条件、土壤和水土流失等情况。桥梁构件通过相互连接形成一个整体，桥梁连接处是桥梁结构抗震薄弱的地方，直接影响到桥梁的整体性能及抗震性能。同时桥梁的建设对环境有着一定的影响，特别是在跨河海的桥梁建设中，直接影响到水流的流态分布，造成河床变迁，所以必须考虑当地的需要和建桥的可行性，根据当地情况进行公告，并通过使用有限元软件及试验进行分析，以便提高桥梁的抗震能力。

2.2 加强桥梁结构强度

桥梁是由许多构件组成的整体，其中一些结构由于强度不足，在地震作用下发生损坏。如果关键部位受损则会导致桥梁垮塌，因此必须采取一定的加固措施，使构件稳定，不发生位移，保持桥梁原有的空间结构。从桥梁的整体性能及材料来看，增加桥梁结构的强度可以有效抵抗地震对桥梁的影响，增加桥梁的刚度并保持结构的整体性能，可以使桥梁较好地适应地震的影响。所以设计时需根据其用途及使用年限进行设计，保证其正常使用及地震作用下的承载能力，从而提高桥梁的刚度、强度和延性，对保护桥梁和抵抗自然灾害具有重要作用。

2.3 提升结构间的连接整体性

各部分结构构件通过连接，使桥梁作为一个整体结构进行运营。因此对于桥梁结构中的薄弱环节，如构件连接处，应加强结构间的连接的整体性，从而提高桥梁的抗震强度，保证结构的延展性。在桥梁抗震试验中，为了提高桥梁的抗震性能，需通过模拟分析不同地震作用下桥梁的动力响应，及不同结构构件之间连接性能，从而找出避免桥梁因地震的影响而倒塌因素，并找出解决方案。

2.4 针对性加固

为了防止地震引起的桥梁混凝土结构开裂，可以采用适当增加钢筋、钢板或预应力筋等方法进行桥梁加固，其中钢板加固主要用于远离桥梁中轴线位置。钢板加固虽然增加了桥梁的横截面面积，提高了桥梁的抗震能力，但有一定的限制。在大多数情况下，对系统原有结构进行加强，新旧结构之间必须进行材料的结合处理，从而达到加固效果。桥梁的基本结构必须一致，刚度和延性必须统一，以保证桥梁的整体稳定性。

2.5 谨慎施工连接构件

在我国桥梁建设中，桥梁连接构件的设计不合理，桥梁在运营阶段关键构件会发生耐久性损伤、变形或位移，使桥梁承载能力下降，在地震作用下被严重破坏。桥梁连接在保证桥梁的整体性和延展性方面起着重要的作用，部分施工单位的管理层对此没有足够重视，在施工中，振捣不均匀，养护条件不足，造成结构裂缝超限、接缝表面变形等。当地震发生时，连接结构的承重能力下降，在地震的冲击作用下发生破坏，进而导致桥梁的主体结构损坏。同时，在使用期间，需要对桥梁构件及时维护和保养，以提高对地震冲击的适应能力，防止桥梁出现裂缝。

相邻桥梁之间也可进行结构加固，增加连接构件，以防止桥体出现过大位移。连接构件长期受作用力影响，易出现变形问题，为了保证桥梁抗震性能及结构稳定性，必须进行全面检查和及时维修。

2.6 使用碳纤维加固桥体

混凝土结构中加入碳纤维材料，能够有效提升桥梁的抗震性能。这是因为碳纤维材料的强度、密度、弹性和耐腐蚀性均优于普通钢筋。在进行碳纤维材料加固的同时，还需加入一些树脂。

3 结语

通过桥梁抗震设计及加固技术在桥梁设计及维修中占有重要地位，因此有必要应用国内外的先进科学技术，通过试验分析不断完善其理论和施工方法，并结合桥梁的抗震设计规范，进一步提高桥梁在遭遇强震时的抗震性能,保证桥梁结构的稳定性及桥墩在地震作用下的结构安全，使桥梁充分发挥其使价值。