既有公路桥梁抗震排查评估实例分析

文／林文宁 山东平安工程质量检测有限公司 山东烟台 265500

引言：

同世界上的大多数国家进行对比，我国出现地震的概率较大，国内很多既有公路桥梁，为08年之前设置建造的，以抗震设计来看，难以符合现如迄抗震要求，另外一些桥梁服役环境较为糟糕，让其存在相对突出的地震易损性。所以针对它们的抗震性能，有必要开展精准评估。如迄在这方面初步评估上，没有可以参考的流程，也不具备有关的标准。对此，文章将借鉴国内有关的抗震设计标准，给出下文的初步评估方式，旨在针对抗震性能，可以更好开展初级评估，为深入评估桥梁以及加固桥梁奠定依据。

1、桥梁抗震设计理念

在交通设施方面，桥梁是非常关键的枢纽工程，也为线路的核心环节，在结构与基础大小作用之下，桥梁出现地震破坏的概率较大。在发生破坏的情况下，会导致运输中断，并且也容易带来伤亡与损失。在出现地震时，想要防止桥梁被破坏，应当强化研究地震中应，全方位精准评估抗震性能，并且实施行之有效的措施，针对抗震能力较弱的桥梁，开展加固处理，切实提升桥梁抗震水准，防止在地震影响之下，导致桥梁被破坏，确保车辆可以正常运行。（1）设防理念方面。国内现行标准中，在桥梁抗震设计方面，实施这样的抗震理念，也就是小震不损坏桥梁、中震能够修复桥梁、大震桥梁不倒。设防目标上，在中震影响之下，确保桥梁不被损坏。对于特大桥，它的单跨大于150米，大震影响之下，允许出现轻微损坏，通过一定的修复，能够再利用；中桥级别以上的桥梁，大震影响之下，需要确保不倒，并在通过加固处理之后，可以保证应急使用，设计过程中，基于抗震救灾，应该综合考量桥梁的意义。（2）设计方法。现行标准中，在抗震设计方面，要求实施以下的方式，也就是两水平设防，两环节设置。第一环节实施弹性抗震设置，与中震设计相呼应。第二环节实施延性抗震设置，与大震设计相呼应，根据能力保护设置原则，按照构造措施开展设置，保证存在较好的抗位移能力。

（3）延性设计。现行设计标准中，给出了以下的原则与概念，也就是延性设置与能力保护，依托于桥梁的设置，让构件产生强度等级差异，防止结构发生破坏。具体设计中，应该选取科学的结构布置，且可以产生塑性耗能机制，保证构件可以处在弹性中应范围[1]。（4）减隔震设计。现行标准中，当进行桥梁结构设置时，需要安装相关的减隔震设施，以便可以延长固有周期，同时切实提升阻尼系数，在地震影响之下，实现对地震力的分散。并且提出，土层不够稳定、有着较久的振动周期，发生显著负中力的现象，不应该实施隔震技术。（5）抗震措施。在现行标准中，对这一方面也开展了细化和加强，对多项参数实行了调节及明确，具体而言，梁端到墩边缘之间的距离，梁端到台帽边缘之间的距离，它们都为最短距离。总而言之，桥梁因为结构与基础作用，出现地震破坏的概率较大，在出现破坏的情况下，会影响到交通运输的正常进行，并且容易导致伤亡与损失，所以进行抗震设计是相当关键的。

2、桥梁抗震性能评价

通常情况下分成两级，对于一级评价来讲，它主要是宏观控制以及抗震构造要求，开展全面评价；就二级评价而言，它需要基于一级评价，围绕抗震验算，按照上一级结果，判断要不要开展二级评价。若前者评价结果理想，则用不着开展二级评价，不然的话需要进行，且按照评价等级与结构重要度，进一步来明确优先顺序。针对桥梁抗震性能，关于它的一级评价，一般是基于桥梁调查，对相关方面开展精准评价，具体而言，有设防标准、地质状况、河床改变，在桥墩等部位，存不存在裂缝与露筋现象，锚栓、支座等有没有受损，以及构造措施等[2]。进行二级评价，需要做好对现场的调查工作，尤其要明确以下内容，也就是桥墩基础、混凝土强度等，接下来，针对抗震性能与构造措施，开展精准评价研究。

3、初步评估方法

对于初步评估，以宏观层面为切入点，对以下方面开展评估，也就是结构以及延性构造，希望借助有关计算，短时间内找到性能有着不足的桥梁，为评估以及加固奠定依据。（1）抗震措施核查。这一般需要核查多项指标，例如支承宽度、混凝土强度、主梁限位设备等。尤其是支承宽度，它为核查的核心内容，在地震影响之下，由于支承宽度不够，从而致使的落梁震害，为一种严重程度较大的震害，基于主梁的下落，当与下部结构进行相撞时，还可能会导致倒塌现象。国内抗震设计标准规定：梁端到桥墩边缘，应当存在适当距离，通常用A来表征，单位为厘米，并不超过0.6米。A=50+0.1L+0.8H+0.5Lk (1)，其中用L来表征上部结构总长，单位为米；H代表平均高度，单位为米，桥台高视为0；用Lk表示最大单孔跨径，单位也为米。对有着落梁情况的桥梁，需要全面考虑有关的因素，例如桥址场地、地震危险级别等，确定需不需要开展加固处理，防止落梁震害的出现。

（2）延性构造核查。这也需要核查多项指标，例如箍筋直径、配筋率等。具体而言，第一，箍筋加密区长度。它需要超过等效塑性铰长度，用Lp来表征，对于墩高以及横截面短边，二者的比值不超过2.5，也就是矮墩时，该长度需要取全高。加密箍筋间距，需要不超过0.1米；第三，对于箍筋直径，应该超过十毫米；第四，最小体积含箍率，根据式子（2）来进行计算，而对于矩形墩柱，则根据式子（3）来计算：ρS，min=[0.14ηk+5.84(ηk-0.1)(ρt-0.01)+0.028]fc´/fyh≥0.04 （2），ρS，min=[0.1ηk+4.17(ηk-0.1)(ρt-0.01)+0.02]fc´/fyh≥0.04 （3），其中ηk用来表征轴压比；fyh代表抗拉强度设置值，单位为兆帕；用ρt来表示配筋率；fc´表征抗拉强度规范值，单位也为兆帕。第五，为墩柱纵筋配筋率，用ρ来表示，它的数值应该大于等于0.006，同时小于等于0.04（AS与Ah的比值），AS表征钢筋总面积，单位为平方毫米，Ah表示截面面积，单位也为平方毫米。第六，为锚固与搭接长度，为避免钢筋出现破坏，需要存在一定的锚固以及搭接长度。根据抗震标准规定，需要基于现行要求，增加10ds，并且对于纵向钢筋来讲，不可以处于塑性铰区域，进一步来开展搭接操作[3]。对于不符合要求的桥梁，需要全面考量有关因素排序，例如桥梁场地、震害危险级别等，且根据排序结果，依次开展评估。

4、实例分析

某桥处在某干线公路上，为一种混凝土连续桥梁，它的总长约有190米，桥面宽达到12.5米。以上部结构来看，其为小箱梁结构，在下部结构中包含着桩基础、桥墩以及桥台。设防烈度是8度，就中应谱特征周期而言，它的周期是0.45秒，根据现行标准划分，该桥是B类桥梁。初步评估结果见表1与表2。

表1 抗震措施核查

表2 延性构造核查

根据以上信息可知，该桥在以下方面不符合要求，即：防撞措施、混凝土强度级别、箍筋直径大小，剩余每一项指标都符合抗震要求，从整体上来看，抗震性能较为理想。对防撞措施不符合标准的桥梁，需要开展小修时，添加合适的防撞垫层，防止在地震影响之下，出现刚性碰撞，从而造成桥梁结构被破坏[4]。对混凝土强度级别以及箍筋直径大小不符合要求的现象，需要根据评估结果，进行性能全面评估。总而言之，该桥抗震性能较为理想，可以符合抗震设防要求。

5、桥梁抗震加固

因为我国桥梁体系越来越健全，这也对桥梁抗震设计提出了更高的要求，其作用也逐渐显露出来。就我国来看，常常会出现地震灾害，若是发生较大的地震灾害，通过道路交通网络，可以有效降低次生灾害，促进灾区重建工作的有序开展，对此，应强化核心交通的建设，在这之中，就包含桥梁工程，以交通体系来看，它占据着一定的地位，当发生较大的地震灾害后，在开展救援工作的过程中，公路交通体系可以为其奠定夯实的基础，因而应全面落实桥梁抗震设计，该项工作有着关键性的作用。对桥梁开展抗震加固，目的是为了防止地震作用下导致桥梁出现垮塌现象，应对破坏控制进行科学控制，针对其抗震性能进行加固来说，最重要的是要对下部结构开展加固处理。现阶段在抗震加固工作中，常见的加固方式包括两种。首先，是对桥梁抗震能力进行增强，以此来增加其结构强度，从而更好地应对地震作用。其次，是运用减隔震措施，全面减小桥梁地震中应，从而进一步保证其结构强度，以此来防止地震作用，避免一系列破坏的产生。

5.1 上部结构抗震加固

就桥梁上部结构来看，其抗震的不足之处在于，因为主梁地震中应会进行纵向移动，所以将大于台帽及梁端到塌台等的距离，从而导致落梁及碰撞等问题。这就需要对其进行加固，常见的加固方式包括下述几种[5]。（1）拉杆限位器。在对其进行设置时，最关键的目的是，对地震发生过程中主梁的纵向位移进行科学控制，从而全面避免落梁事故的出现。它包含两种方式，一种是拼接板，另一种是缆索。针对拼接板来看，其作用原理是，利用与桥梁工程距离较近的主梁腹板，对其进行连接，以保证主梁的连续性。就缆索来看，是把缆索的一端固定于梁下托架，把另一端固定在墩台，也可以把其固定在主梁下侧托架，对其进行限制。（2）扩宽支承面。针对不能进行科学设置拉杆及缆索的情况，应基于桥梁墩台，在这基础上构建牛腿托架，以此方式拓宽支撑，或是提高台帽支承面，进一步增强桥梁抗震性能。

5.2 下部结构抗震加固

对于桥梁下部结构来说，在进行抗震加固时，最重要的是，应对其延性能力不足及塑性铰不好维修等问题开展科学处理。常见的处理方式包括下述几种。（1）设置钢套管。该方法是基于桥梁工程，借助钢套管，对墩柱外侧进行包裹，对墩柱进行有效限制，进一步增强其抗弯及抗剪能力，有利于更好地发挥连续箍筋作用，其限制程度也要通过钢套管强度及刚度来决定。（2）提高抗震加固截面。提高墩柱表面，同时增设纵横向钢筋，立足于整体，进一步增强墩柱抗弯及抗剪刚度，提升其延性，该加固方式中还可划分为多种形式，如全截面加固等。（3）预应力钢绞线。利用钢绞线，对柱体进行缠绕，同时把垫块放在钢绞线与墩柱中间，利用钢绞线来提高预应力，从而对墩柱进行限制。（4）改变抗震体系。该抗震加固方式，主要是通过对桥梁整体开展优化，以形成桩基与墩柱等形式，同时应基于每联来构建抗震墩，对塑性铰部位进行确定，借助抗震墩，对一系列荷载进行支撑，例如温度荷载，对于非抗震墩而言，则主要是对竖向荷载进行支撑。

5.3 减隔震技术运用

桥梁抗震设计方面，常常会使用到减隔震技术，基于对结构部件的安装，可以很好抵御以及分散地震力，确保在地震影响之下，桥梁还可以维持较好的稳定状态，持续降低对桥梁的影响。该项技术的大力推广，可以促进全方位提高抗震水准，通过科学安装部件，可以有效分散地震力，切实实现减震目的。（1）分层橡胶支座。桥梁项目实际施工中，对于桥墩与桥梁，需要在二者之间设置有关的支护装置，它可以促使工程更加安全，并且能够很好降低应力冲击，通常而言，这样的装置常被看成支座，为非常关键的减隔震设备。当借助该类支座时，大部分为圆形以及矩形，其中一般包含钢板与橡胶片，借助二者的缓冲作用，可以获取理想的减震效果。因为橡胶存在不错的缓冲性能，可以促进减震效果的提高，它的变形，可以很好抵消地震力[6]。（2）钢阻尼器设置和应用。减震设计过程中，钢阻尼器得到大力推广，因为它的可塑性，能够取得理想减震效果，便于进行操作，同时施工所需费用不高，使用寿命长。由于其的可塑性，被运用于各种各样的桥梁工程，并且都获得理想效果。就相关设计者而言，应该确定其安装位置，根据桥梁空间的不同，进一步来明确其安装点。

（3）铅芯橡胶支座设置和运用。它一般体现于板式结构，针对橡胶支座，向其中插进铅芯，可以有效增加支座阻尼系数，通常由于铅芯存在理想力学性能，并且剪力不高，刚度较大等。具体施工中，科学设置和安装该支座，可以很好抵消地震力，提高桥梁使用年限。当对减隔震装置进行选取时，应该正确认知其不足及优势，不足为不易开展安装作业，优势为能够获取理想的抗震效果。所以在选择时，应该确定装置荷载能力，且对此认真开展测试，根据桥梁荷载需要，科学设计该装置，以便能够尽可能起到减震效果。该装置的科学使用，除了可以消除地震力，在地震影响之下，也可以确保桥梁正常运行，确保交通安全，所以对该装置有着严格要求，要求其具备较好的复原能力，在冲击力相对大时，可以及时复原，促使桥梁结构更为稳定，确保车辆可以正常运行。总而言之，对抗震性能开展评估，并且实施合理可行的措施，对桥梁结构开展加固处理，切实强化抗震能力，为桥梁建造管养的核心工作。相关人员需要全面分析评估方法，且系统考量其有关方面，例如使用条件、技术方式与结果，选择合理的评估方式，找到抗震性能不足问题，据此给出相关的加固方法，真正增强桥梁抗震能力。

结论：

文章根据国内相关设计规范，提出了初步评估方法，且结合实例论证了这一方式的合理性与精准性，获取了相对理想的效果，表明针对抗震性能评估，此方法有着较好的适用性。并且，这一方法也能够为迄后标准的建立提供支持，为更好进行初步评估提供参考。