三、抗震加固技術(shù)
在決定一座橋梁是否如何加固以前,應(yīng)先評(píng)估其抗震能力。主要是先決定墩柱的破壞形式及墩柱的最大延性能力,其次計(jì)算整體屈服的地震加速度及整體的最大延性能力,最后算出橋梁的抗震能力Ac值。
1、橋梁震害介紹
從我國歷次破壞地震中,調(diào)查得到的公路橋梁震害產(chǎn)生的主要原因有以下幾類:
(1)支承連接件失效———由于上下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了支承連接件不能承受的相對(duì)位移,使支承連接件失效,上部與下部結(jié)構(gòu)脫開,導(dǎo)致梁體墜毀。由于落梁的強(qiáng)烈沖擊力,下部結(jié)構(gòu)將遭受嚴(yán)重破壞。支承連接件失效的原因,主要是設(shè)計(jì)低估了相鄰跨之間的相對(duì)位移。為了解決這個(gè)問題,目前國內(nèi)外的通常做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。
(2)下部結(jié)構(gòu)失效———主要是指橋墩和橋臺(tái)失效。橋墩和橋臺(tái)如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結(jié)構(gòu)的地震力,就會(huì)開裂甚至折斷,其支承的上部結(jié)構(gòu)也將遭受嚴(yán)重的破壞。
鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴(yán)重?fù)p壞,是近期橋梁震害的一個(gè)特點(diǎn)。其原因主要是橫向約束箍筋數(shù)量不足和間距過大,因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì),使橋梁的屈服只發(fā)生在預(yù)期的塑性鉸部位,其余結(jié)構(gòu)保持彈性。
(3)軟弱地基失效———如果下部結(jié)構(gòu)周圍的地基易受地震震動(dòng)而變?nèi)?下部結(jié)構(gòu)就可能發(fā)生沉降和水平移動(dòng)。如砂土的液化和斷層等,在地震中都可能引起墩臺(tái)的毀壞。地基失效引起的橋梁結(jié)構(gòu)破壞,有時(shí)是人力所不能避免的,因此在橋梁選址時(shí)就應(yīng)該重視,并設(shè)法加以避免。如果無法避免時(shí),則應(yīng)考慮對(duì)地基進(jìn)行處理或采用深基礎(chǔ)。
2、研究現(xiàn)狀
針對(duì)橋梁在地震中的震害類型,目前,國內(nèi)外橋梁抗震加固主要采取以下技術(shù)措施:
(1)在伸縮縫、鉸和梁端等上部接縫處采用拉桿、擋塊或者增加支承面寬度等措施,以防止落梁震害的發(fā)生;
(2)增加鋼筋混凝土橋墩的橫向約束,提高其抗彎延性和抗剪強(qiáng)度,防止橋墩彎曲和剪切震害;
(3)采用減隔震技術(shù)及專門的耗能裝置,提高橋梁的抗震性能。例如采用鉛芯橡膠耗能支座等。對(duì)隔震而言,利用周期、阻尼與位移等相依變量進(jìn)行參數(shù)分析,配合加固目標(biāo)的訂定,最后提出結(jié)合位移設(shè)計(jì)法的隔震裝置加固設(shè)計(jì)程序。隔震裝置的分析采用鉛芯橡膠支座(LRB)以及摩擦單擺支座(FPS)兩種。對(duì)減震而言,亦可結(jié)合位移設(shè)計(jì)法進(jìn)行減震加固設(shè)計(jì)�？墒褂锰娲Y(jié)構(gòu)法,將結(jié)構(gòu)以等效勁度及等效阻尼比以線性迭代的方式來進(jìn)行粘滯性阻尼器的加固設(shè)計(jì)。
3、發(fā)展趨勢(shì)
從橋梁震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn),遭受嚴(yán)重破壞和倒塌的橋梁結(jié)構(gòu),絕大部分是源于落梁和抗彎延性不足。因此,國外主要的多震國家,開始強(qiáng)調(diào)橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力,其它一些國家則在原有規(guī)范的基礎(chǔ)上,也相應(yīng)地對(duì)保證橋梁結(jié)構(gòu)整體的延性能力,并通過設(shè)計(jì)和構(gòu)造保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體延性能力。為了保證結(jié)構(gòu)的整體延性能力,目前通常的做法是增加防落梁構(gòu)造措施和在預(yù)期出現(xiàn)塑性鉸的關(guān)鍵部位增加橫向約束,以提高橋墩的抗彎延性和抗剪強(qiáng)度。從加固的對(duì)象上來看,美國、日本等橋梁抗震加固水平最高的國家,已經(jīng)把加固的重點(diǎn)從以前單一的防落梁構(gòu)造措施,轉(zhuǎn)移到重視橋墩整體延性上來,以保證加固后的橋梁與新建橋梁的抗震能力相當(dāng)。國內(nèi)外地震工程研究人員總結(jié)了近年來國內(nèi)外的震害資料,開始檢討過去單純“強(qiáng)度抗震”設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想,研究考慮基于性能的抗震設(shè)計(jì)原則。基于性能的設(shè)計(jì)被廣泛的認(rèn)為是未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的基本思想�？拐鹪O(shè)計(jì)的性能指標(biāo),可以是單一指標(biāo),也可以是多指標(biāo)或組合指標(biāo)。在研究手段方面,整個(gè)抗震工程學(xué)都出現(xiàn)了越來越重視和依靠地震模擬試驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)。應(yīng)該注意到現(xiàn)在的試驗(yàn)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡單試驗(yàn),而是和現(xiàn)代科技融為一體的高科技試驗(yàn).
四、結(jié)語
隨著對(duì)地震機(jī)理認(rèn)識(shí)的逐步加深,提高和完善橋梁結(jié)構(gòu)物的各項(xiàng)功能,以及橋梁抗震構(gòu)造措施進(jìn)一步的改進(jìn)和完善,可以很好地達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)的防震和抗震效果。而橋梁抗震加固技術(shù)研究已經(jīng)有了較好的基礎(chǔ),建議針對(duì)我國公路橋梁的特點(diǎn),得出適合于我國公路橋梁的抗震加固技術(shù),并推廣應(yīng)用,為提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災(zāi)害的能力提供可靠的技術(shù)保證。
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