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叙述桥梁抗震加固工程技术现状

来源:www.xjzrjg.com         发布时间:2018-08-20

叙述桥梁抗震加固工程技术现状。自然灾害对人类生存和发展的危害日趋严重。国际上也非常重视这一问题,联合国将20世纪的最后l0年定为“国际减轻自然灾害l0年”。

地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害之首。我国位于世界两大地震带:环太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间,板内地震也十分活跃,因此,地震频繁发生。因地震而死亡的人数居各种自然灾害之首,约占54%,造成直接和间接经济损失十分巨大。特别是我国唐山大地震(1976),使整个城市成为一片废墟。

在防灾减灾的研究中,重要的一环是生命线工程的防灾减灾研究。公路交通是国民经济大动脉,同时,也是抗震救灾生命线工程之一。桥梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通畅中起着至关重要的作用。近30年来,由于地震灾害的教训,使各国学者对桥梁抗震十分重视,开展了广泛的研究。美国SanFemando地震(1971),仅6.6级就显示出生命线工程破坏的严重后果;中国唐山大地震(1976),美国LonaPrieta地震(1989),美国Northridge地震(1994),日本阪神大地震(1995),中国台湾的集集地震(1999),都造成了公路和铁路桥梁的严重毁坏,给抗震救灾造成巨大的困难,使生命财产遭到非常巨大的损失。

我国公路行业目前正在执行的《公路工程抗震设计规范》(JTJ00489)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。因此,对于我国地震区的已修建桥梁,按照更为先进的设计思想进行抗震性能评价,根据评价的结果采取相应的抗震加固措施,就显得十分必要。

1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:

(1)支承连接件失效——由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移,使支承连接件失效,上部与下部结构脱开,导致梁体坠毁。由于落梁的强烈冲击力,下部结构将遭受严重破坏。

支承连接件失效的原因,主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移。为了解决这个问题,目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置。

(2)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。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。

(3)软弱地基失效——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。如砂土的液化和断层等,在地震中都可能引起墩台的毁坏。

地基失效引起的桥梁结构破坏,有时是人力所不能避免的,因此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,则应考虑对地基进行处理或采用深基础。

2研究现状

针对桥梁在地震中的震害类型,目前,国内外桥梁抗震加固主要采取以下技术措施:

(1)在伸缩缝、铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、挡块或者增加支承面宽度等措施,以防止落梁震害的发生;

(2)增加钢筋混凝土桥墩的横向约束,提高其抗弯延性和抗剪强度,防止桥墩弯曲和剪切震害;

(3)采用减隔震技术及专门的耗能装置,提高桥梁的抗震性能。例如采用铅芯橡胶耗能支座等。

美国加州运输部的桥梁抗震加固计划始于1971年圣·费尔南多(SanFemando)地震,包括3个阶段。第一个阶段包括在伸缩缝和铰处安装阻尼装置,以防止落梁震害。这一阶段的主要目的是加强上部结构和下部结构的联系,以抵抗竖向加速度,以防止上部结构构件从支承上滑落。这一阶段在1989年基本完成,对全州公路系统中大约1260座桥梁进行了加固,投资额超过了5500万美元。

第二阶段是加固独柱式桥墩,第三阶段是加固多柱式桥墩。这两个阶段几乎是同时进行的,主要方法是提高墩柱的抗弯延性和抗剪强度、提高盖梁、上部结构基础与桥台的承载能力,提高结点的抗剪强度。目的在于通过对墩柱的预期塑性铰部位(墩底和墩顶)设置外部约束来提高墩柱的延性,进而提高桥梁整体延性。其投资额达34亿美元。

日本1971年以后,数次对公路桥梁地震震害进行调查,多次采取抗震加固对策,直到1995年,重点一直是防止落梁构造。1995年阪神大地震之后,日本也开始重视基础和桥墩的抗震加固。

1971年加州在桥梁的伸缩缝上安装拉杆以减小落梁的潜在性,这是在最低花费的情况下取得最大减灾效果的一个明显尝试。随着1987Whittier1989LomaPrieta1994Yorthridge地震中约束措施的失败,加州运输部已要求旧桥加固后必须具备与新桥一样的抗震能力。

国外在对钢筋混凝土柱的抗震加固中,常用的技术有:钢套管外包加固、混凝土加大截面加固、FRP系列复合材料加固。到目前为止用得最多的还是钢套管外包加固,FRP系列复合材料与其他的加固材料相比有施工简便迅速、安全可靠、耐久性好等突出的优点,随着工艺的改进和总体施工成本的下降,FRP系列复合材料在桥梁抗震加固中的应用将越来越广泛。日本在FRP材料的研究、开发和应用方面,处于世界领先水平。特别是1995年阪神大地震爆发后,对FRP片材用于抗震加固目的的研究和应用激增,目前日本在FRP的实际工程应用研究方面已有相当基础,并制定了各种各样的设计和施工指南、手册以及规范建议。

国内在对钢筋混凝土桥梁的抗震加固性能研究中,同济大学作过一些墩柱加固后的室内试验研究,而在具体的抗震加固实际工程应用中,南京长江大桥1977~1994年期间进行了抗震加固,加固的对象是支座、防落梁措施和可液化砂土。我国铁道部于1999颁布了《铁路桥梁抗震鉴定与加固技术规范》,适用范围为梁式桥。

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