高架路桥的震害、震害原因及抗震措施

杜锐

摘要：近年来美国、日本等各个国家的高架路桥经常会出现震害，对高架路桥的安全性、质量都会造成一定的破坏性影响。我国在建设高架路桥的过程中，应全面分析其他国家的震害情况，了解震害的原因，并借鉴抗震的措施，通过改革优化抗震模式来保证高架路桥的抗震性能，提升安全性和稳定性。

关键词：高架路桥；震害；震害原因；抗震措施

我国在高速公路和铁路快速发展的背景下，修建高架路桥属于最为经济性、便捷性的方式，但是，对于高架路桥来讲，在发生地震灾害的时候很容易损坏，因此在具体修建工作中应该结合震害因素与具体特点，积极运用各种抗震的措施与手段，增强抗震性能。针对于此，下文研究美国、日本高架路桥的震害、原因和具体的措施，希望可以为我国高架路桥的修建提供一定帮助。

一、高架路桥震害分析

日本关东大震灾事件的发生，对高架路桥造成了一定的破坏，其中神户高速铁路就有三十多根支柱被破坏，大开站隧道也有很多支柱崩裂，隧道的墙体出现了裂隙。美国在1971年发生了6.4级地震，1987年发生了5.9级地震，1989年发生了7.1级地震，1994年发生了6.7级地震，这些地震灾害都对高架路桥产生了一定的破坏性影响，甚至在1994年的地震灾害中旧金山海湾区六条高速公路被迫关闭^[1]。

二、高架路桥震害原因

出现震害的原因，主要就是美国和日本的高架路桥在强烈的地震力作用之下出现了损坏。日本在研究中认为，城市直下类型的地震，是导致高架路桥出现非常严重破坏性问题的重要因素，这种地震就是在城市或者周围区域地下浅表性的震害，使得地面区域的建筑物受到一定的破坏性影响，在发生此类地震之后，会有上下剧烈性的振动，之后就有大幅度水平性的振动，这也是导致建筑物出现损坏问题的主要原因。日本在研究期间就建筑设计角度进行了分析，认为高架路桥出现震害的原因就是，地震的强烈程度比设计标准高很多，桥梁结构的基础部分软弱，设计形式缺乏合理性等等。美国在多次地震灾害中总结了高架路桥受到破坏的主要原因，认为就是结构无约束的剪力键是重要影响因素，并且接缝区域的钢筋强度和承载力较低，地基软弱土质过多，设计的结构不合理等等^[2]。

3. 高架路桥的抗震措施

美国和日本的高架路桥，多年来受到很多次地震灾害的侵袭和破坏，已经总结了很多的经验，并且在对高架路桥进行规划设计的过程中，经常会考虑到地震因素，采用相关的抗震措施和手段。

1. 日本的抗震措施

日在总结高架路桥抗震经验教训的过程中，认为在发生地震灾害之前，就要制定完善的抗灾计划方案，做出准确的预报，形成良好的抗震观念意识，致力于减少对建筑物结构、高架路桥结构所产生的破坏，预防出现人员伤亡的问题，减少财产的损失。无论是抗震救灾还是防震减灾，都属于非常大的工程，尤其是当前城市现代化发展的过程中，此类工作开始越来越复杂，此情况下不能简单的进行高架路桥的设计，应该充分考虑到地震灾害带来的威胁和损害，科学化的开展抗震设计工作。日本政府为了预防阪神大震灾一样的高烈度地震灾害，制定了全国性的高架路桥加固计划方案，在1995年日本本州国营铁路、私营铁路、公有地下铁路就向相关的运输省提交了紧急性的高架路桥加固计划，总共需要加固使用的支柱在5万根以上，而且预防坍塌的部分有1万多处，费用大约在1300亿日元，主要的加固对象就是和活断层相互靠近的路段，日本人宣称，他们已经针对于高架路桥的抗震设计、加固等，开发了新型的减震装置，而且日本的建筑企业已经开发出通过重物减少地震晃动的桥梁减震装置，也就是强力调谐质量减震器设备，能够减少晃动大约在30%到60%之间，此类装置主要应用的就是杠杆原理，在出现地震灾害的时候，可以使得桥梁在水平晃动的过程中获取到一定的衰减力，将其设置在高架路桥中，能够有效的预防出现震害事故。从日本所开发的重物减震装置情况而言，TMD主要是利用设置可动类型的重物，形成和地震晃动方向之间相反的晃动，其中对原本晃动进行吸收作用的装置，此类设备主要设置在地基与桥梁连接件上面，借助地震和桥基础之间的反力，使用杠杆作用强行的进行重物摆动，降低水平晃动衰减力。而且此类设备在桥梁中应用较为紧凑，据调查可以应用在50米以上的高架路桥上面。与此同时，日本在研发的过程中，还研究出能够预防出现高级路桥地基液化现象和喷砂现象的新技术，并且设想了各类减震技术方式，主要涉及到被动类型、主动类型与复合类型加重，其中被动类型的减震技术就是隔离有关的地震振动频率带、建筑结构的振动频率带，也可以是通过对地震过程中的震动能量进行吸收，减轻其对高架路桥所产生的影响；主动类型的减震技术，就是控制力类型和可变刚性类型；符合型的减震技术，就是将各种被动装置相互组合，或者是将被动与主动措施相互组合，按照高架路桥的结构特点、当地区域的地震灾害规律等，合理性的进行组合处理，起到一定的减灾作用

^[3]。

（二）美国的抗震措施

美国在预防高架路桥震害的过程中，在经历很多次地震灾害以后先后研发的不同的装置，首先，研发出在伸缩缝位置设置的阻尼设备，可以预防在地震期间出现落梁的现象，以免对交通安全性造成影响。其次就是对加固独柱式墩，最后就是多柱式墩，在使用之后能够增强柱体结构的抗剪性能，保证弯曲延性，在一定程度上还能改善盖梁结构的承载力，促使整体抗剪强度的增强。而且美国在预防高架路桥震害的过程中，使用了优先排序的方式，首先就是要明确出现震害问题概率很高的主要断层部分，按照具体的位置、长度、地质特点等等，合理选择主要的断层，然后明确不同断层之间的关系，通过平均模型的形式处理，确定可能会引发结构破坏问题的最小地面加速度，明确临界值，之前认为临界值是0.5g，后来经过证明此类数值是错误的，之后进行了调整，调整成为0.25g。之后查找主要断层的高风险区域，合理设置抗震的装置和基础设施。而且美国还设想了隔震技术，利用增加结构弹性的形式、增加能量耗散的形式，减少在结构上产生作用的地震力，同时还可以利用对隔振器阻尼、能量耗散性能进行调整，使得高架路桥的上部分、下部分相互对应的位移能够控制在合理范围之内^[4]。

结语：

综上所述，日本和美国已经在多次地震中总结了高架路桥的震害原因，并且提出了很多抗震措施，研究开发出相关的装置和技术，我国在建设高架路桥的过程中，可以借鉴日本与美国的成功经验，按照不同地区的实际情况，合理引进抗震装置，应用先进的工艺技术和措施，并且在各种抗震方式的支持下增强高架路桥的抗震性能，提升其安全性的同时确保稳定性，从根源入手应对震害带来的影响。

参考文献：

[1]唐朝荣,葛新广.基于Kanai-Tajimi谱的高架交界墩横桥向地震动响应分析[J].四川建材,2020,46(8):119-121.

[2]林庆利.基于汶川地震震害的公路桥梁易损性研究[D].黑龙江:中国地震局工程力学研究所,2017，22（45）166-178.

[3]张宇飞.抗震理念在路桥设计的应用分析[J].砖瓦世界,2021,34(2):289-299.

[4]林庆利.基于汶川地震震害的公路桥梁易损性研究[J].国际地震动态,2018,11(10):44-66.

姓名：杜锐（1982年12月20日）男，汉，湖北省洪湖市，本科

单位：广东交科检测有限公司；研究方向：路桥方向；单位所在省市及邮编：广东省广州市白云区钟落潭，510550