浅谈汶川大地震后桥梁抗震加固的发展

蔡汶秀

摘要：

汶川地震是新中国成立以来，在人口密集地区破坏性大，范围很广，震害情况复杂的一次地震。桥梁作为跨越河流、山谷或其他障碍物时使用的建筑物，在现代高速发展的交通领域有着无可替代的作用。基于汶川地震，在灾区范围内对桥梁造成的几种常见破坏形式，探讨分析其震害原因，本文浅谈针对性的桥梁抗震加固和发展，可为后续桥梁抗震设计提供参考依据。

关键词：汶川地震；震害分析；桥梁抗震；桥梁设计

中图分类号：TU997

引言：

汶川地震发生8.0级特大级地震，在国内外都引起了广泛的关注。很多桥梁都发生灾难性的震害，造成了巨大的经济损失，灾后重建工作也是一项巨大的难题[1-2]。桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成。调查研究表明桥梁经历特大地震后，桥梁破坏模式及震害原因，分析桥梁所存在的问题，根据桥梁抗震规范，在桥梁设计中选择有效、合理的减震、隔振措施，提高桥梁整体稳定性及抗震性能[3-6]。

1.桥梁震害分析

1.1桥梁破坏模式

历史回顾震后桥梁情况，根据调查统计，以汶川地震为例，如寺庙子坪大桥、百花大桥、小鱼洞大桥和映秀顺河大桥等，桥梁都发生了不同程度的破坏。如表1所示，桥梁震害中常见破坏模式主要分为地基与基础破坏、墩柱破坏、支座破坏、节点破坏及桥台沉陷等。

表1 桥梁震害中常见破坏模式[7]
破坏形式	破坏现象
地基与基础破坏	地层的水平滑移、下沉和断裂，墩台倾斜、倒塌或折断等
墩柱破坏	落梁、结构倒塌等
支座破坏	支座撕裂、脱落、桥梁位移过大等
节点破坏	混凝土压碎，锚固筋的破坏等
桥台沉陷	桥梁发生竖向旋转，垂直沉陷等

1.2 桥梁震害原因

本节将通过以下5点，简单分析桥梁震害原因，为后续桥梁设计提供理论依据。在汶川地震中，桥梁震害严重，例如：成灌高速跨线桥梁撞击损伤，新房子大桥桥头撞击损伤、寿江大桥桥台病害等。

（1）地形，地质条件：从汶川地震中被损坏的桥梁来研究，地形地质条件有着明显的影响。而且这类破坏现象是桥梁难以解决的。特别是重灾区的桥梁震害，很多倒塌的桥梁都出现在活动断层上。把陡峭山坡和软弱地基等作为选址的桥梁情况更为突出。

（2）强梁弱柱效应：桥墩之间的中横梁过于强大，导致强梁弱柱效应的出现，使结构的第一塑性铰出现在桥墩上，致使结构失效。

（3）支承方式：部分桥梁采用一个固定支座搭配多个活动支座的组合方式。当地震作用时，桥梁上部结构的地震作用几乎不能承重，由桥梁的下部结构进行承担。该桥墩在强大的地震作用下迅速破坏，因此出现“多米诺”效应式坍塌的现象。

（3）桥墩配箍率：根据调查发现，损坏的桥梁所配钢筋的级别不够如桥墩配置HRB235 级钢筋，直径太小 ，间距太大，配箍率太低，远远低于公路工程抗震设计规范（JTG 004-89）的标准。结果导致桥梁的核心混凝土约束太小，不能发挥抗压作用，桥梁破坏严重。

（4）支撑方式：在汶川地震作用下，桥梁体系迅速破坏，例如采用一个固定支座搭配多个活动支座的组合方式，会导致桥梁全联上部结构的水平地震力不能由上部结构承担，从而全部由固定支座下的桥墩承担。因此在特大地震作用下，强大的地震力迅速由桥梁的上部结构传送到下部结构，桥梁的迅速失稳，桥墩、地基、基础等严重破坏出现“多米诺”效应式坍塌现象。

（5）河卵石骨料：在震灾区发现，混凝土结构的骨料是光圆的河卵石。由于此类骨料与水泥的胶结面非常整齐平滑，反而降低胶结能力，在地震波下，混凝土非常容易出现开裂破坏。

2. 桥梁抗震加固

随着地震的频繁发生，桥梁的抗震规范也在不断改善，桥梁抗震设计方法也在不断发展。与汶川地震桥梁震害原因相对应，桥梁抗震设计也因从以下方面进行考虑。我们必须严格按照规范标准执行关于桥梁的所有设计。桥梁的选址工作必须在地质勘察和专项的工程地质、水文地质调查的基础上，查阅大量文献，实地考察后按照地质构造的活动性、边坡稳定性、场地地质条件等进行综合决定，尽量避免地震活动频繁区域选址。对于桥梁作用力而言，我们必须考虑桥梁抗震设计中的作用力，如地震动的作用，地震土压力、结构重力等，确保在自然灾害时，桥梁结构整体稳定性保持良好。在桥梁中增设，如屈曲约束支撑、橡胶支座、摩擦摆式橡胶支座等。经常被比喻为桥梁结构的“保险丝”。在地震作用下，减震隔振装置承受的作用力大于自身所承受的屈服承载力时，会进入塑性耗能阶段，有强大的耗能能力。因此，在桥梁结构中设置减震隔振装置对桥梁结构稳定性发挥着积极的作用。对桥梁结构进行加固，提高桥梁承载能力。如优化截面设计和合理配置钢筋，通过优化桥梁梁板的形状或者优化桥梁截面面积来提高桥梁抗震性能。塑性铰加密区域配置的钢筋应延伸到盖梁和承台以内，且距离不应小于规范中要求尺寸等。对于桥梁加固工作，我们可以分别从桥梁的上部结构、下部结构、连接构件等方面入手。例如在桥梁上部结构中增大截面面积、进行结构体系的转化等，在桥梁下部结构中加固支座、桥台、基础等。通过以上加固方法来提高桥梁承载能力和桥梁抗倾覆能力等，从而达到桥梁更好的抗震效果

[8]。

3结论

本文在汶川地震桥梁震害的基础上，探讨桥梁震害的破坏模式及原因。提出桥梁抗震设计的一些建议，为改善和提高桥梁的抗震性能，提供了理论支撑。桥梁抗震技术的不断进步与突破也将带领桥梁事业的蓬勃发展，带领土木建筑业等行业的不断飞跃，因此探讨学习震后桥梁抗震加固的发展，任重而道远。

参考文献：

[1] 赵国辉, 刘健新. 汶川地震桥梁震害分析及抗震设计启示[J]. 震灾防御技术, 2008, 3(4):7.

[2] 王东升, 郭迅, 孙治国,等. 汶川大地震公路桥梁震害初步调查[J]. 地震工程与工程振动, 2009, 29(3):11.

[3] 唐伟健, 王东升, 张鹏颺,等. 桥梁震害的历史回顾(上)[J]. 地震工程与工程振动, 2021, 41(4):11.

[4] 唐伟健, 王东升, 张蒙,等. 桥梁震害的历史回顾(下)[J]. 地震工程与工程振动, 2021, 41(5):16.

[5] 李健. 基于震害分析的桥梁抗震设计[J]. 交通世界, 2021(29):2.

[6] 王济源, 李雪婷. 桥梁震害及抗震设计方案[J]. 工程建设与设计, 2020(3):3.

[7] 张春来, 马小花. 桥梁的抗震设计方法分析[J]. 中国新技术新产品, 2018(13):2.

[8] 唐光武, 刘亮, 谢皓宇,等. 既有桥梁抗震加固设防标准研究[J]. 公路交通技术, 2020, 36(6):5.