学校抗震加固-汕尾学校抗震加固单位

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**。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**，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年)和汶川大地震（2008年），使整个城市成为一片废墟。 

　　随着我国现代化城市和经济的飞速发展，交通线路的重要性越加**，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**公路通畅中起着至关重要的作用。而一旦地震使交通线路瘫痪，将会给国家和人民带来较大的损失和不便。大跨度桥梁是交通运输的关键枢纽，对其进行有效的抗震设计，确保其抗震安全性意义深远。 

　　2大跨度桥梁抗震设计研究进展 

　　大跨度桥梁的抗震设计是一项综合性的工作，反应比较复杂，相应的抗震设计也比较复杂。目前，国内外现有的大多数桥梁工程抗震设计规范只适用于中等跨径的桥梁，**过使用范围的大跨度桥梁则没有可遵循的抗震设计规范，存在许多需要进一步解决的问题。 

　　近30年来，美国、日本等一些国家的地震工程*提出了分级设防的抗震设计思想，一般可概括为：小震不坏、中震可修、大震不倒。我国《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须抗震设防。1997年美国应用技术**完成了一个科研项目(ATC-18)，提出了改进美国公路桥梁抗震设计规范的若干建议[1]。其中，较主要的建议是要采用两水平的抗震设计方法，即要求结构在两个概率水平的地震作用下，分别达到两个不同的性能标准。现行的日本规范已采用这一方法。 

　　1975年，新西兰学者Park和Pauty提出了结构延性抗震设计理论中一个重要思想[2]――能力设计思想。在桥梁抗震设计中，为了使地震造成的破坏易于检查和维修，通常把桥墩选为延性构件，要求弯曲塑性铰出现在地面以上桥墩部分的**部或底部，上部结构和地面以下的基础结构为能力保护构件。能力设计思想已越来越广泛地被国内外*学者所接受。 

　　3抗震设计 

　　“小震不坏，中震可修，大震不倒”的分类设防抗震设计思想已广为接受，而能力设计思想也越来越广泛地被国内外*学者所接受。能力设计思想要求在一座桥梁内部建立合理的强度级配，以保证地震破坏只发生在预定的部位，而且是可控制的。具体来说，要选择理想的塑性铰位置并进行仔细的配筋设计以保证其延性抗震能力；而不利的塑性铰位置或破坏机制（脆性破坏）则要通过提供足够的强度加以避免。 

　　大跨度桥梁的抗震设计应分两阶段进行：1)在方案设计阶段进行抗震概念设计，选择一个较理想的抗震结构体系；2)在初步或技术设计阶段进行延性抗震设计，并根据能力设计思想进行抗震能力验算，必要时进行减、隔震设计提高结构的抗震能力。 

　　3.1抗震概念设计 

　　对结构抗震设计来说，“概念设计”比“计算设计”更为重要。正是由于地震发生的不确定性和复杂性，再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异，使“计算设计”很难控制结构的抗震性能，因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此，在桥梁的方案设计阶段，不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍，还应考虑桥梁的抗震性能，尽可能选择良好的抗震结构体系。 

　　在抗震概念设计时，为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性，要特别重视上、下部结构连接部位的设计，桥墩形式的选取，过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态，在预期的部位形成塑性铰以耗散能量，但不允许出现脆性破坏，如剪切破坏。同时，为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系，必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估)，然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位，并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后，根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣，决定是否要修改设计方案。 

　　3.2延性抗震设计 

　　桥梁的延性抗震设计应分两个阶段进行：1)对于预期会出现塑性铰的部位进行仔细的配筋设计；2)对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算，确保其抗震安全性。这两个阶段可以反复，直到通过抗震能力验算，或进行减、隔震设计以提高抗震能力。 

　　在目前的结构抗震设计中已普遍采用延性抗震准则，其表达式为： 

　　μ≤[μ] 

　　其中，μ和[μ]分别为实际和允许的延性比，这是在延性抗震设计中使用较广泛的破坏准则。 

　　结构关键截面(塑性铰)的曲率延性系数一般远远大于结构的位移延性系数。这是因为一旦屈服出现，进一步的变形主要依靠塑性铰的转动。塑性铰区的横向钢筋配置要同时满足保证截面的延性和保证纵向钢筋不压溃屈曲这两个要求。在这一方面，目前我国的规范还相当不足，可参考国外规范进行。美国AASH-TO规范和欧洲规范对体积含箍率的规定比较一致，特别是欧洲规范对横向约束钢筋的配置有非常详细的配置。 

　　3.3桥梁减、隔震设计 

　　减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时，要根据结构特点和场地地震波的频率特性，通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案，合理分配结构的受力和变形。一方面，应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震力上，不可过分追求加长周期。另一方面，应选用作用机构简单的减、隔震体系，并在其力学性能明确的范围内使用。减、隔震设计的效果，需要进行非线性地震反应分析来验证。 

　　大量研究表明，较适宜进行减、隔震设计的情况主要有：1）桥梁墩柱较刚性，即自振周期较小；2）桥梁很不规则，如墩柱的高度变化较大，有可能导致受力不均匀；3）预测的场地地震运动的能量主要集中在高频分量，而低频分量的能量较少（浅震、近震、岩石地基）。因此，要根据结构特点和场地地震动特点决定是否要进行减、隔震设计，以及采取什么减、隔震装置。 

　　近年来国内外学者提出在桥梁结构中设置粘滞阻尼器来改善结构的抗震性能，已在多座桥梁中得以应用。有研究表明：将隔震支座与粘滞阻尼器组合使用既能减小结构地震力，又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。 

　　4 抗震加固技术 

　　在决定一座桥梁是否如何加固以前，应先评估其抗震能力。主要是先决定墩柱的破坏形式及墩柱的较大延性能力，其次计算整体屈服的地震加速度及整体的较大延性能力，最后算出桥梁的抗震能力Ac值。 

　　4．1 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。 

　　4．2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。 

　　对隔震而言，利用周期、阻尼与位移等相依变量进行参数分析，配合加固目标的订定，最后提出结合位移设计法的隔震装置加固设计程序。隔震装置的分析采用铅芯橡胶支座(LRB)以及摩擦单摆支座(FPS)两种。 

　　对减震而言，亦可结合位移设计法进行减震加固设计。可使用替代结构法，将结构以等效劲度及等效阻尼比以线性迭代的方式来进行粘滞性阻尼器(vis-cous damper)的加固设计。 

　　4．3 发展趋势 

　　国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料，开始检讨过去单纯“强度抗震”设计的指导思想，研究考虑基于性能的抗震设计原则。基于性能的设计(performance-based seismic design)被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标，可以是单一指标，也可以是多指标或组合指标。 

　　从桥梁震害调查中发现，遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构，绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。因此，国外主要的多震国家，开始强调桥梁结构整体的延性能力，其它一些国家则在原有规范的基础上，也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力，并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力。 

　　从加固的对象上来看，美国、日本等桥梁抗震加固水平较高的国家，已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施，转移到重视桥墩整体延性上来，以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。 

　　在研究手段方面，整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验，而是和现代科技融为一体的高科技试验。 

　　4结语 

　　大量的震害表明，合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大减轻甚至避免震害的产生。随着对地震机理认识的逐步加深，提高和完善桥梁结构物的各项功能，以及桥梁抗震构造措施进一步的改进和完善，可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。而桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的基础，建议针对我国公路桥梁的特点，得出适合于我国公路桥梁的抗震加固技术，并推广应用，为提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证。 

　变电站是电力供应的重要设施，是改变电压的场所，能实现电力系统中高低电压变换，合理控制电流流向，以及适当调整重要电力设备电压[1]。随着地震灾害的频繁发生，如汶川8.0级地震、玉树7.1级地震等，变电站建筑受到了严重破坏，不仅造成了巨大的经济损失，还造成电力系统无法正常供电，加大了抗震救灾难度。因此，必须严格按照国家规范要求，并以安全、适用、抗震为原则，对变电站建筑进行抗震设计及抗震加固设计，尤其是主控配电室，从而有效提高变电站建筑抗震性能。 

　　1.地震对变电站建筑的影响 

　　变电站主要建筑是主控楼、检修楼、各保护小室、通信机房等，多为框架结构，发生地震后这些框架结构会随之一起运动，放大地震效应，以致可靠性降低，较易在地震中被破坏。主控配电室是变电站非常重要的建筑，集中了变电站主变、断路器、电抗器组等设备，对监控、操作和调配电力具有重要作用，若该建筑抗震性能低，发生地震后较易被破坏，以致无法满足供电需求[2]。例如，2008年汶川8.0级地震发生后，共计损毁245座变电站，严重影响了电力系统运行。接近震源的四川钢铁厂5座变电站也是受损较为严重的变电站，尤其是建造于1995年的3座变电站，建设设计时因未考虑地震灾害影响，抗震性能低，地震过后，这3座变电站的建筑和设备被完全损毁，而且无法修复。另外2座建造于2006年的变电站，因主控配电室采用二层框架结构，地震过后，这2座变电站的建筑和设备基本无损毁，而且经抢修后仍能维持正常供电。因此，必须对变电站建筑进行科学合理的抗震及抗震加固设计。 

　　2.变电站建筑的抗震设计 

　　在变电站建筑抗震设计中，抗震理论设计、抗震计算、抗震设防设计是非常重要的部分，这些设计可有效提高变电站建筑抗震性，切实抵抗地震灾害。 

　　2.1变电站建筑抗震理论设计 

　　在变电站建筑抗震理论设计中，主要包括建筑结构体系布置、建筑平面和立面布置，具体为： 

　　建筑结构体系布置：**应用横墙承重结构体系，并在抗震设计时，特别考虑变电站建筑长度、横墙。为满足抗震要求，变电站建筑通常应用框架结构，将墙体作为填充墙，而且同一建筑应用相同的结构类型。变电站配电室通常和附属建筑合在一起，虽然层高不同，但应应用相同的框架结构，并在层高变化处设置后浇带，以防地基出现不均匀沉降现象。 

　　建筑平面和立面布置：在变电站建筑布置中，片面布置应规则、对称，立面布置应协调、规则，确保建筑整体稳定且结构刚度均匀变化。由于户内变电站功能要求和场地限制，平面布置通常不规则，但为了满足抗震设防要求，可将沉降缝设于不规则处。在立面布置中，为防止刚度突变，需综合考虑变电站建筑墙体刚度，对于不连续的墙体，可将层间梁加于层高较高的层间，并加大该处梁和柱截面，从而确保墙体上下刚度一致。 

　　2.2变电站建筑抗震计算 

　　在变电站建筑抗震设计中，抗震计算是重要组成部分，可通过底部剪力法对建筑砌体结构进行抗震设计。目前，随着科学技术的发展，建筑抗震计算软件越来越多，但只有正确应用科学的软件，才能取得安全、符合实际的抗震计算结果，而且为了尽可能缩小计算结果和建筑实际抗震性间的差异，对变电站建筑进行抗震计算时，必须按实际输入所有荷载，严禁简化荷载[3]。 

　　2.3变电站建筑抗震设防设计 

　　变电站建筑抗震设计不仅要满足《建筑抗震设计规范》相关要求，还应结合抗震设计和施工经验，科学合理的进行抗震设防设计，该设计主要包括应用砖混结构、验算梁抗弯强度、框架柱合理布置和配筋。 

　　应用砖混结构：变电站建筑设计中，由于功能、造价等因素，配电室和附属建筑通常会有错层，因此必须应用砖混结构。分开布置砖混结构时，需严格按照抗震缝宽度要求设计缝宽；若未分开布置砖混结构且共用一面墙时，需将圈梁分别设于墙高、低跨楼板处，而且需严格按照低跨楼板水平地震力，科学合理的计算低跨处圈梁配筋。一般情况下，对于不满足规范要求的砖混结构窗间墙较小宽度和横墙间距，需对平面外抗弯强度进行验算，并合理设置通体构造柱，也可加设适宜的壁柱。为加大砖混结构墙体刚度，需将壁柱设于留设的洞口两侧，并将圈梁设于窗台板下，从而可靠连接过梁和墙体。 

　　验算梁抗弯强度：严格按照地震竖向作用对梁抗弯强度进行验算，可避免跨度较大的梁受地震影响被破坏。由于地震力向上作用时会改变梁正常受力，即由下部受弯变为上部，所以为避免地震作用破坏梁，需在梁跨中截面上部配置受拉钢筋，并将抗扭钢筋设于梁中，以提高梁抗扭强度。 

　　框架柱配筋和合理布置：计算地震力时，柱受力、水平剪力、扭矩会很大，为满足变电站建筑框架柱抗震要求，必须通过计算抗压、抗剪、抗扭，确定框架柱配筋，而且需根据建筑功能要求布置框架柱，尽可能控制柱距，以及适当加大柱截面。 

　　3.原有变电站建筑抗震加固设计方案 

　　**前，我国经济状况较差，但为了向人们提供日常生产生活所需电能，多数变电站建筑未考虑抗震设防，无法抵抗地震灾害，严重的甚至导致变电站建筑在地震后完全被损毁[4]。目前，为保证变电站安全稳定运行，电网公司根据不同变电站建筑具体情况，制定科学合理的抗震加固设计方案，分批抗震加固处理无抗震设防的变电站建筑。为提高原有变电站建筑抗震性能，具体抗震加固设计方案如下：（1）对于以毛石为刚性基础，且未进行地基处理的原有变电站建筑，可将现浇钢筋混凝土弹性带加于原有基础内外，以提高基础整体性。（2）对于砖混结构，且无构造柱和圈梁的原有变电站建筑，可将混凝土柱、拉梁设于原有建筑外墙，即柱设于房屋四角和横梁与纵墙交接处，拉梁则沿全高设于上、中、下部，而且将钢筋植入新加梁柱内，使拉梁可靠拉结原有墙体。另外，还需加强约束变电站建筑原有墙体，即在墙体内外用钢筋网和50mm厚混凝土，并焊接钢筋网和原有建筑墙体内植入的钢筋，从而提高墙体整体性、抗剪能力、抗震能力。（3）对于梁下无构造柱，且墙体局部抗压弱的原有变电站配电室，可将混凝土壁柱加于梁下，并拉接新加柱，以提高梁下墙体强度。（4）对于抗震性、保温、防水等性能差，且屋顶为预制板的原有变电站建筑，可拆除屋顶原有防水和保温层，并将双向钢筋网现浇层设于原有预制板，以提高屋顶整体刚度和抗震性。（5）变电站配电室具有横墙少、跨度大、开间多等特点，为加强外纵墙和墙体抗震能力、整体性，可将钢筋拉杆设于外纵墙间。 

　　4.小结 

　　总之，社会经济的发展和人们的日常生活与电息息相关，而连接电厂和用户终端的纽带是变电站，所以为满足人们日常生产生活用电需求，必须确保变电站安全稳定运行，尤其是发生地震灾害后。在变电站建筑设计中，主控配电室是较主要的建筑，必须高度重视其抗震及抗震加固设计，才能提高变电站建筑抗震性，有效抵抗地震灾害，进而有效确保地震后电力正常且安全的供应。