15.1  自上世纪80年代，我国桥梁建设发展非常快，修建了大量单跨跨径超过150m的特大跨径桥梁，以及大跨径的斜拉桥和悬索桥等特殊桥梁。这类桥梁一般在日常的交通和经济运行中占据非常重要的地位，并常常处于震后交通生命线的关键节点部位，部分桥梁甚至还承担电力、城市用水等的输送功能，其抗震设防标准与性能目标应根据其功能需求进行深入的研究，故不在本规范加固适用范围内。

15.2  抗震评估

15.2.1  对桥梁结构进行抗震性能的评估的原因来自两个方面，首先是地震中桥梁的严重破坏后震害的修复或加固；其次是随着新规范的颁布执行、设计方法的发展和更新，需要对按以前方法设计的或根本就没有进行抗震设计的桥梁的抗震性能进行评估。桥梁抗震性能评估及加固过程不同于新建桥梁的抗震设计，在对桥梁进行抗震评估后，并结合投资效益分析确定桥梁是否需要加固以及加固的标准。既有公路桥梁有相当一部分未考虑抗震设防，有些虽然考虑了抗震设防，但与现行《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）的规定相比，并不能满足相应的设防标准的要求，而且随着抗震理论水平的发展和震害经验的不断总结，抗震设计规范也进行了改进。桥梁抗震性能评估及加固过程不同于新建桥梁的抗震设计，在对桥梁进行抗震评估后，并结合投资效益分析确定桥梁是否需要加固以及加固的标准。

15.2.3  首先确定最危险及最需要加固的结构，可称为优先研究阶段；其次是对需要加固的桥梁进行详细的结构分析阶段。并非一个地区或一个国家中的所有可能遭受震害的桥梁均要同时进行加固，有些桥梁即使在地震中遭到一定的破坏，但仍能满足运行的要求，或者在降低车辆荷载等级后无需加固仍可继续使用。在选择需要加固的桥梁时，除了最危险的桥梁需优先考虑之外，同时也受到桥梁的重要性、结构的实际破坏情况和经济实力等因素的制约。

对既有公路桥梁进行抗震性能评价和抗震加固时，待评价的公路桥梁应根据路线等级及桥梁的重要性和修复（抢修）的难易程度，按新编公路桥梁抗震设计规范将公路桥梁分为A 类、B 类、C 类、D 类四个抗震设防类别。A 类桥梁是指位于高速公路和一级公路上的主跨径超过150 米的特大型桥梁（不含引桥及引道），B 类桥梁是指高速公路和一级公路上的除A 类以外的桥梁及二级公路上的大桥、特大桥等，C 类桥梁是指属A、B、D 类以外的公路桥梁，D 类桥梁是指位于三、四级公路上的抗震次要的桥梁。

在抗震评估的优先研究阶段，主要从以下几个主要方面着手：

A

(a)桥梁结构的重要性；

(b) 结构本身的特点及结构的易损性，结构易损性不但与结构的形式有关（如：桥梁的跨数、上下部结构的连接情况、桥墩的形式、桥台的布置等），而且与桥梁设计时间及建筑质量有关，有些桥梁没有进行抗震设计，有些桥梁的抗震设计单一依据强度方法，而对延性的考虑不够，桥墩在地震作用下的耗能能力很差；

(c) 基础及场地的特征，主要包括砂土液化的可能性、场地土的类型等；

(d) 桥梁所在地区的设防烈度；

(e) 结构建造的年代。

15.2.4 按新编公路桥梁抗震设计规范，对于不同重要性的桥梁，按设计基准期内的风险概率采取相近的原则：当遭受桥梁设计基准期内发生概率较高的地震E1影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受桥梁设计基准期内发生概率较低的地震E2影响时，应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经加固修复后仍可继续使用。其中，根据新编公路桥梁抗震设计规范，地震E1为设计基准期内超越概率为63.2%的地震作用；而地震E2为设计基准期内超越概率为2%的地震作用。

15.2.5  根据历次大地震桥梁震害的调查和大量的实验、理论研究结果，公路桥梁的地震破坏主要为：（1）承台的抗剪及抗倾覆性能不足，导致承台倾覆；（2）桥墩塑性铰的抗弯、抗剪强度及变形能力不足，导致桥墩破坏；（3）桥墩钢筋的连接及锚固性能导致桥墩破坏；（4）盖梁与桥墩的节点处的破坏；（5）桩基的强度、桥梁支座连接等破坏。因此对现有桥梁的抗震性能评估应从这下几方面着手。

对既有公路桥梁进行抗震性能评价时，应根据一般调查时所掌握的资料，通过与现行抗震设防标准的比较，确定待评价桥梁抗震的抗震性能水平。

地震需求为结构地震反应，包括：墩柱、桥台、支座、基础等的弯矩、剪力、轴力值以及支座、墩柱、基础和伸缩缝等的位移、转角和延性值等；能力为根据构件的实际尺寸和材料经计算分析得到或试验验证所具有的能力值。

能力/地震需求比值大于等于1 表明该构件在该水准地震作用下不会发生破坏，小于1 表明该构件在该水准地震作用下，可能发生破坏。从结构中最低的比值开始，调查每一比值低于1 的构件，评价由于该构件的破坏对整个结构抗震抗震性能的影响，从而确定评价结果。如果被评价某构件的破坏导致不可接受的后果，经加固后的构件满足了抗震性能，这时仍需对整个桥梁结构的抗震性能进行重新评价。当加固好的构件改变了结构其他构件的响应，也必须对其进行重新评价，重新计算各构件的抗震能力/地震需求比值，重新评价各构件的抗震性能。

15.2.6 地震E1作用下，结构处在弹性工作范围，可采用反应谱方法和线性时程方法计算，对于规则桥梁，由于其可简化为单自由度，因此可考虑采用简化的单模态反应谱方法计算。地震E2作用下，由于结构已进入弹塑性工作范围，对于非规则桥梁只有采用非线性时程的方法才能正确预计结构的非线性地震反应；但对于规则桥梁，可以利用结构的弹性反应，采用修正系数的方法来考虑弹塑性效应，因此可采用简化方法。

15.2.7由于重力式桥墩一般为混凝土等结构，结构尺寸大、延性能力低，因此可只考虑进行地震影响E1作用下的抗震性能评估。D类桥梁是指位于三、四级公路上的抗震次要的桥梁，也只考虑进行地震影响E1作用下的抗震抗震性能评估。

15.2.8 为了简化桥梁结构的动力响应计算及抗震设计和校核，将梁式桥、高架桥，根据其结构在地震作用下动力响应的复杂程度分为两大类，即规则性桥梁和非规则性桥梁。对于规则性桥梁的抗震评估、设计与校核，根据目前积累的大量震害经验及理论研究成果，采用简化计算方法和设计校核步骤就可以很好把握其在地震作用下的动力响应特性，并使设计的结构满足预期的性能要求。对于非规则性桥梁，由于其动力响应特性的复杂程度，采用简化计算方法不能很好的把握其动力响应特性，因此对非规则性桥梁，要求采用比较复杂的分析方法和设计校核过程来保证其在实际地震作用下的性能满足要求。

若实际桥梁结构在地震作用下的动力反应可以近似简化为单自由度系统的动力反应，则这类结构称为规则性桥梁结构。根据这个定义，规则性桥梁的地震反应应以一阶振型为主，进而可以采用本规范建议的各种简化计算公式进行分析。对规则性桥梁采用简化的设计、校核过程也可以保证其能够满足规范规定的预期抗震设计性能目标。

显然，要满足规则性桥梁这个定义，实际桥梁结构应在跨数、几何形状、质量分布、刚度分布以及桥址的地质条件上等需要服从一定的限制。具体地讲，要求实际桥梁的跨数不应太多，跨径不宜太大（避免轴压力过高），在桥梁纵向和横向上的质量分布、刚度分布以及几何形状都不应有突变，相邻桥墩的刚度差异不应太大，桥墩长细比应处于一定范围，桥址的地形、地质没有突变，而且桥址场地不会有发生液化和地基失效的危险等等。对弯桥和斜桥，要求其最大圆心角和斜交角应处于一定范围；对安装有隔震支座和（或）阻尼器的桥梁，则不属于规则桥梁结构定义范围。为了便于实际操作，此处对规则性桥梁给出了一些规定。迄今为止，国内还没有对规则桥梁结构的定义范围作专门研究，这里仅借鉴国外一些桥梁抗震设计规范的规定并结合国内已有的一些研究成果.

15.3 桥墩加固方法

15.3.1  在美国，自从1989 年Loma Prieta 地震后，改进桥梁下部结构（桥墩、柱、盖梁和基础）抗震性能的加固措施受到大量的研究和发展。尤其在加州San Diego 大学对大量新建的和加固的桥墩、柱进行了试验研究。这些研究项目主要是研究各种加固措施对提高桥墩、柱构件的弯曲、剪切强度和桥墩的弯曲延性能力的有效性。既有桥梁的钢筋混凝土桥墩通常在弯曲延性能力和剪切强度方面存在不足。弯曲强度不足可能是由于在塑性铰区的纵筋搭接不足或纵筋提前截断造成的。对于钢筋混凝土桥墩、柱，目前应用比较多的加固技术有加大截面法、钢管外包加固方法、复合材料加固方法等。

加大截面法是一种常用的墩柱加固方法，在原有墩柱的表面增加一层混凝土及纵向钢筋和横向钢筋，增加的横向钢筋能提高墩柱的剪切强度及延性能力，而纵向钢筋能否提高墩柱的弯曲强度则取决于纵筋是否锚固在承台中，承台也必须加固以便承受增加的剪力及倾覆弯矩。若纵筋在承台表面处被切断，则弯曲强度不会增加，由于外包混凝土对核心混凝土的约束作用，提高了墩柱的延性能力。加大截面加固方法通常采用的截面形式有圆形、矩形等，加固方式可分为全截面加固和部分加固方法。为提高加固后墩柱的延性能力，必须保证加大截面对原有墩柱截面的约束作用，对圆形墩柱而言比较容易实现，可采用密布箍筋或螺旋式箍筋，而对于矩形或方形墩柱截面，则采用添加辅助箍筋，同时凿去原有墩柱转角处的混凝土，并采用多角形箍筋，可获得较好的约束效果。

钢管外包技术：这个技术最初是针对圆柱桥墩提出的。采用两块半圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接，钢管内径比桥墩直径略大，空隙中灌注添加微膨胀剂的水泥沙浆，钢管的下端与承台顶面有3-5cm 的间隙，防止桥墩在地震作用下弯曲时因钢管的受压而增加截面的弯曲强度。钢管提供的是有效的被动约束应力，这种被动约束应力来自于混凝土受压而引起的膨胀受到钢管环向强度和刚度的限制。类似的效果当桥墩发生对角剪切破坏裂缝时也存在。因此，钢管可被看作连续的环向箍筋。对于矩形桥墩，为了提供类似于圆柱桥墩的连续的约束效果，建议加固时采用椭圆形的钢管，较大空隙可灌注与原桥墩（柱）同标号的混凝土。加固后的矩形桥墩具有很好的弯曲和抗剪能力。矩形钢管对提高桥墩、柱的抗剪能力是有效的。但桥墩进行抗剪加固时必须保证足够的弯曲延性能力，但矩形钢管提供的延性能力很差。

复合材料加固方法：通过外包组合纤维/环氧树脂套管来实现约束效果已经通过试验的研究得到证实。在桥墩的关键区域如桥墩底部可由无应力纤维/环氧树脂缠绕套管提供被动约束应力。这个加固技术试验研究表明可有效提高圆形桥墩的弯曲延性能力和抗剪强度。现场安装和耐久性等因素是否能满足要求是该项技术能否应用的关键。

15.3.2 引用美国：“Seismic RetrofittingManual for Highway Bridges”的规定。

15.3.3 引用美国“SeismicRetrofitting Manual for Highway Bridges”的规定。

图 15.1曲率分部模式

1  平截面假定。

2  剪切应变的影响忽略不计。

3  钢筋和混凝土之间无滑移现象。

4  采用前述的钢筋和混凝土的应力－应变关系。

用条带法求弯矩－曲率关系时有两种方法，对于给定的轴力，采用逐级加荷载法和逐级加变形法。逐级加荷载法的主要问题是每改变一次荷载，截面曲率和应变都要同时改变,而且加载到最大弯矩之后，曲线进入软化段，很难确定相应的曲率和应变，一般采用逐级加曲率法。

15.3.9 对于规则桥梁的单柱墩，由于可简化为单自由体系，E2水平地震作用下，墩顶的容许位移可以根据塑性铰的塑性转动能力，参考美国《加州抗震设计规范》，按3.1.3条计算出。对于双柱墩横向，由于很难根据塑性铰转动能力直接给出计算墩顶的容许位移的计算公式，建议采用静力推导方法（Pushover），计算墩顶容许位移。

15.3.10 地震中大量钢筋混凝土墩柱的剪切破坏表明：在墩柱塑性铰区域由于弯曲延性增加会使混凝土所提供的抗剪强度降低。为此，各国对墩柱塑性铰区域的抗剪强度进行了许多研究，ACI－319－89 要求在端部塑性铰区域当轴压比小于0.05时，不考虑混凝土的抗剪能力，新西兰规范NZS－3101中规定当轴压比小于0.1时，不考虑混凝土的抗剪能力。而我国《公路工程抗震设计规范》没有对地震荷载作用下的钢筋混凝土墩柱抗剪设计作出特别的规定，工程设计中缺乏有效的依据，只能套用普通设计中采用的斜截面强度设计公式来进行设计和校核，存在较大缺陷。因此，对增大截面法加固的桥墩，采用《美国加州抗震设计准则》的抗剪计算公式，但对其混凝土提供抗剪能力计算公式进行了简化，具体如下。

《美国加州抗震设计准则》的抗剪计算公式中塑性铰区域内混凝土提供的名义抗剪应力为：

15.4  桥梁基础加固方法

15.4.1  在桥梁抗震加固中，基础的加固可能是最昂贵的。发现的缺陷主要有承台弯曲强度、剪切强度、承台/柱剪切强度、桥墩纵筋锚固、桩承载力和抗倾覆能力等不足。

15.4.2 由于承台顶部钢筋较少，使承台与桩的抗拉连接不足导致承台的弯曲强度较低。底部钢筋也可能不足，尤其对于宽的承台，远离桥墩的钢筋发挥的作用很低。

15.4.3 如果超过一倍承台厚度的范围内，则这些钢筋提供的抗弯强度是很少的，除非允许承台中发生较大的延性变形。

15.4.5 当受到情况限制无法采用增加钢筋混凝土来提高承台的弯曲强度时，可以使用预应力技术进行加固。预应力管宜穿过原有的承台，如果不允许，也可从增加的钢筋混凝土中穿过，但后一种方式效果可能比前一种要差。

 承台剪切强度不足时的加固比弯曲强度加固要复杂的多。在大多数既有承台中，在桥墩压力和基础、桩反力之间的剪力是由承台内对角受压部分的混凝土承担的，这往往要求承台底部的钢筋锚固牢固，作成90 度弯钩。如果对角受压部分混凝土倾斜角度少于30 度，或底部受拉钢筋锚固不足，则需通过增加承台厚度（这将增加混凝土抗剪机构承受的能力）、或穿过承台的竖向钢筋或预应力筋（相当于增加额外的箍筋）水平向穿过承台的预应力筋（一般用于增强弯曲强度，同时也可增强抗剪能力）来提高承台的抗剪能力,如图15.3

图15.3 承台剪切强度加固

15.4.6 扩大基础（承台）或桩基础支撑承台在地震作用下可能发生上拔（提离）。这中响应有时是可以允许的。当倾覆弯矩小于墩柱的弯曲强度时，这种承台摇摆可以起到隔震的效果，从而避免墩柱、承台发生屈服。然而当摇摆的位移很大或承台可能发生破坏，这时需进行加固，以提高抗倾覆的能力。增加拉力桩一般与增大承台平面尺寸同时应用。值得指出的是，利用地基锚固很难从地基锚固中得到主动的拉力，因此，当发挥地基锚固作用以提高倾覆抗力之前，承台就可能会发生较大的位移而达不到预期效果。

15.5  减隔震加固措施

15.5.1  在桥梁抗震设计中，引入隔震技术的目的就是利用隔震装置在满足正常使用功能要求的前提下，达到延长结构周期，消耗地震能量，降低结构的响应。因此，对于桥梁的隔震设计，最重要的因素就是设计合理、可靠的隔震装置并使其在结构抗震中充分发挥作用。即桥梁结构的大部分耗能、塑性变形应集中于这些装置，允许这些装置中在罕遇地震作用下发生大的塑性变形和存在一定的残余位移，而结构其它构件的响应基本为弹性或有限塑性。应注意到，当隔震装置采用的是铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座时，已改变了传统钢支座等提供的约束关系，其与传统的钢支座不同，不再是提供简单的“固定”、“可动”约束条件，而是弹性约束条件。为设计人员提供了一种比较自由的方式来确定分配到下部结构各构件中的水平力，改善了整个桥梁下部结构的受力。此外，在桥梁结构中使用隔震装置还具有以下一些优点：

通过设计隔震系统，可改善降低后的地震力在下部结构各支座间的分布，以保护桥墩、桥台，必要时还保护上部结构。

对结构横向地震反应采用隔震，可以调节横向刚度，因而可改善结构的扭转平衡，降低地震力。当上部结构隔震段在平面图上又细又长时，有时可以通过调节隔震支座的横向刚度使得下部结构的刚度近似相等，从而达到调节结构的地震反应。

上部结构隔震可用来减小或消除在设计水准地震下下部结构超出弹性范围的现象，在难以检查或修复的地方，如部分埋置的桥墩和它们的基础，可避免在这些部位发生严重的非弹性变形。

采用隔震系统后，在同等造价情况下可获得比传统抗震设计高的抗震性能，如保护墩柱。

这些隔震支座在正常使用条件下，由温度、收缩、徐变等变形引起的抗力很小，这为城市高架桥梁中超多跨连续梁桥的采用，即减少伸缩缝的使用提供了可能，使连续梁桥一联的长度增加，大大改善了行车条件并降低了维护费用。

同传统非隔震桥梁比，在经历较大地震后，隔震装置的更换比较容易，维修时间和费用均比较低，而传统桥梁的抗震加固在时间、费用上一般比较高。值得指出的是，隔震技术的应用并不是在任何情况下均适用。对于基础土层不稳定，易于发生液化的场地；下部结构柔性大，桥梁结构本身的固有周期比较长；位于场地特征周期比较长，延长周期可能引起地基与桥梁结构共振以及支座中出现较大负反力等情况，不宜采用隔震技术。

15.5.2  桥梁减隔震设计就是通过引入隔震装置来延长结构的周期，达到改变结构动力特性的目的，以避开地震能量相对集中的频段，并利用耗能装置来抑制结构的位移，从而达到全面降低结构动力响应的目的。因此，在地震作用下应以隔震装置抗震为主，非弹性变形和耗能宜主要集中于这些装置，而其它构件（如桥墩等）的抗震为辅。为了使大部分变形集中于隔震装置，就必须使隔震装置的水平刚度远低于桥墩、桥台、基础等的刚度。因此规范强行规定隔震设计的桥梁，其隔震周期至少应为非隔震周期的2倍以上。

15.5.3  当减隔震装置采用的是铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座等类似的橡胶型减隔震装置时，已改变了传统钢支座等对桥梁提供的约束关系，与传统的钢支座不同，不再是提供简单的“固定”、“可动”约束条件；而是弹性约束条件。这也就使的结构的振动响应成为整体。这就给设计人员提供了一种比较自由的方式来确定分配到下部结构各桥墩、桥台间的水平力，改善了整个桥梁下部结构的受力。由于橡胶隔震支座的引入，桥梁的响应是整体的，各桥墩的响应是相互耦连的。随着计算机软件的发展，较复杂的分析计算完全可由计算机来完成，也并不会增加设计人员的工作量。因此，在本规范中，对于隔震桥的分析，其分析模型一般建议采用全桥模型，而不必沿用过去规范中所采用的简化单墩模型等。减隔震结构一般比较柔，在地震作用下结构的变形一般比较大，同普通桥梁相比，伸缩缝、挡块等因素对减隔震桥梁动力响应的影响比较显著。因此，在进行减隔震桥梁动力响应校核时，应对这些因素给予适当考虑。

15.5.4  从桥梁减隔震设计的原理知，减隔震桥梁抗震的主要构件是减隔震装置，而且，在地震中允许这些构件发生损伤。这就要求减隔震装置性能可靠，且震后可对这些构件进行维护。此外，为了确保减隔震装置在地震中能够发挥应有的作用，也必须对其进行定期的检查和维护。

15.5.5  当桥墩位于显著不同地震条件时，或桥长大于600米，理论分析表明，由于地震动特性的空间变化，可能会对隔震桥梁的动力反应有较大影响，特别是对结构的位移反应可能影响显著，因此，建议对此给予适当考虑。

15.5.6  由于弹性反应谱分析方法的简洁性和已为大多数设计人员所熟悉，且在一定条件下，使用该分析方法进行减隔震桥梁的分析仍可得到较理想的计算结果。尤其在初步设计阶段，可帮助设计人员迅速把握结构的动力特性和响应值，因此，它仍是隔震桥梁分析中一种十分重要的分析方法。但由于目前大多数减隔震装置的力学特性是非线性的，必须借助于等效线性化模型才能采用反应谱分析方法。由于隔震装置的非线性特性，在分析开始时，隔震装置的设计位移是未知的，因而其等效刚度、等效阻尼比也是未知的，所以弹性反应谱分析过程是一个迭代过程。正是由于隔震装置的非线性特性及其与桥墩非线性特性的相互影响以及隔震桥响应对伸缩装置、挡块等防落梁装置的敏感性等因素，如果需要合理的考虑这些因素的影响时，宜采用非线性动力时程分析方法。因此要求，在进行抗震性能校核时，采用非线性动力时程分析方法进行分析。

15.5.7  由于单自由度反应谱分析方法在分析模型，以及采用等效刚度、等效阻尼比来近似描述非线性减隔震装置等方面的局限性，对于规则性桥梁，可得到满意的计算结果。此处限制在E2地震作用下，隔震桥梁的基本周期（隔震周期）应是未采用隔震技术桥梁基本周期的三倍以上的条件下，才允许采用单自由度反应谱分析方法，主要是由于隔震装置的非线性特性影响，通过分析研究表明，当满足该条件时，隔震桥梁的动力响应比较简单，可由单自由度反应谱分析方法得到比较好的计算结果；对于比较复杂的桥型，或场地条件、减隔震装置力学特性等比较特殊时，单自由度反应谱分析方法给出的计算结果有时并不理想。因此，本规范在大量研究的基础上，同时借鉴国外规范的要求，对单自由度反应谱分析方法的适用条件给出一些限制。

15.5.9 由于减隔震装置是减隔震桥梁中的重要组成部分，它们必须具有设计要求的预期的性能。因此，本规范要求在实际采用减隔震装置前，必须对预期减隔震装置的性能和特性进行严格的检测实验。原则上须由原形测试结果来确认隔震系统在地震时的性能与设计相符。检测实验包括减隔震装置在动力荷载下、静力荷载下的试验两部分。并依据相关的试验检测条文、检测规程等进行。

15.6   防落梁加固构造措施

15.6.1 本规范仅例举了防落梁措施的几种典型形式。还可以根据设计的具体情况采用其它合理、有效的防落梁措施。

15.6.2  使用横向和纵向限位装置可以实现桥梁结构的内力反应和位移反应之间的协调，一般来讲，限位装置的间隙小，内力反应增大，而位移反应减小；相反若限位装置的间隙大，则内力反应减小，但位移反应增大；横向和纵向限位装置的使用应使内力反应和位移反应二者之间达到某种平衡，另外桥轴方向的限位装置移动能力应与支承的变形能力相适应；限位装置必须无损于支承的移动或回转等功能；限位装置必须考虑到支承部分的维护管理；限位装置的设置不得有碍于防落梁构造机能的发挥。

15.6.3本条直接引用欧洲桥梁抗震规范的条文。