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日本桥梁的防固和抗震技术
日本是亚洲经济发达国家,由于其国土小,山地多,又处于地震活动带,对其国内桥梁设施技术要求很高,这也推动了其建桥工程技术的发展。而我国随着改革开放以来大量基础设施建设的上马,今后20~30年,将面临大量危旧桥,在此,我们仅向各界人士介绍一下日本的建桥及抗震技术,以供借鉴。
技术世界领先
日本高速公路、轮轨交通、快速铁路和城市立交都是高架桥梁,跨海湾的桥梁都是特大型桥,桥型多种多样,外型丰富多彩。日本的桥梁施工技术和使用要求都很高,钢材质量好,钢桥采用锌喷涂方法,防锈技术已达到20年不脱落。全日本共有桥梁13万座,其中钢桥居多,约占41%;预应力砼桥占34.8%;砼桥占19.8%,大多数是70年代以后修建的。
明石大桥、獭户大桥是联结本州岛和四国之间的高速公路上的两座特大桥梁。前者跨越明石海峡,跨径2990米,为世界第一;后者是跨越獭户内海的大桥,由三座吊桥、两座斜张桥、一座横架桥组成,全长9367米,是双层桥梁,吊桥最大主跨1100米,在双层桥中也属世界第一。明石大桥宽35米,塔高282米,基础水深60米,最大水深160米,风速80米/秒,地震力按100年周期8.5级设计。桥梁建造采用了先进的海底掘挖、沉箱灌注砼基础、高精度的塔架安装(每段焊接误差0.04m2),用直升机架设索道及加劲梁等施工工艺。
加强桥梁防固
日本建筑界人士预测到下世纪30年代就有一半的桥梁进入老化,因此在设计桥梁时,不仅考虑初期的建造费用,而且还考虑到远期改建、拓宽、增加车速、提高标准的费用和养护费用等问题,使总的成本减少。日本很重视桥梁优质耐久性和延缓老朽化的研究,分门别类地研究了钢结合梁的涂料、砼桥面板的防水、伸缩缝的设置,防护栏杆的构造、支座形成的选取等各个方面。针对城市、山区、沿海等地区采用不同的对策,要求延长桥梁使用寿命。另外,他们还注重桥梁的装修,把装修和防锈、隔音、防污染等功能结合起来,达到双重目的。如选用白、米黄、浅绿色的防锈基料;在桥体侧面及底面安装防污的金属饰板;隔音墙为透明的或半透明的,能透过视线,不显压抑;泄水管集中设在墩中心;天桥地道普遍用不锈钢栏杆;铺砌地面的花岗岩、彩砖色彩和周围建筑物一致。
修复进程迅速
日本是个多地震的国家,6~7级地震多次发生,在抗震的理论和实践上较有经验。
1995年1月,神户兵库县南部发生了7.2级的大地震,对日本影响很大,震区沿海岸线的阪神高速公路遭到严重破坏,导致交通中断。道路和桥梁损坏很重,全长200公里的13条路线都遭到破坏;有26万幢房屋损坏,7万人无家可归,6400人丧生,直接和间接经济损失达1000亿美元。地震过后,阪神高速公路公团立即着手处理灾害事务及恢复工作。从地震发生起3个月内确定修复方案,原计划用两年时间,实际只用了1年零8个月,主要干线道路全部修复通车。修复的办法有:①钢筋砼墩柱:主筋直通墩顶,加密加粗箍筋或用钢板外包;②钢制墩柱:钢管中填砼及增加纵向筋;③增加防落梁措施:增强梁与柱、梁与梁之间的联系,并设置双重防落(水平和垂直方向)梁;④减轻上部结构重量,将上部砼桥面板改为钢桥面板;⑤简支梁改为连续或多跨梁支梁梁体联接。桥梁基础的震灾检查方法有四种,即直接法(挖土、肉眼看)、间接法(钻孔、照相)、反应波速法和作荷载试验法,用柱身压浆、灌浆及加柱增强基础等办法进行加固。
强化抗震技术
大地震中桥梁不受损坏是不可能的,桥梁抗震设计的目的是要使墩台不倒塌、不落梁,便于抢险救灾和减少灾区损失,桥梁修复加固要达到能够承受相同等级的地震标准。
日本高架桥中的多层桥多(一般3至4层,有的5层以上)、高桥多(高度有的达50米以上),为地震时避免直接和间接次生灾害影响,作了抗震考虑。其抗震的等级都比较高,水平地震荷载系数取0.2~0.33g。对大跨径的桥梁(如吊桥、斜张桥)进行了特殊的动力分析,如地震时程分析、耐风振的模型实验等等,确保安全畅通。
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