桥梁抗震论文.docx

梁式桥震害分析土木 0812 孙宝龙0820104217摘要：为了研究梁式桥的震害影响因素，通过国内几次大地震中梁式桥震害调查资料，对梁 式桥震害现象进行分类分析其原因，从地震烈度、建设年代、结构体系、地震次生地质灾害 等 4 个方面对桥梁震害的影响分别进行分析，得到了关于梁式桥地震破坏的影响因素、破坏 机理等方面的认识关键字：梁式桥；震害；影响因素 国内外很多从事桥梁工作者对桥梁震害模式及机理进行了总结，并每次大地震发生之后都会 对桥梁震害资料进行整理，深入研究桥梁震害机理进行了总结，并且每次大地震发生之后桥 梁震害资料都会更加丰富，为深入研究桥梁结构震害机理及抗震措施等奠定了基础如2008 年5月12日四川汶川发生的8级大地震，极震区烈度高达XI度，地震造成24条高速公路、 161 条国省干线、8 618 条乡村公路、6 140 座桥梁、156 条隧道受损，这次地震同样为桥梁 抗震研究留下了宝贵的震害资料本文对国内外几次大地震中的梁式桥震害现象进行了研究，结合汶川 8. 0 级大地震中梁式桥 的震害，从震害特点和影响因素两方面进行了总结分析一、 梁式桥震害特点本文收集了海城7. 3级地震（1975年）、唐山7. 8级大地震（1976年）、洛马•普里埃塔7.1 级地震（ 1989 年） 、美国北岭6. 6 级地震（ NorthridgeEarthquake） （ 1994 年） 、云南丽江7. 0 级地震（ 1996年） 、土耳其伊兹米特7. 8 级地震（ 1999 年） 、我国台湾集集7. 3 级大地震 （ 1999 年） 、汶川 8. 0 级大地震（ 2008 年） 等地震中的梁式桥震害资料，共包含 112 座梁式 桥梁的震害，并进行了分类统计（ 表 1） 。

由表 1 可知，梁式桥梁可能出现的 8 类震害，在 震害调查中均有发现，出现前 4 类震害的桥梁占多数，显然，这 4 类震害是最为常见的震害出现宦書的标滦数3E害桥梁与总皱盘的頁井比，甩支座破坏7365.2514fi,4粱碎移住52斗K42.9?5.93623.2上勞结陶本导捋壞2623.2表1梁式桥蔭雷分类1. 1支座破坏 _在调查的112座桥梁中有53座桥梁约占65.2%发生了支座破坏，综合国内外几次大地震的 调查结果，在中、美、日等国的多个地震中，支座的破坏现象均较为普遍支座的震害表现为支座倾斜、剪断、锚固螺栓拔出、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等支座破坏的 同时也伴随着支座下垫石板破碎落梁震害与支承破坏密切相关，因振动导致的落梁多因支 承破坏所致当支座破坏后，墩－梁间的位移失去控制，当墩梁间的相对位移大于主梁搁置 长度后，主梁将从桥墩脱落从而导致落梁统计的53 座支座破坏桥梁中，有 26 座落梁另 外统计的 53 座支座破坏桥梁中，有 29 座桥梁的桥墩没有破坏，说明对于下部结构而言，支 座破坏可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，从而起到保护桥墩的作用1. 2 墩台损坏 桥墩是桥梁结构中最重要的承重构件，在地震中，桥墩一旦破坏将会导致桥梁不能再使用甚 至落梁或整体倒塌，本文调查的26 座落梁的桥梁中有 16 座墩台破坏，表明墩台破坏是落梁 的主要原因。

由表1 可知，调查的112 座桥梁震害中就有 51 座桥墩破坏和48 座桥台破坏， 分别占总体的 46. 4%和 42. 9%，表明在地震中墩台破坏现象比较普遍墩台的震害形式有发 生严重倾斜移位、墩台沉降、墩身破坏较高的柔性墩柱大多是弯曲破坏，在地震中，此类 破坏不是太多，主要发生在墩柱顶部和底部汶川地震中百花大桥桥墩抗弯能力不足而导致 墩底保护混凝土的剥落损坏（ 图 1） 较矮的墩中较为普遍出现剪切或弯剪破坏，桥墩的抗剪 强度不足，是出现这类震害的根本原因在地震中此类破坏较多，可能发生在帽梁与墩柱连 接处、墩柱中部或墩柱与承台的连接处汶川地震中回澜立交桥匝道桥墩破坏方向沿切向较 为明显，遭受严重破坏的桥墩大多为短柱，发生剪切破坏（ 图 2，图3）图2汶川地震中回澜立交桥£匝道桥2号墩弯剪破坏图3我国台湾集集大地震中乌溪桥的桥墩被剪断在城市高架桥中常使用框架墩，框架墩的震害也经常见到震害主要表现为：盖梁的破坏， 墩柱的破坏以及节点的破坏盖梁的破坏形式:当地震力和重力叠加时，剪切强度不足引起的 剪切破坏; 盖梁负弯矩钢筋的过早截断引起的弯曲破坏 ; 以及盖梁钢筋的锚固长度不够引起 的破坏。

节点的破坏主要是剪切破坏（ 图 4） 1. 3 梁体移位上部结构的移位震害比较常见，纵向移位、横向移位以及扭转移位，在伸缩缝处比较容易发 生移位震害地震发生时，桥梁的梁体移位是避免不了的，如果不是太大的移位，震后通过 换掉破坏的支座，把梁体恢复原位，桥梁还可以继续使用但是过大的移位会导致落梁，这 是不允许的，所以必须采取抗震措施减小梁体位移汶川地震有些桥梁上部结构虽然没有落 梁，但发生了比较大的移位，导致无法通行台湾集集大地震中东丰桥产生了 10〜20 cm的 大的竖向位移并且在横向偏离30〜50 cmPCI梁因大的横向移动脱离支座汶川地震中百花大桥主梁均发生横、纵向移位及碰撞（ 图 5） 1. 4 地基与基础破坏 有实际震害资料证明，大多数发生落梁等灾难性破坏的桥梁都出现地基基础破坏现象，地基 与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的重要原因在本文调查的桥梁 震害中有 20 座严重破坏或毁坏的桥梁发生了地基基础震害， 26 座落梁破坏的桥梁中有 11 座发生了地基基础破坏基础的破坏与地基的破坏紧密相关，几乎所有地基的破坏都会引起 基础的破坏，主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳。

基础破坏的原因有 : 扩大基 础的震害一般由砂土液化或地基失效的不均匀沉降和由土承载力和稳定性不够，地面产生大 变形，导致地层发生水平滑移、下沉、断裂而引起的 ; 常用桩基础除了上面的原因外，还有 上部结构传下来的惯性力所引起的桩基剪切、弯曲破坏，更有桩基础设计不当所引起的震害1989年洛马•普里埃塔地震中Struve Slough桥的桩柱穿透桥面（图6）汶川地震中龙尾大 桥第7 跨桥墩倾斜接近倒塌（ 近端第2跨桥墩墩底可见喷砂液化现象） （ 图7） 洛马图6-普里埃塔地震中Stmve - Shn^h桥的桩柱穿透桥面图7汶川地震中龙尾大桥桥墩倾斜1. 5 其他破坏在地震中，除了上面提到的主要部位的震害外，还有一些非结构部位，包括构件间的节点破 坏、伸缩缝的破坏、扶手护栏破坏、挡块损坏以及引桥的破坏等，这些部位虽然不能引起桥 梁垮塌瘫痪，但是它们的破坏也会大大加重桥梁的震害，因此在桥梁抗震设计和桥梁施工中 应给予重视和恰当的处理在近 20 年内发生的大地震中，发现很多城市高架桥和立交桥破 坏是由于碰撞反应引起的碰撞还可以发生在多层立交桥高度不同的相邻结构之间，即标高 较低的上部结构与相邻较高结构的桥墩发生碰撞。

图8 和图 9 分别为汶川大地震中桥面伸缩 缝和挡块的破坏图8汶川地震中绵远河大桥桥头桥面处伸缩缝受损2. 1 地震烈度的影响对 112 座梁式桥梁的震害资料依据烈度的不同进行了分析（ 表 2） 表 2 中数值表示 : 某烈度 区某一震害类型的桥梁破坏座数/某烈度区桥梁总数表2 不同烈度的桥梁震害对比分析度震害类VI VIIVIIIIX X以上支座破坏5/87/268/1916/3210/12桥墩损坏2/810/2610/1914/328/12梁体移位4/810/2610/1915/329/12桥台损坏2/8{1 72611/1916/329/12基础损坏2/87/267/197/326/12落梁0/82/262/198/329/12上咅J；结构从表2的分析结果来看，就某一烈度区的桥梁震害形式仍然以支座破坏、墩台损坏、梁体移 位和地基及基础破坏为主，在高烈度区，落梁破坏也比较严重就某一种震害类型分析，随 着烈度的增高，桥梁的破坏程度增大，尤其是落梁破坏表现比较明显飞在X F以上的高烈度区, 各种震害类型的桥梁破坏都很严重2. 2建设年代的影响对1976 年7. 8 级唐山大地震中的40 座桥梁震害与2008 年的8. 0 级汶川大地震中的33 座 桥梁震害做了比较（ 表3） 。

虽然汶川地震的震级比唐山大地震的震级大，但是从表3 来看， 唐山大地震中的各类震害都比汶川大地震严重由此可见，有无抗震设计对桥梁的破坏至关 重要桥梁抗震设计也是最近几十年才提出来的，在桥梁抗震设计未提出之前建造的桥梁抗 震性比较差，所以震害比较严重，随着桥梁抗震理论的发展，桥梁的抗震性能也越来越好， 相比早些年代建造的桥梁在强震作用下，震害较轻表3 唐山大地震和汶川大地震桥梁震害对比分析震害类型出现震害的桥梁数震害桥梁与总数星啲百分比/诙震害类型唐山地震汶川地震唐山地震（40 座）浚川地震（33 座）支座破坏331982, 557. 6桥墩损坏2686524.2梁体移位28187054. 5桥台损坏231557. 545. 5地基及基础损坏21252. 56. 1落梁1062518. 1以支座破坏为例说明建造年代对桥梁震害的影响，在I960年代以前，几乎全部桥梁都是钢 支座、混凝土摆式支座、简易的沥青油毡支座; 其中钢支座占绝大多数1964 年板式橡胶支 座诞生以来， 1970 年代相继研制成了四氟板式橡胶支座、盆式橡胶支座，到目前我国几乎 100% 的支座都是使用板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球型橡胶支座。

结合支座的发展史来 分析，不难理解震害变轻的原因，这表明采用橡胶支座比之前的钢支座、混凝土摆式支座、 简易的沥青油毡支座更为适宜（ 近年来的理论研究也表明橡胶支座比钢支座、混凝土摆式支 座、简易的沥青油毡支座抗震性能好） 因此，在地震区桥梁能使用隔震减震橡胶支座为最 好2. 3 结构体系的影响（ 1） 简支梁桥和连续梁桥对比分析 桥梁震害统计数字表明，纵向落梁占落梁震害的绝大多数，约占 97%，而横向落梁和扭转滑 移落梁则很少见简支梁桥的梁体与桥墩的连接方式一般是一端是固定支座，一端为滑动支 座，在地震作用下，两端桥墩不同的纵向位移容易导致纵向落梁而连续梁桥由于在纵向的 整体连续性比较好，不会发生纵向落梁现象，但是连续梁桥会因为桥墩破坏而发生整体横向 倒塌1995 年日本阪神7. 2 级地震中神户高速3 号线皮尔茨桥梁由于独柱式悬臂桥墩的破 坏引起整体在横向倒塌破坏和 2008 年汶川地震中百花大桥第 5 联的整体垮塌就是两个连续 梁破坏例子连续梁桥与简支梁桥相比更容易发生桥墩倾斜震害，连续梁桥由于固定支座的设置，使得桥 墩在地震作用下承受的地震荷载差异大，从而桥墩破坏的严重程度差异也大，连续梁的扭转 作用也给设置固定支座的桥墩带来了很大的破坏。

连续梁桥和简支梁桥的桥墩形式不同是主 要原因，简支梁的桥墩一般都是带盖梁的双柱门式桥墩，横向刚度较大，不容易发生横向倾 斜连续梁桥大多数采用单柱式或双柱式 （ 无盖梁） ，横向整体刚度较小汶川地震桥梁震 害调查表明，双柱式桥墩比独柱式桥墩的抗震性能好 2） 斜桥和曲线梁桥 城市立交桥和高架桥为了适应地形，。