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桥梁震害及其影响-《桥梁工程概论》中的案例

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:另外,桥梁的震害在很大程度上还取决于震区的地形、地质条件以及桥址处的地基条件。梁式桥梁的震害主要表现为下部结构的损伤、变位和断裂,及由此造成上部结构的落梁和倾覆。若一端桥台断裂坍塌,就会造成边跨落梁等严重灾害。城市高架桥、立交桥,因桥墩破坏而导致落梁的震害较为普遍。在海城、唐山地震中,多座桥梁的支座锚栓均被剪断。

桥梁震害及其影响-《桥梁工程概论》中的案例

如上所述,地震烈度是依据地震所造成的地表影响和地面建筑物的破坏程度而定的,因此,桥梁震害与地震烈度有着直接关系,即烈度高时震害严重,烈度低时震害较轻。事实上,地震对桥梁的危害与结构型式(包含动力特性因素)、体系布置以及抗震构造等也有着很大关系。另外,桥梁的震害在很大程度上还取决于震区的地形、地质条件以及桥址处的地基条件。

梁式桥梁的震害主要表现为下部结构的损伤、变位和断裂,及由此造成上部结构的落梁和倾覆。对那些“头重脚轻”的城市高架桥、立交桥和大桥的引桥,尤其如此。另外,支座的震害也较为严重。就地基条件讲,一般而言,地基较差的四类场地土上的桥梁要比地基比较稳定的一类、二类场地土上的桥梁受到的震害严重。

1.桥台的震害

若地下的饱和松散粉细砂层相当厚,且土质松软,地下水位高,则在地震作用下,就会有一部分砂层进入液化状态,地表产生严重的裂缝,喷砂、冒水现象。处于易液化的松软地基上的桥梁,其桥头路面及两岸土体容易在地震力作用下失稳,向河心滑移,同时推动桥台也向河心移动,并伴有沉陷与倾斜。这轻则导致支座倾斜,桥长缩短;重则导致支座被剪断,梁体沿纵向挤压。若一端桥台断裂坍塌,就会造成边跨落梁等严重灾害。在我国海城(1975年2月4日,M7.3,震中烈度9度)、唐山(1976年7月28日,M7.8,震中烈度11度)两次地震中,桥梁遭受这类破坏的较多,对河岸坡度大、桥头高填土处的桥梁尤其如此。图9.1(a)为唐山地震中陡河铁路桥桥台断裂的情形,图9.1(b)为汶川地震(2008年5月12日,M8.0,震中烈度11度)中寿江大桥桥台严重破损的情形。

图9.1 桥台震害

2.桥墩的震害

桥墩的震害主要是水平地震作用下桥墩受过大的弯矩剪力所致。

震害调查结果显示,处于软弱地基上或砂土液化地段的桥墩,因地震造成地基承载力减弱,大多会发生下沉、水平位移和墩身倾斜。其后果是:有时剪断支座,造成落梁;有时墩身剪断或出现环向裂缝;有时上述两种情况都出现。若基础埋深较浅,则震害更为严重。

由石砌或素混凝土修建的桥墩,多从施工缝处开始断裂直至墩身被剪断。此外,位于斜坡上的桥墩因受斜向土压力的作用会在墩身与锥坡交界处被水平剪断。图9.2(a)为汶川地震中绵竹市汉旺镇绝缘大桥素混凝土桥墩剪断的情形。

城市高架桥、立交桥,因桥墩破坏而导致落梁的震害较为普遍。在美国洛马·普里埃塔地震(1989年10月17日,M7.0,震中烈度8度)中,最严重的震害是一座长800m的双层高架桥的上层公路桥面因墩柱断裂而塌落在下层桥面上;在美国诺斯雷奇地震(1994年1月17日,M6.7,震中烈度9度)中,有7座桥梁(包括一座立交枢纽)遭到严重震害,其中立交枢纽因短柱剪切破坏而导致落梁;在日本阪神地震(1995年1月17日,M7.2,按日本烈度表划分,震中烈度7度)中,城市公路、铁路高架桥遭到非常严重的破坏。震害主要表现在桥墩剪切或弯曲破坏、桥面垮塌、桥梁横向错位和不均匀沉降引起的桥面不平顺等。图9.2(b)为位于神户市内的高架桥因桥墩破坏导致落梁和桥的倾覆(共有18根独柱墩被剪断,长500m左右的梁部倾覆)。(www.xing528.com)

图9.2 桥墩的震害

3.支座的震害

桥梁支座的震害十分普遍。在地震惯性力作用下,破坏形式主要表现为支座锚栓被拔出剪断(见图9.3)、活动支座脱落、支座错动引起的破坏等。在海城、唐山地震中,多座桥梁的支座锚栓均被剪断。在阪神地震中,各种铸钢支座都遭到不同程度的破坏。在汶川地震中,一部分板式和盆式橡胶支座因挤压和错动破坏。支座破坏的主要原因是原支座设计没有充分考虑其抗震要求,连接与支挡等构造措施不力,某些支座形式和材料上的缺陷等。由于支座震害可能导致落梁,故对支座的抗震十分重要。

图9.3 某钢桥支座锚栓破坏

4.落 梁

在落梁震害中,纵向落梁者居多。顺桥向落梁的原因大多是岸坡滑移、地基失效使桥跨变大或使梁错位,以及桥墩折断、倾斜倒塌等。对曲梁、斜梁而言,因结构构造及其受力更为复杂,更应防范落梁。在海城和唐山地震中,发生了较多的落梁事故,其中仅在唐山地震中,就有18座公路桥倒塌,落梁88孔。在日本新潟地震(1964年6月16日,M7.5)中,昭和大桥因地基失效而导致落梁,见图9.4(a));在汶川地震中,映秀百花大桥的第五联位于曲线上,在地震中因高桥墩断裂而彻底垮塌,见图9.4(b)。

就震害损失而言,落梁是最严重的,它不但导致结构本身的破坏,而且导致交通中断,进而阻碍救援、恢复工作的进行,成为引发次生灾害的重大因素。因此,努力防止落梁事故的发生,具有极其重要的作用。

图9.4 地震导致的落梁

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