公路桥梁震害现象概述

论述公路桥梁震害现象、原因及其经验教训聂宇1，李少阳2，肖哲汉3，高惠东4（1.福州大学土木工程专业路桥方向051201530；2.福州大学土木工程专业路桥方向051201525；3.福州大学土木工程专业房建方向051201527；4.福州大学土木工程专业房建方向051201528）摘要：地震造成大量桥梁结构的破损，严重影响道路运输的正常运营。

采取何种措施以降低桥梁震害成为桥梁工程的热点问题。

本文基于震害现象和有关实验与理论研究，结合能力抗震设计的思想，按照我国公路桥梁的特点，探讨影响极限强的因素，并提出抗震设计的方法。

关键词：桥梁设计；反震减灾；地震；施工方案Analysis of Highway bridge seismic damage phenomenon reason and its experience andlessonsNIE Yu1, LI Shao-Yang2, XIAO Zhe-han3, GAO Hui-dong4 （1.Fuzhou university civil engineering and direction of bridge 051201530；2.Fuzhou university civil engineering and direction of bridge 051201525；3.Fuzhou university civil engineering and direction of housing 051201527；4.Fuzhou university civil engineering and direction of housing 051201528）Abstract: The earthquake caused a large number of bridge structure damage, seriously affect the normal operations of the road transport. What kind of measures are taken to reduce the bridge seismic damage became a hot issue of bridge engineering. This research bases on the earthquake damage phenomenon and the related experiments and theory study, which combines ability of seismic design thoughts, according to the characteristics of highway bridges in China. It also discusses what factors influence the extreme strength and puts up several methods for seismic design.Keywords: bridge design. The earthquake disaster mitigation; The earthquake; The construction plan0 引言桥梁作为道路一种功能性结构物，是交通工程中的关键性枢纽，是保障道路交通这一生命线工程的重要节点。

由于桥梁结构自身的特点，在地震中容易受到破坏。

如中国1976年7月28日3时42分56秒在唐山丰南的强地震(M＝7.8),该地区公路中等跨度简支梁桥的震害大都是摆柱式支座倾倒、固定支座齿板剪脱滑出，有的是墩台倾斜，桩柱式墩的基桩折断，甚至墩倒梁落；而柔性桩墩的双曲连续拱桥的震害多为主拱圈和拱上建筑的小拱圈严重开裂，个别有主拱圈拱起而严重破坏。

该地区的铁路桥梁因桥墩基础较好，侧向刚度较强，震害严重程度比公路桥稍轻，如墩台沿施工接缝处开裂或被剪断，钢支座的锚固螺栓被拉出而移位，但落梁事故较少。

在其他多地震国家如日本，桥梁震害也以中小跨度的桥梁为多。

1 桥梁震害现象1.1 地基与基础破坏地基破坏主要是指因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素引起的地层水平滑移，下沉、断裂，进而导致结构物的破坏，震害较重。

基础的破坏与地基的破坏紧密相关，当结构周围的地基受到地震作用强度降低时，基础就会发生沉降或滑移，桩基础可能发生剪断、倾斜破坏，进而引起墩台倾斜、倒塌或折断。

1.2 桥台沉陷当地震作用下，由于桥台后填土与桥台并非完全固结，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，使桥台有向桥跨方向移动的趋势。

由于桥面的支撑作用，桥台将以桥台顶端为支点产生竖向旋转，从而导致基础破坏。

若桥台基础建造在液化土上，则可能引起桥台垂直沉陷，最终导致桥台因承受过大的扭矩而破坏。

1.3 墩柱破坏墩柱破坏主要包括弯曲强度不足、弯曲延性不足、纵筋搭接区的抗弯能力以及剪切强度不足等。

墩柱的破坏往往引起连锁反应，如落梁、整个结构的倒塌等。

1.4 支座破坏在地震力的作用下，如果上、下部结构的相对位移过大可能造成支座锚固螺栓拔出、剪断，活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，导致结构力传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。

1.5 落梁破坏支撑连接构件失效后，上、下部结构的相对位移进一步加大，相邻梁体发生相互冲击，造成撞击破坏甚至落梁的发生。

1.6 节点破坏节点区域钢筋大量相交，连接节点在地震荷载和重力荷载的作用下处于复杂而又变化的应力状态，常导致节点区域混凝土的压碎和锚固筋的破坏。

1.7 盖梁破坏盖梁的破坏形式主要表现为抗剪强度不足或锚固筋不能满足抗拉要求，引起锚固端破坏。

2 桥梁震害原因2.1 地震简介地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。

地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地面震动（即地震）的主要原因。

据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次地震。

其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到；真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次；能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。

人们感觉不到的地震，必须用地震仪才能记录下来；不同类型的地震仪能记录不同强度、不同远近的地震。

世界上运转着数以千计的各种地震仪器日夜监测着地震的动向。

2.2 地震成因地球表层的岩石圈称作地壳。

地壳岩层受力后快速破裂错动引起地表振动或破坏就叫地震。

由于地质构造活动引发的地震叫构造地震；由于火山活动造成的地震叫火山地震；固岩层（特别是石灰岩）塌陷引起的地震叫塌陷地震。

地震是一种及其普通和常见的一种自然现象，但由于地壳构造的复杂性和震源区的不可直观性，关于地震特别构造地震它是怎样孕育和发生的，其成因和机制是什么的问题至今尚无完满的解答，但目前科学家比较公认的解释是构造地震是由地壳板块运动造成的。

2.3 地震类型构造地震：是由于岩层断裂，发生变位错动，在地质构造上发生巨大变化而产生的地震，所以叫做构造地震，也叫断裂地震。

火山地震：是由火山爆发时所引起的能量冲击，而产生的地壳振动。

火山地震有时也相当强烈。

但这种地震所波及的地区通常只限于火山附近的几十公里远的范围内，而且发生次数也较少，只占地震次数的7%左右，所造成的危害较轻。

陷落地震：由于地层陷落引起的地震。

这种地震发生的次数更少，只占地震总次数的3%左右，震级很小，影响范围有限，破坏也较小。

诱发地震：在特定的地区因某种地壳外界因素诱发（如陨石坠落、水库蓄水、深井注水）而引起的地震人工地震：人工地震是由人为活动引起的地震。

如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。

2.4 地震对桥梁的影响地震作为一种自然地质灾害，是人类面临的主要自然灾害之一。

对桥梁而言，地震所带来的破坏，无论从数量上还是程度上，都大大超过其它自然灾害的作用。

严重的桥梁震害不但直接影响交通，而且还经常引发次生灾害（影响抗震救灾工作的进行等），从而加剧地震灾害的严重性。

对于修建在人口密集地区和繁忙干线上的桥梁的影响更是如此。

3 桥梁抗震设计3.1 地震力理论（1）静力理论该理论不考虑建筑物的动力特性，假设结构物为绝对同性，地震时建筑物的运动与地面运动完全一致，建筑物的最大加速度等于地面运动的最大加速度。

（2）反应谱理论反应谱理论也叫动力法，它既考虑了地震时地面运动的特性，也考虑了结构物自身的特性，是当前工程设计中应用最广泛的抗震设计方法。

（3）动态时程分析20世纪60年代后，由于强震时地面和建筑物的振动记录不断积累，特别是电子计算机的广泛应用，人们开始对大跨度桥梁和其它特殊结构物采用多节点、多自由度的有限元动力计算图式，把地震强迫振动的地震加速度时程输入，对结构进行地震反应时程分析。

这便称为动态时程分析。

3.2 桥梁抗震措施（1）桥渡位置应选在地基良好和稳定的河岸地段；若必须在软弱坊地土河段通过时，则采用桥渡与河流正交，并适当增加桥长，将桥台放在稳定的河岸上。

（2）桥梁墩台基础设计应避开断裂带；当断裂带很宽而不能采用大跨跨越时，应避开破碎带。

（3）桥墩不宜设在主河槽与河滩分界的地形突变处，也不宜设在河岸斜坡处，否则应采取抗滑和加固措施，避免桥墩滑移或被剪断；在地基软弱、地震时地基易于滥化失效的地方，桥墩基础宜采用深基础。

另外，为防止土垠滥化，还可采用挤密砂桩等加固措施。

（4）混凝土墩台应尽量减少施工缝；在墩身与承台和墩帽连接处，采取局部加强的构造措施，以保证接缝处混凝土的整体性。

（5）地震区的桥梁宜采用等跨布置，且宜于以桥代替陡坡填方。

（6）为了防止落梁，应加强梁部结构与墩台的连接，保证支座部件和支座与梁、墩台顶帽连接锚栓的强度。

3.3 桥梁结构振动控制自20世纪60年代，利用结构振动控制理论来减小地震力的工程抗震技术，已越来越多地用于新桥的抗震设计和既有桥梁的抗震改造和加固中。

同传统的抗震设计方法（强度、延性设计方法）不同，结构控制方法可通过减震，隔震装置来消耗地震能量，同时阻止振动在结构上的传播；或者，对结构施加外部能量以抵消或消耗地震作用。

一般前者称为结构被动控制，应用较为广泛；后者称为结构主动控制，理论上更为有效。

被动控制以隔震耗能为目的，对普通梁式桥一般采用各种特殊支座（如叠层橡胶支座，铅芯叠层橡胶支座，螺旋弹簧支座等）作为隔震器；对大跨度桥梁，往往设置各种阻尼器（如弹塑性阻尼器、粘性阻尼器、油压阻尼器等）作为耗能装置。

4 参考文献[1]俞琦、陈语、王家林，桥梁抗震分析方法[J].重庆交通学院学报，2006，25（Supp）:32-34.[2]席张群，桥梁抗震分析方法对比研究[J]. 中国水运，2007，7（5）:95-96.[3]乔东华、王磊，桥梁结构抗震分析方法研究[J].山西科技，2007，（1）:151-153.[4] 贡金鑫，王雪婷，张勤．从汶川地震灾害看现行国内外桥梁抗震设计方法[J]．大连理工大学学报，2009，49(5)：739-747．[5] 彭刚辉，张凌，郑史雄．高墩桥梁在地震作用下墩柱的强度与变形[J]．广东公路交通．2009，(4)．44-46．。