橋梁抗震

1、1橋梁震害分析橋梁的地震損傷具有嚴(yán)重的后果。顯然，橋梁的倒塌使處于其上或其下的人遭受危險(xiǎn)，地震后除了確定選擇其他交通線路外，必須重新建造橋梁。輕微的損傷，雖然它的后果不明顯，而且也不易引起人們的注意，但仍然是嚴(yán)重的。因?yàn)?，在交通系統(tǒng)中，橋梁常常提供了至關(guān)重要的連接，一個(gè)橋梁的關(guān)閉，即使是臨時(shí)的，也可能引起巨大的后果。在一個(gè)地震剛剛發(fā)生后，關(guān)閉橋梁會(huì)削弱對(duì)突發(fā)事件應(yīng)急反應(yīng)的能力。其次，橋梁關(guān)閉對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響隨著橋梁關(guān)閉時(shí)間、交通線路的經(jīng)濟(jì)重

2、要性、替代線路引起的交通延期和重建新橋費(fèi)用的增加而增加。地震中，當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑サ降鼗鶗r(shí)，橋基受到水平和豎直振動(dòng)，這種振動(dòng)將導(dǎo)致橋梁本身也產(chǎn)生水平和豎直振動(dòng)，從而產(chǎn)生水平和豎直慣性荷載(或稱地震荷載)，使橋梁各部受力并發(fā)生變形。在慣性荷載中，以水平慣性荷載對(duì)橋梁的影響較大，而且順橋向的水平慣性荷載在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的地震應(yīng)力遠(yuǎn)比橫橋向的水平慣性荷載產(chǎn)生的地震應(yīng)力要大。與建筑結(jié)構(gòu)相比，橋梁對(duì)于結(jié)構(gòu)土共同作用的影響更為敏感，對(duì)地面震動(dòng)的動(dòng)力反應(yīng)更加難

3、以預(yù)料，地震對(duì)工程結(jié)構(gòu)的破壞情況，隨結(jié)構(gòu)類型的不同、抗震措施的多少而有所差別，即便是在等烈度區(qū)內(nèi)的同類結(jié)構(gòu)，其破壞程度也不盡相同。地震因素的危險(xiǎn)性是用計(jì)算和構(gòu)造措施無法避免的，因此本文根據(jù)不同類型的橋梁的構(gòu)造和受力的不同，分析其可能發(fā)生的震害。一連續(xù)梁橋的震害連續(xù)梁橋的主要承重構(gòu)件是梁，其在豎向荷載下只產(chǎn)生豎向反力。連續(xù)梁橋的震害類型主要有：支座破壞、橋墩損壞、梁體移位、橋臺(tái)損壞、地基及基礎(chǔ)震害、落梁、上部結(jié)構(gòu)本身損壞和碰撞損傷等。1.

4、1支座破壞綜合國(guó)內(nèi)外幾次大地震的調(diào)查結(jié)果，在中、美、日等國(guó)的多個(gè)地震中，支座的破壞現(xiàn)象均較為普遍。支座的震害表現(xiàn)為支座傾斜、剪斷、錨固螺栓拔出、活動(dòng)支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞等。支座破壞的同時(shí)也伴隨著支座下墊石板破碎。落梁震害與支承破壞密切相關(guān)，因振動(dòng)導(dǎo)致的落梁多因支承破壞所致。當(dāng)支座破壞后，墩－梁間的位移失去控制，當(dāng)墩梁間的相對(duì)位移大于主梁擱置長(zhǎng)度后，主梁將從橋墩脫落從而導(dǎo)致落梁。對(duì)于下部結(jié)構(gòu)而言支座破壞可以避免上部結(jié)構(gòu)的地震荷載

5、傳到橋墩，從而起到保護(hù)橋墩的作用。1.2墩臺(tái)損壞橋墩是橋梁結(jié)構(gòu)中最重要的承重構(gòu)件，在地震中，橋墩一旦破壞將會(huì)導(dǎo)致橋梁不能再使用甚至落梁或整體倒塌，墩臺(tái)破壞也是落梁的主要原因。在地震中墩臺(tái)破壞現(xiàn)象比較普遍。墩臺(tái)的震害形式有發(fā)生嚴(yán)重傾斜移位、墩臺(tái)沉降、墩身破壞。較高的柔性墩柱大多是彎曲破壞在地震中此類破壞不是太多主要發(fā)生在墩柱頂部和底部。汶川地震中百花大橋橋墩抗彎能力不足而導(dǎo)致墩底保護(hù)混凝土的剝落損壞。較矮的墩中較為普遍出現(xiàn)剪切或彎剪破壞，

6、橋墩的抗剪強(qiáng)度不足，是出現(xiàn)這類震害的根本原因。在地震中此類破壞較多，可能發(fā)生在帽梁與墩柱連接處、墩柱中部或墩柱與承臺(tái)的連接處。汶川地震中回瀾立交橋匝道橋墩破壞方向沿切向較為明顯，遭受嚴(yán)重破壞的橋墩大多為短柱發(fā)生剪切破壞在城市高架橋中常使用框架墩，框架墩的震害也經(jīng)常見到。震害主要表現(xiàn)為：蓋梁的破壞，墩柱的破壞以及節(jié)點(diǎn)的破壞。蓋梁的破壞形式：當(dāng)?shù)卣鹆椭亓ΟB加時(shí)，剪切強(qiáng)度不足引起的剪切破壞；蓋梁負(fù)彎矩鋼筋的過早截?cái)嘁鸬膹澢茐?；以及蓋梁鋼

7、筋的錨固長(zhǎng)度不夠引起的破壞。節(jié)點(diǎn)的破壞主要是剪切破壞。1.3梁體移位3題。連孔拱橋的震害與梁橋震害相同，主要出現(xiàn)在順橋方向，但橫橋向的震害比梁橋輕，原因是連孔拱橋橫橋向剛度遠(yuǎn)大于順橋向剛度，同時(shí)上下部分的連接也比梁橋牢固。因此，在橫橋向除出現(xiàn)彎曲、剪切、拉伸裂縫等震害外，并未出現(xiàn)橫向相對(duì)位移和上部結(jié)構(gòu)橫橋向位移。2典型震害的統(tǒng)計(jì)及分析拱橋的主要受力構(gòu)件是橋墩、橋臺(tái)及拱圈，次要的附屬構(gòu)件是橋面的側(cè)墻及欄桿。主要構(gòu)件的震害會(huì)使整個(gè)橋梁受到損

8、傷，不易修復(fù)；次要構(gòu)件震害不會(huì)影響橋梁正常使用，且易修復(fù)。①墩、臺(tái)和基礎(chǔ)的破壞地震波穿越橋梁給墩、臺(tái)造成最大的破壞是：沉降、偏位、滑移、傾斜、斷裂、倒塌。但大多是因?yàn)榈卣鹪斐傻纳巴烈夯?、滑坡、斷層、地面開裂等引起的。橋梁的選址應(yīng)盡力避開這類場(chǎng)地。在地震荷載的反復(fù)作用下橋臺(tái)截面承受附加彎矩和剪力，當(dāng)剪力和彎矩超過了橋臺(tái)的承載能力就出現(xiàn)了彎剪破壞。橋臺(tái)的破壞對(duì)整個(gè)橋體的抗震承載能力都有影響。在剛性場(chǎng)地上，橋墩一般出現(xiàn)橫向斷裂，斷裂位置大多在

9、起拱線以下2m4m處，橋臺(tái)橫向斷裂一般在起拱線以下Im~2m處，但很少發(fā)現(xiàn)豎向裂縫。紅巖大橋是聯(lián)合拱橋和粱橋，l號(hào)橋墩墩頂兩側(cè)均出現(xiàn)橫向貫通結(jié)構(gòu)性裂縫，裂縫寬度04mm(O3ram)，貫通了墩頂整個(gè)截面，嚴(yán)重降低橋梁的承載能力。此處橋墩的破壞是典型的拱橋和梁橋聯(lián)結(jié)部位橋墩的折斷；拱梁二者的力學(xué)性能有別，在地震作用下拱產(chǎn)生了附加推力使得墩體剪壞。②拱圈的破壞拱圈的破壞分為主拱圈和腹拱圈的破壞。主拱圈斷裂或局部斷裂分縱向和橫向兩種；橫向開裂

10、一般都出現(xiàn)在拱頂或拱腳，縱向開裂極少看到，在此次調(diào)查中也存在拱圈的縱向開裂。拱頂和拱腳是拱橋的設(shè)計(jì)控制截面，在靜荷載作用下這兩處截面的彎矩最大，容易成為抗震設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是拱腳處于形狀突出部位，既有可能出現(xiàn)彎曲開裂又有可能形成剪切位移。腹拱圈斷裂或開裂是拱橋的常見問題，在未受地震影響的拱橋中也時(shí)常遇到。其原因主要是腹拱的拱矢度相對(duì)小，在動(dòng)荷載和橫載的作用下，腹拱產(chǎn)生交大的水平推力，其次是由于拱與拱上建筑聯(lián)合作用產(chǎn)生的內(nèi)力影響。當(dāng)?shù)?/p>

11、震波穿越橋梁時(shí)，橋的主拱圈受縱向和橫向的作用力，如果拱頂所承受的彎剪力超過才材料的承載能力時(shí)就出現(xiàn)剪切破壞。但在拱頂斷裂后，拱圈的整體剛度變小，同時(shí)裂縫形成一個(gè)薄弱層，通過該裂縫應(yīng)力得到釋放，斷裂數(shù)量不再增加。紅巖大橋的拱橋部分，拱頂出現(xiàn)橫向通縫并延伸到拱上側(cè)墻。在所調(diào)查的拱橋破壞當(dāng)中，廟壩橋是破壞較為嚴(yán)重的。橋臺(tái)，拱圈，腹拱均出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，拱圈除了出現(xiàn)橫向破壞外還出現(xiàn)了縱向裂縫。其形成原因可能是綜合因素的結(jié)果，由于地基的不均勻沉降，橋

12、臺(tái)不僅僅出現(xiàn)橫向斷裂還出現(xiàn)了側(cè)傾現(xiàn)象：混凝土澆筑的拱體整體性能較好，拱上建筑與拱圈的整體剛度較大，在地震的橫向作用下出現(xiàn)縱向裂縫。③橋面?zhèn)葔Τ霈F(xiàn)的破壞拱上建筑與拱體連接部位(側(cè)墻)的開裂是很普遍的震害，主要是拱上建筑與拱體的結(jié)構(gòu)形式不同，彼此間的震動(dòng)變形不協(xié)調(diào)而拉斷。拱上建筑的剛性越強(qiáng)，就越容易出現(xiàn)斷裂震害。一旦這類震害現(xiàn)象過早出現(xiàn)，拱上建筑對(duì)拱橋的剛度就毫無幫助。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋臺(tái)側(cè)墻的破壞也較為嚴(yán)重，一般為豎向裂縫。而拱上側(cè)墻多為順