６２ 桥梁建设 ２００８年第４期 缩缝共５类，这些构件或设施都可能发生震害，此 外，桥梁地基也可能出现震害。本文收集了国内６ 次、国外４次大地震的桥梁震害资料，共包含１１１座 简支桥梁的震害，对其进行了分类统计，结果见表 １。由表１可知，简支体系桥梁可能出现的６类震 害，在震害调查中均有发现，但表中出现前３类震害 的桥梁总数达１００座，占收集的震害桥梁总数的 ９Ｏ ，显然，这３类震害是最为常见的震害。从震害 的危害性来说，这３类震害极易出现全桥倒塌的惨 剧，因此是设计中应重点防范的震害。 表１简支桥梁震害分类’ ３支承破坏及落梁 ３．１震害现象 综合文献［１～９］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。钢支 座的主要震害现象有：①支座与桥墩的连接构造如 锚固螺栓等破坏，连接构造可能被剪断也可能被拔 除。②铰支座（固定支座）破坏并翻倒，图１所示的 京山线Ｋ１９４＋０４８永定新河桥以及唐山地震中京 山线滦河大桥等。③链杆支座（活动支座）破坏，采 用摆轴支座的滦河大桥（位于９度区），在ｌ９７６年唐 山地震中，其摆轴支座大部分倾倒，桥梁遭到严重破 坏。板式橡胶支座的主要震害现象有：①滑板橡胶 支座不能约束主梁。图２所示为阪神地震中西宫港 弧桥因滑板橡胶支座不能约束主梁的位移而导致落 梁的情况。②板式橡胶支座因剪切变形过大而翻 滚，这一现象在日本阪神地震及唐山地震中多次出 现。对表１的支座震害进行进一步的分类统计可 知，在３１座支承破坏震害中，有２１座为钢支座破 坏，１Ｏ座为橡胶支座破坏，这表明在地震区采用橡 胶支座比钢支座更为适宜（近年来的理论研究也表 明橡胶支座比钢支座抗震性能好）。 震害调查还表明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，在本文统 计的３ｌ座支承破坏桥梁中，有ｌ４座发生了落梁。 ３．２原因分析及对策 支座在桥梁中不太引起重视，但功能却十分重 图１铰支座破坏 图２橡胶支座翻滚导致落梁 要。在地震活动中，主梁的水平惯性力通过支承连 接构件传递给桥墩，当支座破坏后，墩一梁间的位移 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。从支座构造 人手来防止落梁的发生也是相当困难的，重要的是 当支座破坏后，主梁的位移不能失去控制，并应将墩 梁间的相对位移控制在桥墩的主梁搁置长度范围 内，避免落梁的出现。 从上述分析可看出，防止落梁应从限制主梁位 移和主梁搁置长度人手。事实上，美国、日本就是通 过上述２个途径来防止落梁震害的。 日本对于落梁震害的防范较为重视，在设计中 将支座、主梁搁置长度、主梁限位装置作为一个统一 的防落梁系统来考虑。美国在洛马普里埃塔地震 后，ＣａｌＴｒａｎｓ规范又改进了主梁搁置长度的计算方 法，提高了主梁搁置长度的要求。 ４桥墩损伤或破坏 ４．１损伤位置 从桥墩的损伤位置来看，墩底截面出现震害的 可能性远较其他截面大得多，表１统计的３９个桥墩 震害中，有２９个损伤位置在墩底，大量的震害表明 对于简支梁桥，墩底截面是抗震的控制截面。究其 原因，以独柱墩为例，其结构动力学模型可简化为墩 顶作用有一集中质量的悬臂结构，其ｌ阶弯曲振型 对振动内力的贡献占绝对优势，因此在墩底截面剪 力和弯矩均为最大。图３为墩底破坏的典型实例。 维普资讯 http://www.cqvip.com 简支体系桥梁的震害及抗震设计对策 庄卫林，余翔，易志宏，刘振宇 ６３ 需指出的是，若钢筋构造不当，墩柱中部也有可能出 现严重的损伤，图４即为一例，该桥墩柱钢筋截断过 工桥墩是一种抗震性能较差的桥墩，集集地震中桶 头桥的破坏，再次证明了这一点。 早，且柱中部箍筋间距过大。 图３集集地震中桶头桥墩底剪断 图４阪神地震中桥墩因纵筋压屈而破坏 ４．２损伤形式 综合文献［１～９］的资料，桥墩损伤可分为：① 弯曲型，在表１的３９座桥的桥墩震害中，有３２座桥 为钢筋混凝土桥墩，其中仅５座出现了弯曲破坏，主 要现象是损伤基本沿桥墩的横截面发展，斜向发展 不明显，较严重者有纵筋拉断（２座）或屈曲（３座）， 事后的研究表明，抗弯钢筋配置不足或横向钢筋对 纵向钢筋的约束不足时，易出现此类破坏。②剪切 型，在３２座采用钢筋混凝土桥墩的桥梁中，有２２座 均为这一类破坏，其现象是桥墩的损伤面基本沿 ４５。方向发展，箍筋甚至屈服，图３即为此类损伤。 阪神地震后的调查表明，此类损伤在高度较矮的墩 中较为普遍出现，文献［５，７，８］的分析认为，桥墩的 抗剪强度不足，是出现这类震害的根本原因。③弯 剪型，在地震作用下，对于长细比较大的墩弯矩的影 响更大一些，即会发生弯剪型桥墩损伤。 ４．３桥墩形式及上部结构形式 表１的桥墩震害中，桥墩形式有钢筋混凝土双 柱墩、钢筋混凝土独柱墩、圬工圆端矩形墩、钢独柱 墩，除钢桥墩在我国使用较少外，其余３种均为常用 的桥墩形式，进一步的统计可知，在３９个桥墩震害 实例中，独柱墩有１６个实例，虽然统计尚不能完全 确定独柱墩不是一种良好的抗震结构，但独柱墩在 阪神地震中的重大损失却是不争的事实。此外从唐 山、海城地震中圬工桥墩遭到严重损失的情况看，圬 就上部结构的形式而言，在收集到的３９个震害 实例中，上部结构的形式有：混凝土Ｔ梁、混凝土空 心板、混凝土小箱梁、钢梁，基本上包括了简支桥梁 可采用的上部结构形式。而减少上部结构重量，能 有效减少桥墩的地震响应。 ４．４地震烈度影响分析 在收集的３９个实例中，只有１个实例出现在地 震烈度为６度的地区，在７度地区也仅有２例，且均 非破坏性损伤，其余３６个实例均出现在８度及其以 上的区域，尤其是破坏性损伤均出现在８度以上地 区，因此对于桥墩震害在８度以上地区应重点加以 防范。 ４．５桥墩损伤破坏的几点启示 （１）理论分析和大量的震害现象均表明，墩底 截面是在地震荷载作用下的危险截面。从破坏形式 分析中还可看出，箍筋在钢筋混凝土桥墩的作用相 当重要，发生剪切损伤的桥梁和３座因纵筋压曲而 损伤的桥梁中，其直接原因均是箍筋配置不足。事 实上，在美、日、欧的抗震规范中，均把箍筋作为受力 钢筋来对待，而且对箍筋构造细节进行了详细的规 定；我国规范仅规定了箍筋的构造和最小含箍率。 （２）出现损伤独柱墩桥梁较其他桥墩形式明显 要多，震害统计结果表明，在高烈度地区采用独柱墩 应进行详尽的分析，对于圬工桥墩应持慎重态度。 （３）桥墩震害在８度以上地区应重点加以防范。 ５地基震害 地基震害是由于地基的位移导致桥墩发生水平 刚体位移、竖直刚体位移、刚体转动，而导致的震害。 ５．１地基震害中结构的表现及特点 在地基震害中，桥墩、上部结构的表现多种多 样，在桥墩可能表现为：①墩距（或桥梁跨径）增长 或缩短（图５）；②桥墩标高增加或沉降，如集集地震 图５伊兹米特地震中跨线立交桥因地基 水平位移过大，全桥倒塌 维普资讯 http://www.cqvip.com
６４ 桥梁建设 ２００８年第４期 中的校栗埔桥、石冈乡丰势桥；③桥墩倾斜（图６）。 在上部结构可能表现为：①主梁相对于桥墩发生位 的应用。 移或落梁（图５、６）；②桥面倾斜。无论是哪一种表 现形式，主梁均未发生结构性破坏，这一点从图６中 可清晰地看出。对于桥墩，除圬工桥墩可能倒塌外， 在钢筋混凝土桥墩中未发生破坏现象，甚至裂缝也 ７ 结 语 通过对策分析，在西部高烈度地震区，简支体系 桥梁在抗震设计中应从以下几点考虑： （１）在高地震烈度区，墩柱箍筋是重要的受力 较为少见。地基震害属于非结构性震害，这是地基 钢筋，其配置须按抗剪计算确定，其构造也是影响墩 震害的一个显著特点。 图６集集地震中石围桥因断层通过桥墩明显倾斜 地基震害是简支体系桥梁的多发震害之一，与 桥墩震害相比，地基震害的危害性更大。一方面，地 基震害较易出现全桥倒塌的惨剧，且通过防落梁措 施也难以防止全桥倒塌，例如图５中公路跨线桥，地 基水平位移达３ ｍ，垂直位移达０．６ ｍ，这样的大位 移是任何一种防落梁措施都难以奏效的，在另一方 面，地基震害较桥墩震害更不易修复。 ５．２地基震害的原因及启示 导致简支桥梁地基震害的原因主要有地表断 裂、砂土液化等。对于地表断裂，做好地质勘察工 作，在选择桥位时尽量避开断层地段，是避免其不利 影响的惟一选择。集集地震中，在碑丰桥附近，断层 错动使溪水上游隆起５～６ ｍ，并使该桥跨越的河流 形成瀑布，如此大的地形骤变是人为措施难以抵御 的。目前，中、美、日等国都采取在选择桥位时避绕 不良地质区（如大型断层、严重液化区）的措施。 ６减、隔震简支体系桥梁在震害的表现 针对简支桥梁在震害中的破坏情况，各国对简 支体系的桥梁采用了大量的减隔震技术。从国外采 用减隔震技术建造的桥梁的震害表现看，在近几年 的几次大地震中抗震性能表现很好。如在日本 １９９５年阪神大地震中，采用铅芯橡胶支座隔震的６ 座桥梁抗震性能表现极佳。土耳其Ｂｏｌｕ高架桥在 １年内尽管遭受了２次大地震，尤其是第２次大地 震远高于该桥的设计地震水平，但该桥地震中没有 发生落梁，震后维修也仅需更换支座。减隔震桥梁 在地震中的良好表现促进了这类桥梁在实际工程中 柱抗震性能的重要因素。对于独柱墩应进行详尽的 分析，对于圬工墩应尽量避免采用。 （２）落梁震害与支承破坏密切相关，但从支座 构造人手来解决落梁问题是困难的，设计中应将支 座、主梁搁置长度、主梁限位装置作为一个统一的防 落梁系统来考虑。 （３）地基震害属于非结构性震害，只能通过避 绕措施来减轻震害。 （４）在地震中支承破坏是难以避免的，橡胶支 座的抗震性能优于钢支座。 （５）在高地震烈度区，对简支体系桥梁应积极 采用减隔震技术。 参 考 文 献： ［１］ 台湾“内政部”建筑研究所．９．２１集集大地震建筑物震 害调查初步报告ＥＲ］．１９９９． ［２］刘恢先．唐山大地震震害Ｉ－Ｍ］．北京：地震出版社， １９８６． ［３］ 中国地震局赴土耳其地震现场考察专家组．土耳其伊 兹米特地震震害考察［Ｒ］．２０００． ［－４３陈达生，周锡元，那向谦，等，云南澜沧一耿马地震 震害论文集［Ｃ］。北京：科学出版社，１９９１． ［５］ 中国赴日地震考查团．日本阪神大地震考察Ｉ－Ｍ］．北 京：地震出版社，１９９５． Ｉ－６－１ ＥＥＲＣ．Ｌｏｍａ Ｐｒｉｅｔａ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ Ｒｅ－ ｐｏｒｔＥ［Ｒ］．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｓｐｅｃｔｒａ，１９９０，Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｔｏ Ｖｏｌ ６． ［７］ ＮＺＮＳＥＥ．Ｔｈｅ Ｌｏｍａ Ｐｒｉｅｔａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｏｆ Ｏｃｔｏｂｅｒ １７，１９８９，Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＮＺＮＳＥＥ Ｒｅｃｏｎ— ｎａｉｓｓａｎｃｅ Ｔｅａｍ ｒ Ｒ］．Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｚｅａｌａｎｄ Ｎａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｎｅｅｒｉｎｇ，１９９０，Ｖｏｌ ２３． ［８］ ＥＥＲＣ．Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ Ｒｅｐｏｒｔ ［Ｒ］．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｓｐｅｃｔｒａ，１９９６，Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ Ｃ ｔｏ Ｖｏｌ １１． Ｉ－９］ ＮＺＮＳＥＥ．Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ Ｒｅ— ｐｏｒｔ，Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＮＺＮＳＥＥ Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ Ｔｅａｒｎ ｏｎ ｔｈｅ １ ７ Ｊａｎｕａｒｙ １ ９ ９４ Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ，Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｅｓ Ｅａｒｔｈ— ｑｕａｋｅ［－Ｒ］．Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｚｅａｌａｎｄ Ｎａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４，Ｖｏｌ ２７（４）．
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容