汶川地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響

汶川地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響

面對(duì)川洛伊木馬的巨大地震，橋梁結(jié)構(gòu)是生命線工程的重要組成部分，通常經(jīng)過地震考驗(yàn)，完成地震后的交通暢通任務(wù)。但對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)在地震中表現(xiàn)出來的共性問題仍需進(jìn)行深入討論,為此作者所在課題組在地震發(fā)生后對(duì)受災(zāi)地區(qū)各類型橋梁進(jìn)行了考查總結(jié),并借鑒了相關(guān)文獻(xiàn)的經(jīng)驗(yàn),希望對(duì)今后橋梁的抗震設(shè)計(jì)提出一些有價(jià)值的建議。1典型橋道地震分析1.1結(jié)構(gòu)破壞情況廟子坪大橋?yàn)槎笺敫咚俟纷铋L的一座橋梁,橫跨都江堰紫坪鋪庫區(qū)通往漩口鎮(zhèn)的岷江。如圖1,該橋主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋,125m+220m+125m設(shè)計(jì),其余19跨每跨50m,為連續(xù)梁橋,每跨梁由10片T梁構(gòu)成,總長1436m,墩高大于100m。此次汶川地震,該橋主體結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)部分基本經(jīng)受住了考驗(yàn),破壞主要集中在中間一跨位于伸縮縫位置處出現(xiàn)落梁及部分墩跨之間擋塊出現(xiàn)橫向擠壓破壞。如圖2(a)所示為落梁后殘存在橋墩上相臨跨T梁截面,仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)兩側(cè)橫向擋塊均出現(xiàn)擠壓破壞,這也證明T梁受到橫向往復(fù)地震力作用,同時(shí)發(fā)現(xiàn)該橋?yàn)樵O(shè)置縱向擋塊;圖2(b)為兩跨梁伸縮縫附近位置破壞情況,其橫縱向錯(cuò)動(dòng)均非常明顯,伸縮縫縱向間距被拉大約1m,橫向的護(hù)欄被剪斷;圖2(c)顯示的是位于預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)部分與連續(xù)梁交接處的破壞情況,顯然,交接處處于材料剛度的過渡,破壞更為嚴(yán)重。對(duì)于廟子坪大橋這樣的特大橋梁,縱向距離超過1000m,其縱向未設(shè)置擋塊是造成中間一跨出現(xiàn)落梁的根本原因,加之橋梁中間跨其本身為橋梁變位最大的地方,最終導(dǎo)致中間一跨出現(xiàn)落梁破壞。1.2結(jié)構(gòu)破壞情況小漁洞大橋?yàn)樗目绻皹?拱圈采用鋼筋混凝土構(gòu)架結(jié)構(gòu)形式,由一系列承壓桁架桿組成,橋墩臺(tái)主要承受兩側(cè)桁架桿的側(cè)向壓力及上部橋面結(jié)構(gòu)的重力,各跨橋面板之間簡(jiǎn)支連接于橋墩臺(tái)。汶川地震導(dǎo)致該橋產(chǎn)生了毀滅性破壞,據(jù)最新消息,該橋?qū)⒈恍藿椤氪ù蟮卣疬z址公園’從而將其保留下來。通過對(duì)小漁洞大橋進(jìn)行細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,結(jié)合圖3顯示的左數(shù)依次各跨的破壞情況,認(rèn)為該橋主要受到來自圖3(a)左側(cè)沿橋縱向的地震力作用,第一跨橋面出現(xiàn)沿橋縱向的嚴(yán)重水平位移錯(cuò)動(dòng),進(jìn)而第二跨同樣出現(xiàn)水平錯(cuò)動(dòng),由于各跨橋面簡(jiǎn)支,導(dǎo)致左數(shù)第一二跨出現(xiàn)落梁破壞,這種作用力一直作用到圖3(c)所示第四跨的橋臺(tái),導(dǎo)致橋臺(tái)出現(xiàn)擠壓破壞。對(duì)該橋結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行具體分析,圖3(a)為第一跨破壞情況,顯然當(dāng)橋梁上部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重側(cè)移,而其構(gòu)架式拱圈無法承受上部荷載最終導(dǎo)致落梁破壞,脫落的縱梁擊打到橋墩使橋墩嚴(yán)重傾斜,而桁架桿件則完全擠壓疊合在一起。圖3(b)所示為第二跨與第三跨交接處的破壞,清楚的顯示該橋上部為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu),同時(shí)其縱向搭接長度明顯不足,并且沒有構(gòu)造鋼筋將兩側(cè)的橋板相連接。圖3(c)為第四跨的破壞情況,相比而言橋跨結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生垮塌,但與橋臺(tái)連接處的桁架桿件仍然出現(xiàn)了嚴(yán)重的錯(cuò)位變形,出現(xiàn)壓屈破壞。小漁洞大橋的破壞總結(jié)為:上部橋面過短的縱向搭接長度及復(fù)雜的剛構(gòu)架拱圈結(jié)構(gòu)形式是造成該橋破壞的主要原因。1.3縱向地震力作用虹口高原大橋位于都江堰虹口鄉(xiāng),2006年竣工,4×25m簡(jiǎn)支梁橋,墩高15m,梁系上部結(jié)構(gòu)由8根矩形截面梁構(gòu)成,橋墩與每跨梁的縱向搭接長度為0.55m。通過對(duì)該橋進(jìn)行細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)考查,認(rèn)為其主要受到來自圖4(a)顯示的左側(cè)沿橋縱向的地震力作用,導(dǎo)致橋梁上部結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)移位,并在左數(shù)第三跨位置處出現(xiàn)落梁破壞,如圖4(c)顯示,落梁打到下部的橋墩上,導(dǎo)致橋墩出現(xiàn)嚴(yán)重傾斜,這股地震力一直傳到右側(cè)橋臺(tái)處,導(dǎo)致橋臺(tái)出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)D壓破壞,橋面板擠壓隆起達(dá)1m高,估計(jì)該橋沿其縱向的最大水平位移達(dá)1.2m。在橋梁受縱向地震力的同時(shí),其橫向地震力作用不容忽視,由于簡(jiǎn)支梁橋各跨是通過橋墩臺(tái)簡(jiǎn)支相連,其抵御橫向地震力的方式僅是在橋墩處設(shè)置橫向擋塊將其約束,如圖4(c)所示,其擋塊已出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)D壓破壞,完全無法抵御更大的橫向地震力作用。高原大橋的破壞總結(jié)為:針對(duì)多跨簡(jiǎn)支梁橋,其縱向擋塊的設(shè)計(jì)是十分必要的,它可使橋梁在一定程度上實(shí)現(xiàn)其整體工作,同時(shí)橫向擋塊的設(shè)計(jì)受力需要提高。2其他橋梁的地震分析2.1震后爆破處理百花大橋是此次汶川地震中破壞最為嚴(yán)重的橋梁之一,由于震后該橋處于失穩(wěn)平衡狀態(tài)而進(jìn)行了爆破處理。由圖5(a)顯示,顯然過小的轉(zhuǎn)彎半徑是造成破壞的根本原因。3.2鋪大壩結(jié)構(gòu)破壞情況如圖6(a)所示,紫坪鋪拱橋毗鄰紫坪鋪大壩,為兩跨中承式鋼管混凝土拱橋,該橋在這次地震中表現(xiàn)很好,主體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生破壞,僅在拱橋與橋面交接處出現(xiàn)混凝土裂縫。2.3鐵路橋結(jié)構(gòu)概況圖7為一座位于什邡市紅白鎮(zhèn)的修建于70年代的山區(qū)鐵路橋,三跨結(jié)構(gòu),兩邊各跨采用鐵路橋梁典型的∏型截面,中間一跨采用變截面預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁,該橋在此次地震中僅左側(cè)出現(xiàn)約10cm的水平錯(cuò)位,結(jié)構(gòu)整體完好。2.4地震破壞比例此次地震主要位于川西北地區(qū),以山區(qū)地形為主,修建于不同年代的圬工拱橋結(jié)構(gòu)形式非常普遍,并且總體講,它們?cè)诘卣鹬械谋憩F(xiàn)非常出色,不完全統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示其破壞比例并不大,故有必要在本文中加以提及。特別注意圖8(b)所示通往虹口山區(qū)的一座混凝土拱橋,由圖所示,在周圍發(fā)生山崩地裂、山體滑坡極為嚴(yán)重、道路嚴(yán)重?fù)p壞的情況下,該拱橋卻安然的屹立于此,表現(xiàn)令人震驚。3橋梁抗震設(shè)計(jì)建議由于汶川地震發(fā)生于川西北,以山區(qū)地形為主,故該地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)受很強(qiáng)的地理因素影響,以多跨連續(xù)梁橋(廟子坪大橋、百花大橋)、簡(jiǎn)支梁橋(高原大橋)及各個(gè)年代修建的拱橋(小漁洞大橋、山區(qū)拱橋等)為主。這次橋梁破壞總體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:(1)無論連續(xù)梁橋還是簡(jiǎn)支梁橋,破壞主要集中在上部結(jié)構(gòu)的落梁破壞及橫縱向滑移問題,橋梁下部結(jié)構(gòu)如橋墩基礎(chǔ)基本完好。(2)小漁洞橋等典型的桁架式拱橋由于其結(jié)構(gòu)傳力途徑復(fù)雜,破壞嚴(yán)重。(3)相比于許多現(xiàn)地橋梁結(jié)構(gòu),拱橋這種古老的結(jié)構(gòu)形式在地震中的表現(xiàn)很好。對(duì)今后橋梁抗震設(shè)計(jì)建議:(1)加強(qiáng)橋梁各跨間的構(gòu)造連接,特別注意縱向擋塊的設(shè)置以防止落梁的產(chǎn)生。(2)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)以截面形式簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)傳力途徑明確為目標(biāo)。致謝:本文所作大量