橋梁震害和抗震措施分析

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

橋梁震害和抗震措施分析

陳余柱

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

地震是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)破壞最嚴(yán)重的一種自然災(zāi)害，地震不但會(huì)破壞橋梁結(jié)構(gòu)，還會(huì)影響交通運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)營(yíng)。本文重點(diǎn)介紹了一些橋梁震害，并分析了發(fā)生震害的原因，以及針對(duì)具體震害提出一些抗震措施。

橋梁結(jié)構(gòu)；地震震害；抗震措施

0 引言

橋梁是架設(shè)在江河、山谷或其他障礙上的建筑物，使車(chē)輛行人等能順利通行，從而在交通運(yùn)輸中保證交通順暢。在地震發(fā)生后，一旦造成橋梁坍塌，會(huì)影響緊急救援和抗震救災(zāi)的速度，因此橋梁對(duì)震后的救援工作有非常重要的作用。研究橋梁在地震中破壞的特點(diǎn)，并分析造成破壞的原因，找出有效地應(yīng)對(duì)措施，從而采取有效的抗震設(shè)計(jì)，不但具有實(shí)踐價(jià)值，還具有非常重要的社會(huì)意義。

1 橋梁震害

地震對(duì)橋梁的危害與很多因素有關(guān)，有橋梁的結(jié)構(gòu)型式、體系布置、抗震構(gòu)造、橋梁選址以及地基條件。地震對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的破壞包括梁移位、落梁、梁端撞擊、橋面伸縮縫損壞、支座損壞等。地震對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的破壞包括橋墩折斷、鋼筋混凝土剝落、系梁開(kāi)裂、擋塊失效、傾斜等。

1.1 梁體的偏移和落梁

地震發(fā)生時(shí)，巨大的地震作用使上部結(jié)構(gòu)在縱向、橫向發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而引起梁體脫離、錯(cuò)位，還會(huì)導(dǎo)致梁體頂撞和損壞擋塊。當(dāng)?shù)卣鹱饔檬沽后w發(fā)生很大位移時(shí)，會(huì)使梁體超出墩臺(tái)支撐面，造成落梁。在落梁震害中主要是順橋向落梁經(jīng)常發(fā)生，主要是因?yàn)橛邪镀乱苿?dòng)、地基失效，以及橋墩的折斷和傾斜倒塌。落梁不僅破壞橋梁結(jié)構(gòu)本身，還會(huì)使交通中斷，阻礙救援速度和恢復(fù)工作，從而引起更大損失。

1.2 支座破壞

地震時(shí)，巨大的地震荷載很容易破壞支座，主要表現(xiàn)為剪斷支座錨栓和活動(dòng)支座脫落，以及損壞支座本身等。支座在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抗震等級(jí)考慮不夠，另外不合理的連接和支擋構(gòu)造措施，以及所采用的支座形式和材料上的缺陷都能引起支座在地震中被破壞。地震時(shí)，一般是先發(fā)生支座破壞，接著誘發(fā)落梁震害，因此需要重視支座的抗震。

1.3 伸縮縫及擋塊破損

橋梁結(jié)構(gòu)體系中抗震性能比較薄弱的部位包括伸縮縫和剪力鍵等支承連接件。在地震發(fā)生時(shí)，這些支承連接件往往發(fā)生破壞。另外，經(jīng)常發(fā)生的破壞還有橋梁附屬支座移位與變形，以及護(hù)欄開(kāi)裂和伸縮縫張開(kāi)或擠壓等。

1.4 墩臺(tái)破壞

地震時(shí)，會(huì)造成地基土液化，從而減弱地基承載力，引發(fā)橋墩破壞。橋墩是支撐梁體的主要構(gòu)件，一旦發(fā)生破壞，橋梁上部結(jié)構(gòu)必將遭到嚴(yán)重破壞。柔性橋墩發(fā)生破壞的主要形式有混凝土開(kāi)裂、壓潰和鋼筋裸露、壓彎以及產(chǎn)生很大的塑性變形。粗矮墩發(fā)生破壞的主要形式有混凝土大裂縫、鋼筋切斷等。

地震發(fā)生時(shí)，造成地基土液化，使橋頭路面和兩岸土體發(fā)生失穩(wěn)，向跨中方向移動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)橋臺(tái)向跨中方向滑移，使橋臺(tái)發(fā)生下沉、傾斜等破壞。進(jìn)而導(dǎo)致支座傾斜，當(dāng)滑移距離過(guò)大時(shí)，甚至使橋梁支座被剪壞，以及縱向擠壓梁體；更嚴(yán)重的是如果地震中，橋臺(tái)發(fā)生斷裂坍塌，就會(huì)造成落梁震害。

1.5 地基與基礎(chǔ)破壞

地震會(huì)造成地基砂土液化，使地基不均勻沉降和減弱穩(wěn)定性，從而使地層水平滑移、下沉、斷裂，最終破壞橋梁結(jié)構(gòu)。隨著地基強(qiáng)度降低，橋梁基礎(chǔ)也會(huì)發(fā)生移位、傾斜，以及下沉、折斷和屈曲失穩(wěn)。地基與基礎(chǔ)若是破壞很?chē)?yán)重，會(huì)直接導(dǎo)致橋梁坍塌，使橋梁在震后無(wú)法通過(guò)修復(fù)而繼續(xù)使用，只能新建橋梁。

2 抗震措施

地震時(shí)，橋梁的支承連接件失效和下部結(jié)構(gòu)失效，以及軟弱地基失效是橋梁發(fā)生破壞的主要原因。因此，應(yīng)主要從這些方面考慮對(duì)策來(lái)設(shè)計(jì)橋梁，來(lái)改善或者加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)，這樣能夠減少很多甚至避免地震震害。

2.1 橋位選擇

地震會(huì)使不良地質(zhì)區(qū)的地基減弱，從而引發(fā)橋梁下部結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降、水平移動(dòng)，進(jìn)而破壞橋梁結(jié)構(gòu)。在選擇橋位時(shí)應(yīng)該盡量避開(kāi)不良地質(zhì)區(qū)，這些不良地質(zhì)區(qū)包闊活動(dòng)斷層及其臨近地段和有可能滑坡或崩塌地段，還有可能液化的軟弱土層地段。因?yàn)橐恍┰驘o(wú)法避免時(shí)，可以采用深基礎(chǔ)，或者對(duì)地基進(jìn)行處理，而且橋梁中線應(yīng)與河流正交。

2.2 橋梁上部結(jié)構(gòu)

橋梁的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能連續(xù)，而且采用對(duì)稱(chēng)的幾何尺寸，還要盡量保證均勻的質(zhì)量和剛。這樣的橋梁整體性較好，橋梁構(gòu)件在地震中不容易被破壞。橋梁要盡量選用直線線形，因?yàn)榍€梁橋在地震過(guò)程中的地震反應(yīng)更加復(fù)雜。對(duì)于多跨簡(jiǎn)支梁橋，可以加強(qiáng)梁之間的縱、橫向聯(lián)系，采用連續(xù)橋面，加大梁端至墩、臺(tái)帽或蓋梁邊緣的距離，通過(guò)這些措施來(lái)提高橋梁抗震性能。對(duì)于梁橋，可以采用拉桿和鋼筋混凝土擋塊，以及錨桿等措施， 來(lái)約束主梁在地震時(shí)發(fā)生縱、橫向移動(dòng)。還可以通過(guò)設(shè)置彈性墊塊，來(lái)減弱地震的沖擊力，這些墊塊可以設(shè)置在梁與梁之間，以及梁與橋臺(tái)胸墻之間。

2.3 橋臺(tái)和橋墩

當(dāng)主河槽與河灘分界處的地形發(fā)生突變時(shí)，不適合把橋墩設(shè)置在這些地方；位于軟弱地基和容易液化失效地基上的橋墩基礎(chǔ)，應(yīng)該采用深基礎(chǔ)；橋墩不宜承受斜向土壓力。另外，應(yīng)該優(yōu)先采用空心截面橋墩和鋼筋混凝土橋墩，因?yàn)榭招慕孛鏄蚨蘸弯摻罨炷翗蚨盏难有砸绕渌慕孛嫘问交虿牧系臉蚨蘸?。另外根?jù)橋墩的高度不同，需要合理選擇橋梁的上下部結(jié)構(gòu)的連接形式，合理選擇剛性連接和支座連接。

橋臺(tái)盡量不要設(shè)置在不穩(wěn)定的河坡上，而且U形或T形橋臺(tái)應(yīng)該盡量被采用。另外，相比其它形式橋臺(tái)，重力式橋臺(tái)具有施工方便、造價(jià)低廉，抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此在條件允許的情況下，重力式橋臺(tái)應(yīng)該優(yōu)先考慮。

2.4 支座和伸縮縫

地震時(shí)，梁體位移大多是在伸縮縫位置發(fā)生，支座和伸縮縫很容易遭到破壞。因此，橋梁結(jié)構(gòu)的連接件是地震中的薄弱環(huán)節(jié)。為了減少伸縮縫的個(gè)數(shù)，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用連續(xù)梁形式。在地震中，連續(xù)梁有很多優(yōu)點(diǎn)，比如降低落梁的可能性和提高橋上行車(chē)的舒適性。對(duì)于伸縮縫，要保證支承面有足夠的寬度，而且變形能夠滿足預(yù)估的地震強(qiáng)度所產(chǎn)生的位移。為了限制支座的位移和滑動(dòng)，可采用梁底加焊鋼板或設(shè)置縱、橫向擋塊等措施。地震時(shí)，普通橡膠支座很容易受到破壞，并且加劇上部結(jié)構(gòu)的損傷，所以在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用適宜的支座類(lèi)型來(lái)滿足抗震設(shè)防要求。

3 結(jié)語(yǔ)

地震是一種突發(fā)性的自然災(zāi)害，其特點(diǎn)是不可抗性和難以預(yù)見(jiàn)性。我國(guó)是地震多發(fā)國(guó)家之一，所發(fā)生的地震不僅頻率高、強(qiáng)度大，而且分布比較廣。地震破壞橋梁，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，更重要的是造成交通中斷，而使地震災(zāi)區(qū)人民不能得到及時(shí)救援，危及生命。因此，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的震害，我們要進(jìn)行全面分析，并且從中吸取寶貴的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，從而不斷促進(jìn)橋梁抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和抗震措施的進(jìn)步。為了提高和完善橋梁的安全性、適用性、耐久性，需要在橋梁設(shè)計(jì)中采取一系列有效的抗震措施，從而地震中能夠更大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失，并且保證救援路線順暢，降低人民生命損失。

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