1、“5.12”汶川地震公路橋梁震害初步分析及對策二OO九年八月十五日 成都四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 莊衛(wèi)林第1頁，共62頁。匯報(bào)目錄汶川地震概況公路橋梁震害綜述公路橋梁典型震害百花大橋震害初步分析橋梁震害的啟示與對策交通部目前正在開展的有關(guān)橋梁抗震研究工作第2頁，共62頁。1、“5.12”汶川地震概況 2008年5月12日14點(diǎn)28分，四川省汶川縣發(fā)生8.0級特大地震，一瞬間，地動山搖、山崩地裂，造成了巨大災(zāi)難。 成千上萬的人在瞬間被奪去生命，成千上萬的家庭在瞬間失去親人，成千上萬的群眾在瞬間無家可歸。 第3頁，共62頁。 這是新中國成立以來破壞性最強(qiáng)、波及范圍最廣、救災(zāi)難度最大的一次

2、地震，重災(zāi)區(qū)的范圍超過10萬平方公里，除受損極嚴(yán)重的四川外，較為嚴(yán)重還有甘肅、陜西的部分地區(qū)，其他如重慶、云南等地也受到不同程度的影響。死亡及失蹤人數(shù)超過8.7萬人。震后的映秀第4頁，共62頁。映秀菜桿子村北川青川漢旺鎮(zhèn)地震破裂帶推測破裂帶汶川地震發(fā)震于龍門山中央斷裂帶（北川映秀斷裂），為逆沖右旋走滑運(yùn)動，起震點(diǎn)為映秀，地震主震破裂時間80秒，破裂長度約300Km，寬度達(dá)3040Km，最大烈度達(dá)11度，受災(zāi)極重地區(qū)為從映秀北川青川方向的帶狀區(qū)域。汶川地震震源特點(diǎn)第5頁，共62頁。汶川地震實(shí)際烈度分布圖等值線圖，最大烈度達(dá)11度，特點(diǎn)是帶狀分布。第6頁，共62頁。震中位于汶川縣映秀鎮(zhèn)蔡杠子村（北

3、緯31度，東經(jīng)103.4度）“5.12”地震發(fā)震位置第7頁，共62頁。映秀震中照片地震破裂帶 在斷層面上錯動分布是不均勻的，呈現(xiàn)兩個集中區(qū)，在地面上的投影分別對應(yīng)映秀和北川附近。在映秀附近山前主邊界斷層深度9.1Km處最大錯動量為516cm，在中央主斷層深度15.5Km處最大錯動量為1249cm；在北川附近中央主斷層深度3.6Km處和深度10.3km處最大錯距分別高達(dá)1043cm和1200cm。 這一結(jié)果解釋了映秀和北川地面破壞程度最劇烈的原因。第8頁，共62頁。災(zāi)區(qū)公路遭受嚴(yán)重破壞，造成通往災(zāi)區(qū)的公路交通一度完全中斷，除山體崩塌等地質(zhì)災(zāi)害中斷公路外，控制性工程橋梁的嚴(yán)重?fù)p壞也是公路中斷的原因

4、之一，橋梁在此次地震中遭受了巨大的破壞。極震區(qū)公路網(wǎng)受損概況第9頁，共62頁。四川省受災(zāi)公路示意圖極震區(qū)公路網(wǎng)受損概況第10頁，共62頁。 全國直接經(jīng)濟(jì)損失8451億，直接震害損失占2/3，滑坡、泥石流、崩塌等間接震害損失占1/3。 四川交通基礎(chǔ)設(shè)施直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)580億元，一些路段全面損毀，造成毀滅性、根本性破壞。第11頁，共62頁。匯報(bào)目錄汶川地震概況公路橋梁震害綜述公路橋梁典型震害百花大橋震害初步分析橋梁震害的啟示與對策交通部目前正在開展的有關(guān)橋梁抗震研究工作第12頁，共62頁。2、四川公路橋梁震害調(diào)查及宏觀震害 震后，四川省交通廳組織全國11家設(shè)計(jì)單位對四川重災(zāi)區(qū)國省主干線公路上的橋梁

5、進(jìn)行震害調(diào)查和檢測，共調(diào)查檢測公路橋梁1657座。調(diào)查檢測發(fā)現(xiàn)橋梁抗震總體水平較好，徹底損毀的橋梁占1.09%。表1 汶川地震震區(qū)橋梁震害調(diào)查統(tǒng)計(jì)表（按座數(shù)統(tǒng)計(jì)）項(xiàng)目分類總數(shù)（座）完好及輕微破壞中度破壞嚴(yán)重破壞損毀施工中高速公路57691.49%5.21%2.6%0.35%0.35%國省干道108178.17%11.01%8.78%1.48%0.56%合 計(jì)165782.81%8.99%6.63%1.09%0.48%第13頁，共62頁。2、四川公路橋梁震害調(diào)查及宏觀震害表2 汶川地震震區(qū)橋梁橋型比例表橋型比例：1657座橋梁中，簡支體系橋梁共1337座，占80.68%。橋墩形式：極重災(zāi)區(qū)簡支體

6、系橋梁的橋墩幾乎均為雙柱式橋墩。獨(dú)柱式橋墩只 有白水溪大橋等5座橋梁，其中4座為矩形獨(dú)柱墩，只有小黃溝中橋 （連續(xù)梁橋）采用圓柱形獨(dú)柱墩。橋 型座數(shù)所占比例完好及輕微破壞中度破壞嚴(yán)重破壞損毀簡支體系橋梁133780.68%82.87%9.35%7.03%0.75%拱 橋28617.26%87.75%7.00%4.20%1.05%連續(xù)梁橋332.00%72.73%12.12%9.09%6.06%連續(xù)剛構(gòu)10.06%/100%/ 通過震害資料的初步分析，破壞嚴(yán)重的橋梁共25座第14頁，共62頁。橋梁宏觀震害1：次生地質(zhì)災(zāi)害對橋梁的破壞巨大 在極重災(zāi)區(qū)國省主干線破壞嚴(yán)重的25座橋梁中，有10座橋梁為

7、次生地質(zhì)災(zāi)害所致，比例高達(dá)40%。次生地質(zhì)災(zāi)害造成了橋梁的嚴(yán)重破壞，甚至是毀滅性的。 次生地質(zhì)災(zāi)害是本次地震極重災(zāi)區(qū)橋梁破壞的一個主要原因，也是此次地震橋梁震害有別于近50年幾次大地震中橋梁震害的一個突出特點(diǎn)。徹底關(guān)大橋映秀岸垮塌3孔映秀至汶川公路一碗水順河橋被崩塌體砸毀4孔第15頁，共62頁。映秀至汶川公路電站溝橋被落石砸垮連接岷江兩岸的橋梁被落石砸垮映秀至臥龍公路魚子溪2號橋被落石砸垮映秀至汶川公路桃關(guān)岷江橋被落石砸垮第16頁，共62頁。6月9日映秀山體崩塌錄像四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 2008年6月9日拍攝第17頁，共62頁。橋梁宏觀震害2：近場地震的影響巨大映秀附近嚴(yán)重破壞橋

8、梁與斷層帶的相互位置關(guān)系圖穿越地表活動斷裂帶及斷裂帶附近2km范圍內(nèi)的橋梁容易發(fā)生毀滅性破壞 第18頁，共62頁。G213線百花大橋跨塌的第五聯(lián)橋映秀順河橋穿過中央斷裂帶，全部倒塌小漁洞橋穿越斷層，兩跨垮塌，殘余的兩跨已報(bào)廢 百花大橋距活動斷層約1.0Km，第五聯(lián)橋整體垮塌，同時殘存部分90的橋墩出現(xiàn)壓潰現(xiàn)象 第19頁，共62頁。橋梁宏觀震害3：彎、斜橋破壞比直線橋嚴(yán)重斜橋移位普遍較大，在梁體產(chǎn)生縱橋向移位的同時也帶來橫橋向位移 百花大橋跨塌的第五聯(lián)橋處在小半徑彎道上，其直線橋部分雖破壞嚴(yán)重，但未發(fā)生垮塌 第20頁，共62頁。橋梁宏觀震害4：橋梁長度、墩身高度、橋墩形式對橋梁抗震性能的影響壽江

9、大橋1號墩梁體移位 橋長較短的橋梁由于橋臺對橋梁縱向的約束作用，對防止落梁起到了貢獻(xiàn),因此長度較短的橋梁比較長橋梁破壞輕；只有一聯(lián)的橋梁，其震害比多聯(lián)的且相對較長的也要輕第21頁，共62頁。廟子坪岷江橋，高達(dá)70m的引橋發(fā)生落梁高墩橋梁的落梁風(fēng)險(xiǎn)大。第22頁，共62頁。矩形獨(dú)柱墩的4座簡支體系橋梁，橋墩自身均未出現(xiàn)破壞。矩形墩的表現(xiàn)均優(yōu)于圓形墩矩形獨(dú)柱墩 災(zāi)區(qū)梁式橋的橋墩幾乎均為雙柱式橋墩,震害調(diào)查表明：雙柱式橋墩是比獨(dú)柱墩相對好的橋墩形式如壽江大橋?yàn)榫匦为?dú)柱墩，雖然梁體移位嚴(yán)重，但下部橋墩仍十分完好，只需對上部梁體進(jìn)行復(fù)位即可。 第23頁，共62頁。連續(xù)梁橋的橋墩破壞情況均比簡支體系橋梁的橋

10、墩破壞嚴(yán)重。 主要還是墩的形式和各墩所分擔(dān)的地震水平力差異過大造成第24頁，共62頁。橋梁宏觀震害5：深水橋梁產(chǎn)生震害后，其修復(fù)代價是巨大的在建的都汶高速公路廟子坪岷江大橋的主墩墩高104m，淹沒超過40m，采用潛水員和水下攝像等多種檢測手段，發(fā)現(xiàn)水下墩身開裂。檢測困難，修復(fù)代價巨大。第25頁，共62頁。橋梁宏觀震害6：整體性差的橋梁破壞大平武縣南壩大橋地震時正在施工，橋面鋪裝及空心板間企口縫還未澆注，大部分空心板都落梁了掉入河中。第26頁，共62頁。橋梁宏觀震害7：不同橋型的抗震能力是有差別的許多拱橋的總體表現(xiàn)較好，尤其是單跨拱，只要兩端地質(zhì)條件好，主拱圈基本完好 由于簡支體系橋梁占80.6

11、8，因此相應(yīng)震害也要明顯。極震區(qū)的連續(xù)梁橋普遍出現(xiàn)梁體的縱橫向移位、橋墩傾斜甚至倒塌。第27頁，共62頁。匯報(bào)目錄汶川地震概況公路橋梁震害綜述公路橋梁典型震害百花大橋震害初步分析橋梁震害的啟示與對策交通部目前正在開展的有關(guān)橋梁抗震研究工作第28頁，共62頁。橋梁震害直接震害間接震害垮塌、移位、落梁、墩身破壞、橋臺破壞、地基破壞、支座破壞、伸縮縫破壞砸壞、擠壓橫移3. 公路橋梁典型震害 將簡支體系橋梁、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋均按梁式橋考慮。 汶川地震橋梁震害除極少數(shù)倒塌外，其他主要震害現(xiàn)象有：主梁移位和落梁、橋墩震害、支座破壞、橋臺破壞。 伸縮縫的破壞基本是由梁的移位過大引起，另外，由于震區(qū)地質(zhì)條

12、件的特殊性，極少出現(xiàn)砂土液化對橋梁的震害現(xiàn)象，在此不再闡述。3.1梁式橋震害第29頁，共62頁。1、倒塌第30頁，共62頁。第31頁，共62頁。2、主梁移位和落梁 主梁移位在地震重災(zāi)區(qū)的橋梁中比較普遍，但主梁移位的極端情況落梁破壞相對較少。 主梁移位震害包括縱橋向移位、橫橋向移位和平面旋轉(zhuǎn)。平面轉(zhuǎn)動的震害主要出現(xiàn)在斜交橋。（1）橫向移位第32頁，共62頁。白水溪橋3號墩墩頂梁體橫向移位48cm新房子橋連續(xù)梁梁體橫向移位60cm（2） 縱向移位壽江橋第1跨幾乎落梁第33頁，共62頁。（3）平面扭轉(zhuǎn)在斜交橋中普遍出現(xiàn)（4）擋塊破壞主梁移位的同時撞擊橋墩的縱橫向擋塊，也造成了橋墩擋塊的大量破壞，但因

13、為擋塊的設(shè)置，減少了落梁震害。第34頁，共62頁。第35頁，共62頁。（5）落梁 落梁是橋梁最嚴(yán)重的震害之一，是作為主梁移位的極端表現(xiàn)形式，但在汶川地震中較少出現(xiàn)。 廟子坪大橋落梁跨緊鄰伸縮縫部位，此處墩高約70m，雖然蓋梁寬度達(dá)3m，但仍無法適應(yīng)地震引起的縱向位移。正在施工的南壩大橋落梁都汶高速公路廟子坪岷江大橋第10跨引橋發(fā)生整跨落梁第36頁，共62頁。3、橋墩震害（壓潰、開裂、傾斜）第37頁，共62頁。廟子坪大橋5號主墩墩身水下部分橫向貫通裂縫（水下攝像）都汶高速的新房子大橋右幅的6-25m連續(xù)箱梁部分墩位因緊鄰陡坡，地表開裂，墩柱傾斜調(diào)查表明：發(fā)生橋墩傾斜震害主要是連續(xù)梁橋的橋墩。連續(xù)

14、梁橋由于固定支座的設(shè)置，使得橋墩在地震作用下承受的地震荷載差異大，從而橋墩破壞的嚴(yán)重程度差異也大，同時會帶來崩潰性的破壞； 墩柱箍筋是非常重要的。通過破壞橋墩的調(diào)查分析，無論墩柱直徑大小，無論是否是潛在塑性鉸區(qū)域，箍筋體積配箍率0.048%0.067%，遠(yuǎn)不能保證足夠的橫向約束能力； 墩身剛度突變處易產(chǎn)生震害； 此次橋墩震害出現(xiàn)了深水橋墩開裂這一全新的橋墩震害現(xiàn)象。第38頁，共62頁。4、支座破壞支座破壞是橋梁上部結(jié)構(gòu)中最常見的一種破壞現(xiàn)象，梁的縱、橫向位移過大，導(dǎo)致支座破壞，在汶川地震中，支座破壞主要表現(xiàn)為支座撕裂、脫空及滑移。百花橋18#橋墩右墩頂支座脫落，梁體懸空白水溪橋支座破壞第39頁

15、，共62頁。5、橋臺破壞此次地震中橋臺的破壞主要有：重力式臺的墻體開裂、肋板式橋臺肋板開裂、橋臺錐坡開裂、橋臺填料垮塌、搭板下沉等。第40頁，共62頁。此次地震顯示橋臺對橋梁的約束作用較為明顯。通過橋臺背墻約束了墩梁體縱向移位，在地震中對防止落梁有較大貢獻(xiàn)。同時震害調(diào)查分析表明只有一聯(lián)的橋梁，其震害比多聯(lián)的且相對較長的輕許多。第41頁，共62頁。3.2 拱橋典型震害1、主拱圈破壞拱圈震害包括拱圈斷裂和開裂?？逅木飰未髽虬姿哟髽蛑鞴叭﹂_裂第42頁，共62頁。3.2 拱橋典型震害2、拱上結(jié)構(gòu)破壞腹拱圈開裂，腹拱上橫墻開裂：橋面板橫移。白水河大橋腹拱圈開裂竹園大橋立柱開裂第43頁，共62頁。匯

16、報(bào)目錄汶川地震概況公路橋梁震害綜述公路橋梁典型震害百花大橋震害初步分析橋梁震害的啟示與對策交通部目前正在開展的有關(guān)橋梁抗震研究工作第44頁，共62頁。 G213線百花大橋，建成于2004年，設(shè)計(jì)荷載為汽-20、掛-100，地震烈度按度設(shè)防。全橋長496m，橋?qū)?m，最大墩高30.3m。上部構(gòu)造分為6聯(lián)，跨徑組合為4-25+5-25+1-50+ 3-25+5-20+2-20m，除第3聯(lián)采用簡支T梁外（跨徑50m），其余各聯(lián)均為連續(xù)梁，第1-2聯(lián)、第5-6聯(lián)之間（第18、19跨間）采用牛腿構(gòu)造搭接。下部構(gòu)造為雙柱式橋墩、輕型橋臺、樁基礎(chǔ)。平面上大橋第1、2聯(lián)位于左偏曲線內(nèi)，第5、6聯(lián)位于右偏曲線內(nèi)

17、。縱面上，全橋基本位于1%單坡內(nèi)。 第45頁，共62頁。 百花大橋橋位距龍門山中央斷裂帶的最近距離僅1.5Km。 能量輸入集中在北偏西、北、北偏東、東偏北等方向?？傮w而言，第14聯(lián)以橫向輸入為主，兼有縱向分量；第5、6聯(lián)以縱向輸入為主，兼有橫向分量。此外，靠近發(fā)震斷裂，豎向地震動輸入也非常大，導(dǎo)致梁體更容易移位。 第46頁，共62頁。第5聯(lián)整體倒塌 本聯(lián)橋跨包括第1418跨，主梁總長98.6m，主要震害現(xiàn)象包括： （1）橋墩均已倒塌，墩柱普遍存在折斷、壓潰、系梁破壞等狀況，也有斜剪破壞，其中16#墩的剪切破壞現(xiàn)象較為明顯。 （2）主梁梁體混凝土壓碎，主筋拉斷、崩離。倒塌后主梁斷裂或折斷的共有7

18、處， 第47頁，共62頁。第5、6聯(lián)橋墩高度差異較大，其自振頻率不同，導(dǎo)致縱向振動不一致 在第5聯(lián)各墩中，17#墩最矮，線剛度大使其承受的水平力也大，因此其墩柱底部首先開裂，剛度明顯下降，因位移過大導(dǎo)致第18跨從第19跨牛腿上滑落，瞬間轉(zhuǎn)移增加的地震響應(yīng)使17#墩柱在塑性鉸區(qū)域失效、斷裂第48頁，共62頁。 主要表現(xiàn)為墩柱壓潰、環(huán)向開裂，系梁開裂破壞，以及擋塊、支座等的破壞。雙柱式橋墩的破壞是崩潰性的，全橋38個墩柱中倒塌、壓潰的共24個，比例高達(dá)63%；環(huán)向開裂的6個，占16%；墩柱病害不明顯的8個，占21%。 全橋橋墩除第5聯(lián)整體垮塌外，其余墩柱共有19處壓潰，13處環(huán)向開裂，均位于潛在塑

19、性鉸區(qū)域。通過對橋墩破壞的分析，第14聯(lián)橋梁的下部構(gòu)造，橫向破壞占主導(dǎo)地位；第6聯(lián)橋梁的下部構(gòu)造，以縱向破壞為主。橋墩破壞的方向性與地震動的輸入是一致的。同時通過現(xiàn)場橋墩破壞的對比發(fā)現(xiàn)，14聯(lián)橋墩破壞比6聯(lián)橋墩破壞更嚴(yán)重，即橫橋向產(chǎn)生的破壞比縱橋向嚴(yán)重。下部構(gòu)造震害第49頁，共62頁。 設(shè)置有固定支座的橋墩破壞均較為嚴(yán)重；設(shè)置板式橡膠支座的橋墩，如墩、梁之間橫向相對滑移較大，則墩柱受損程度較輕。 總之，設(shè)置固定支座的橋墩及較矮的橋墩由于其線剛度較大，而承擔(dān)了更多的地震作用，遭受破壞更為嚴(yán)重。 上部結(jié)構(gòu)主要震害 第14、6聯(lián)橋梁，梁體、橋面基本完好，震害主要表現(xiàn)為整體移位、平面轉(zhuǎn)動。對于梁式橋梁

20、，只要下部結(jié)構(gòu)不倒塌，上部結(jié)構(gòu)震害多表現(xiàn)為剛體移動，而主梁開裂、破壞等結(jié)構(gòu)性震害較少， 第50頁，共62頁。匯報(bào)目錄汶川地震概況公路橋梁震害綜述公路橋梁典型震害百花大橋震害初步分析橋梁震害的啟示與對策交通部目前正在開展的有關(guān)橋梁抗震研究工作第51頁，共62頁。5. 橋梁震害的啟示與對策汶川地震中，破壞嚴(yán)重及倒塌的橋梁中相當(dāng)大一部分是由地質(zhì)次生災(zāi)害引起。工程地質(zhì)是橋位選擇首先要考慮的重要因素，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離陡坡危巖落石影響范圍。對于必須通過不良地質(zhì)病害的橋位應(yīng)進(jìn)行處治。(1) 次生地質(zhì)災(zāi)害的啟示與對策 在高烈度地震區(qū)，橋位選擇應(yīng)充分考慮地形和地質(zhì)條件第52頁，共62頁。第53頁，共62頁。 針對在活

21、動斷裂區(qū)橋梁破壞嚴(yán)重的現(xiàn)象，橋位選擇要盡量遠(yuǎn)離斷裂帶，尤其應(yīng)避免與斷裂帶小角度交叉。同時選擇易于修復(fù)的橋梁方案并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。(2)近場地震的啟示與對策第54頁，共62頁。(3)不同橋型抗震能力差異的啟示與對策 連續(xù)梁橋由于固定墩的設(shè)置，使得連續(xù)梁橋在地震中存在地震力分配嚴(yán)重不均的問題，在本次地震中，連續(xù)梁橋的破壞超過了簡支體系橋梁。 對策：對于連續(xù)梁橋，首先應(yīng)做好橋墩的抗震工作，防止橋墩在地震中遭受嚴(yán)重破壞。加裝墩梁聯(lián)動裝置，及合理的支座設(shè)置方式及支座構(gòu)造，也解決橋墩水平地震力分配嚴(yán)重不均的途徑之一。 拱橋在此次地震中表現(xiàn)相對較好，地震區(qū)公路中，可適當(dāng)增加整體性好的拱橋，尤其是單跨拱橋

22、。 此外：梁式橋的彎坡斜橋的總體表現(xiàn)比直線橋差。因此在地震高烈度地區(qū)應(yīng)盡量減少彎、斜橋的比例。 總之，橋型結(jié)構(gòu)應(yīng)有簡明的傳力路徑和合理的地震作用傳遞路線。外形應(yīng)簡單、自重輕、剛度和質(zhì)量分布勻稱，重心低。各構(gòu)件間應(yīng)采用有利于提高結(jié)構(gòu)整體性的連接方式，裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)采取加強(qiáng)整體連接的措施。 第55頁，共62頁。(4)梁體移位的啟示與對策拉索式防落梁裝置 縱橋向移位的對策：增加主梁擱置長度盡量減少落梁震害。主梁限位裝置和適當(dāng)?shù)闹髁簲R置長度對梁式橋的抗震是十分重要。尤其要重視高墩多聯(lián)長橋的防落梁措施。 橫橋向梁體移位極易帶來擋塊破壞。汶川地震中擋塊破壞非常普遍，由于擋塊緊鄰蓋梁端部，許多擋塊是撕裂性破壞。事實(shí)上，在水平地震力作用下，擋塊是受力構(gòu)件，僅對其進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)是不恰當(dāng)?shù)?，?yīng)加強(qiáng)擋塊強(qiáng)度，重視擋塊的設(shè)計(jì)和優(yōu)化其構(gòu)造，適當(dāng)增加擋塊與梁體間的距離，同時在兩者間設(shè)置緩沖裝置。 設(shè)計(jì)中應(yīng)將支座、主梁擱置長度、主梁限位裝置作為一個統(tǒng)一的防落梁系統(tǒng)來考慮 防止落梁對梁式橋的抗震十分重要第56頁，共62頁。 橋長較短的橋梁應(yīng)充分有意識利用橋臺對梁體的約束作用，