第二章橋梁震害第二章橋梁震害1橋梁是生命線工程中的關鍵部分，在地震發(fā)生后的緊急救援和抗震救災、災后恢復重建中具有極其重要的地位。強烈地震可能導致橋梁受到嚴重損傷或倒塌，造成交通中斷，使抗震救災工作受阻，以致造成生命和財產的更大損失，使震害程度擴大。2.1震害影響及原因橋梁是生命線工程中的關鍵部分，在地震發(fā)生2.12雖然橋梁震害現象早有發(fā)生，但人類正式記錄的第一次橋梁震害卻是發(fā)生在1906年美國舊金山大地震，在這次地震事件中，人們注意到了一座鐵路橋梁的倒塌。在這之后，世界上又發(fā)生了多次對橋梁抗震設計影響重大的破壞性地震：如日本1923年關東地震，1948年福井地震；新西蘭1929年默奇森地震和1931年內皮爾地震；美國1964年阿拉斯加地震；1971年圣·費爾南多地震；1976年中國唐山大地震；1994年美國北嶺地震；1995年日本阪神地震等。雖然橋梁震害現象早有發(fā)生，但人類正式記錄的第一次橋梁震害卻是3地震對橋梁結構造成的破壞現象，系統地揭示出結構設計和施工中的缺陷，甚至是最微小的缺陷。因此，調查研究過去發(fā)生的破壞性地震中橋梁的震害現象，對于改進橋梁設計和施工方法都極具價值。對橋梁震害現象開展調查研究，從中總結和吸取經驗教訓，是橋梁抗震理論得以發(fā)展的一個重要手段。可以說，橋梁抗震設計的歷史，也是人類對橋梁震害現象認識的歷史。地震對橋梁結構造成的破壞現象，系統地揭示出結構設計和施工中的4每一次大地震爆發(fā)后，人們總是可以從中發(fā)現大量的人為工程的破壞；地震造成的結構災害，反過來又促進了對地震現象和工程抗震的研究工作。另一方面，工程界也從結構的破壞中，獲取關于結構地震反應的極其寶貴的資料，從而對抗震設計理論和設計方法進行檢討、修正和發(fā)展，使結構抗震設計水平不斷地得到提高。每一次大地震爆發(fā)后，人們總是可以從中發(fā)現大量的人為工程的破壞5橋梁震害原因：場地運動引起的結構物振動（地震荷載以慣性力形式施加于結構）。場地相對位移產生的強制變形（支點強制變形的超靜內力或過大的相對變位）。橋梁震害原因：6從歷次破壞性地震中，通過調查總結發(fā)現，橋梁的震害現象可以歸納為以下幾類：上部結構墜落支承連接件破壞橋臺、橋墩破壞基礎破壞其他震害現象2.2橋梁震害及類型從歷次破壞性地震中，通過調查總結發(fā)現，橋梁的震害現象可以歸納7橋梁的組成、分類和結構體系1.基本組成五大部件五小部件橋梁的組成、分類和結構體系1.基本組成8五大部件(從傳遞荷載功能劃分)

橋跨結構（上部結構）直接承擔作用荷載橋墩、橋臺、支座（下部結構）將上部結構的荷載傳遞到基礎防止路堤滑塌傳力、保證橋梁的自由變形基礎將橋梁結構的荷載傳遞到地基五大部件(從傳遞荷載功能劃分)橋跨結構（上部結構）9第二章--橋梁震害ppt課件10橋梁上、下部結構組成部分示意圖橋梁上、下部結構組成部分示意圖11第二章--橋梁震害ppt課件12五小部件橋面鋪裝(行車道鋪裝)排水防水系統欄桿(或防撞護欄)伸縮縫燈光照明五小部件橋面鋪裝(行車道鋪裝)13橋面部分一般構造圖橋面部分一般構造圖14橋面鋪裝橋面鋪裝15伸縮縫伸縮縫16名詞術語低水位：枯水季節(jié)的最低水位。高水位：洪水季節(jié)的最高水位。設計水位：按規(guī)定設計洪水頻率算得的水位。通航水位：能保持船舶正常航行的水位。水位名詞術語低水位：枯水季節(jié)的最低水位。水位17凈跨徑:梁橋：設計水位上相鄰兩個橋墩（或墩臺）之間凈距拱橋：兩拱腳截面最低點之間的水平距離總跨徑：各孔凈跨徑的總和，反映橋下泄洪能力計算跨徑:梁橋：相鄰兩個支座中心之間的距離拱橋：相鄰兩拱腳截面形心點之間水平距離標準跨徑:梁橋：相鄰橋墩中心線或墩中心線至橋臺臺背前緣之間距離拱橋：即凈跨徑橋梁全長:兩橋臺側墻或八字墻尾端間的距離（無橋臺的橋梁為橋面系長度）跨徑跨徑18第二章--橋梁震害ppt課件19高度橋梁高度（橋高）：橋面與低水位或橋下線路路面間高差橋下凈空高度：設計洪水位或通航水位至橋跨結構下緣距離建筑高度：行車路面至橋跨結構最下緣距離凈矢高：拱頂截面下緣至相鄰兩拱腳截面下緣最低點連線的垂直距離計算矢高：拱頂截面形心至相鄰拱腳截面形心連線的垂直距離矢跨比（拱矢度）：拱圈/肋的計算矢高與計算跨徑之比高度橋梁高度（橋高）：橋面與低水位或橋下線路路面間高差20橋梁的分類1）按受力體系劃分梁橋拱橋剛構橋（剛架橋）懸索橋（吊橋）組合體系橋橋梁的分類1）按受力體系劃分21梁橋梁橋22南京長江大橋一孔128m，三聯九孔各160m正橋總長1576m公、鐵兩用橋南京長江大橋一孔128m，三聯九孔23開封黃河大橋橋全長4475m108孔，其中77孔為跨徑50m預應力T梁，余為20m公路橋開封黃河大橋橋全長4475m24平順橋預應力混凝土連續(xù)彎梁橋山西平順縣3孔28＋35＋28m1990年建成平順橋預應力混凝土連續(xù)彎梁橋25梁橋小結主要承重構件：梁、板受力特點（豎向力作用）：主梁受彎矩、剪力，以彎為主。墩臺只受豎向力，不產生水平反力。材料特點：抗彎能力強結構特點：簡支梁橋、連續(xù)梁橋、懸臂梁橋梁橋小結主要承重構件：梁、板26拱橋拱橋27丹河大橋山西晉城石拱橋主跨146m橋全長413.17m丹河大橋山西晉城28馬鳴溪金沙江大橋鋼筋混凝土箱拱橋主跨150m1979年建成馬鳴溪金沙江大橋鋼筋混凝土箱拱橋29貴州花魚洞橋桁架組合拱橋主跨150m1991年建成貴州花魚洞橋桁架組合拱橋30鋼拱橋鋼拱橋31拱橋小結主要承重構件：拱圈、拱肋受力特點（豎向力作用）：墩臺受豎向力、彎矩及水平推力，拱圈主要受壓，也受彎矩和剪力。材料特點：抗壓能力強結構特點：跨越能力大，造型美觀，地基要求高，施工較難拱橋小結主要承重構件：拱圈、拱肋32剛構橋（剛架橋）剛構橋（剛架橋）33Schweden橋橫跨維也納多瑙河跨徑55.4mSchweden橋橫跨維也納多瑙河34Maas橋荷蘭、跨徑80.5＋112.5＋80.5mMaas橋荷蘭、跨徑80.5＋112.5＋80.5m35漢江橋陜西安康主跨176m全長542m1982年建成漢江橋陜西安康36剛構橋小結主要承重構件：剛架結構受力特點（豎向力作用）：柱腳有水平反力、豎直反力和彎矩，梁部受彎為主，介于梁、拱之間。材料特點：鋼筋混凝土、預應力鋼混結構特點：跨中建筑高度可較小，適合采用懸臂法施工，但剛結點施工困難，易于開裂。剛構橋小結主要承重構件：剛架結構37懸索橋（吊橋）西藏達孜橋

纜索直接錨于山體，是較少見的獨塔懸索橋。香港青馬大橋1997年建成通車，橋身總長度2200m，主跨長度1377m，離海面高62m，纜繩的直徑1.1m，長16000km，創(chuàng)造了世界最長的公鐵兩用吊橋紀錄。懸索橋（吊橋）西藏達孜橋香港青馬大橋38金門大橋跨徑1280m1937年建成，位于美國舊金山保持世界記錄27年金門大橋39亨伯爾橋HumberBridge跨徑1410m1981年建成世界記錄保持到1997年亨伯爾橋HumberBridge40江陰長江大橋跨徑1385m1999年建成江陰長江大橋跨徑1385m41明石海峽大橋建成于1998年，世界第一跨懸索橋，主跨1991m?？癸L、抗震設計世界先進水平，建橋期間承受7.2級地震。明石海峽大橋建成于1998年，世界第一跨懸索橋，主跨199142懸索橋受力圖示懸索橋受力圖示43懸索橋小結主要承重構件：纜索受力特點（豎向力作用）：纜索只受拉力，錨碇受豎向力及水平推力。材料特點：高強鋼絲束結構特點：自重輕，跨越力強，剛度差，變形及振動大懸索橋小結主要承重構件：纜索44組合體系橋之斜拉橋組合體系橋之斜拉橋45南汊橋南京長江二橋、主跨628m、2001年建成南汊橋南京長江二橋、主跨628m、2001年建成46多多羅大橋建于1998年，日本塔高224m主跨長890m多多羅大橋建于1998年，日本47斜拉橋小結主要承重構件：主梁和拉索受力特點（豎向力作用）：斜拉索只受拉力主梁受彎材料特點：高強鋼絲束結構特點：梁內彎矩、梁體尺寸和重量大大減少斜拉橋小結主要承重構件：主梁和拉索48其它組合體系橋其它組合體系橋49第二章--橋梁震害ppt課件50上部結構自身因直接的地震動力效應而毀壞的現象極為少見，但因支承連接件失效或下部結構失效等引起的落梁、主梁的移動、扭曲、裂縫等現象，在破壞性地震中常有發(fā)生，其中落梁現象最為嚴重。從梁體下落的形式看，有順橋向的、也有橫橋向的和扭轉滑移的，但統計數字表明，順橋向的落梁占絕大多數,約占全部橋梁落梁總數的80-90%。梁端撞擊橋墩側壁，給下部結構帶來很大的破壞，從而有可能造成更大的震害。2.2.1上部結構的震害2.2.1上部結構的震害511）上部結構自身震害，如鋼結構的屈曲破壞。1）上部結構自身震害，如鋼結構的屈曲破壞。52屈曲就是失穩(wěn),指一個構件還沒有達到屈服時就喪失承載力。整體失穩(wěn)：對于一個長細的壓桿，當荷載還沒有達到鋼結構的屈服承載力時，壓桿就進入不穩(wěn)定狀態(tài)，從而倒塌。局部失穩(wěn)：比如壓一個薄壁的圓筒，很容易看到整個筒沒事，但是局部的鋼板鼓出來或者凹進去，這算作局部失穩(wěn),或者叫做局部屈曲。屈曲就是失穩(wěn),指一個構件還沒有達到屈服時就喪失承載力。532）上部結構的移位震害2）上部結構的移位震害54第二章--橋梁震害ppt課件55落梁梁與墩（臺）位移過大梁的支撐長度不夠支座破壞梁間碰撞落梁落梁梁與墩（臺）位移過大落梁56落梁上部結構的移位震害落梁上部結構的移位震害57第二章--橋梁震害ppt課件58第二章--橋梁震害ppt課件593）上部結構的碰撞震害3）上部結構的碰撞震害60下部結構失效，主要指橋墩和橋臺失效。如果下部結構不能抵抗其自身的慣性力和由支座傳遞的上部結構的地震力，墩和臺就會開裂甚至折斷。在早期，橋墩往往不具備延性能力，因此一旦抗力不足，就會導致橋墩脆性破壞并很快失去承載能力。由于墩臺失效，其支承的上部結構也將遭受嚴重的破壞。2.2.2下部結構的震害下部結構失效，主要指橋墩和橋臺失效。如果下部結構不能抵抗其自61橋墩的破壞，一般是從接縫處的輕微斷裂開始，繼而擴展到四周而造成破壞；

素混凝土也會因施工縫而產生斷裂。震害的進一步發(fā)展，會導致斷裂面上下的墩身移位，最終使斷裂面以上的墩身翻落而釀成極大的震害。第二章--橋梁震害ppt課件62鋼筋混凝土橋墩大量遭受嚴重破壞，是近期橋梁震害的一個特點。橋墩遭受破壞的內因，主要源于設計和構造兩方面的缺陷，包括：設計抗彎強度不足設計抗剪強度不足構造缺陷鋼筋混凝土橋墩大量遭受嚴重破壞，是近期橋梁63地震引起的橋墩破壞地震引起的橋墩破壞64RC橋墩在水平反復荷載作用下的破壞形式注：：結構彎曲承載能力

：結構剪切承載能力

彎剪破壞、剪切破壞由于結構變性能力、延性差，失去承載力后

易倒塌，難以恢復，不希望出現。

序號破壞形式破壞機理破壞現象特點1彎曲破壞損傷截面內形成塑性鉸從回轉變形至損傷破壞有較大變形幅度、彎曲裂縫2彎剪破壞彎曲損傷剪切鉸下降剪切破壞變形能力有限脆性破壞彎曲裂縫、剪切裂縫3剪切破壞變形能力更有限脆性破壞斜方向剪切裂縫RC橋墩在水平反復荷載作用下的破壞形式注：：結構彎651）彎曲破壞開裂、水平彎曲裂縫受拉鋼筋屈服混凝土保護層脫落、塑性鉸范圍擴大鋼筋壓屈（或拉斷）,內部混凝土壓碎、崩裂

1）彎曲破壞66設計抗彎強度不足過去由于對橋墩地震破壞的認識不足，縱向鋼筋往往在墩底搭接或焊接，橋墩的主筋通常未達到設計強度就因焊接強度不夠或搭接失效而彎曲破壞。還有一種情況，是設計地震力取值偏低造成的。由于設計地震力取值偏低，當與其它靜力荷載效應組合時，計算彎矩圖數值偏低，而且形狀也不對，據此確定的橋墩反彎點位置偏差也很大，使所配縱向鋼筋在橋墩中過早切斷，造成橋墩在中間位置發(fā)生彎剪破壞。設計抗彎強度不足過去由于對橋墩地震破壞的認識不足，縱向鋼筋往672）剪切破壞（彎剪破壞）開裂、水平彎曲裂縫斜向剪切裂縫箍筋屈服、剪切裂縫增長脆性裂切破壞2）剪切破壞（彎剪破壞）68②設計抗剪強度不足—過去設計的橋墩，其橫向鋼筋直徑通常較小，間距也往往在30~50cm之間，顯然不足于抵抗強烈地震動引起的橫向剪力作用。③構造缺陷—構造缺陷主要包括：橫向約束箍筋數量不足和間距過大，因而不足于約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲；縱向鋼筋在墩底搭接或焊接；縱筋在橋墩中過早切斷；縱向鋼筋和橫向箍筋錨固長度不足；箍筋端部沒有作成彎鉤等。②設計抗剪強度不足—過去設計的橋墩，其橫向鋼筋直徑通常較小692.2.3支承連接件破壞：橋梁支座、伸縮縫和剪力鍵等支承連接件歷來被認為是橋梁結構體系中抗震性能比較薄弱的一個環(huán)節(jié)，在歷次破壞性地震中，支承連接件的震害現象都較普遍。2.2.3支承連接件破壞：70支座破壞傳遞的上部結構慣性力支座的設計強度橋梁支座是橋梁抗震的薄弱部位，震害極為普遍。破壞形式主要表現為支座錨固螺栓拔出剪斷、活動支座脫落及支座本身構造上的破壞。支座破壞傳遞的上部結構慣性力支座的設計強度71第二章--橋梁震害ppt課件72伸縮縫破壞伸縮縫破壞73在地震中，如果支承連接件不能承受上、下部結構的相對位移，支承連接件就可能失效。由于支承連接件失效，上部結構和下部結構之間將產生更大的相對位移，如果沒有受到其它約束，上部結構就可能與下部結構脫開，并導致梁體墜毀。由于落梁的強烈沖擊力，下部結構也將遭受嚴重的破壞。例如，在1975年海城地震和1976年唐山地震中，就有不少橋梁因支承連接件破壞引起落梁并最終導致結構倒塌的例子。1989年美國洛馬·普里埃塔地震中舊金山—奧克蘭海灣大橋一跨落梁。在地震中，如果支承連接件不能承受上、下部結構的相對位移，支承74支承連接件失效的原因，主要是設計低估了相鄰梁跨之間的相對位移。一般來說，橋梁相鄰跨之間在未來隨機發(fā)生的地震作用下的相對位移難于準確確定，因此支承連接件破壞有時是很難避免的；有證據表明，支承連接件破壞有時對整個結構反而有利。支承連接件失效的原因，主要是設計低估了相鄰梁跨之間的相對位移75在實際設計中，需要著重考慮的是如何避免因支承連接件失效而導致的落梁現象。日美兩國在這方面的實際作法是：一，規(guī)范規(guī)定支承連接部位的支承面寬度必須滿足一定要求；二，規(guī)定在簡支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。第二章--橋梁震害ppt課件762.2.4基礎的震害地震引起地基的液化，使承載力下降，引起基礎下沉。進一步引起橋梁墩臺的沉陷，多出現在承載力不很高的砂質粘土、粘土質砂土等地基中。地基的液化使其剪切強度大大降低，使橋梁基礎及橋臺受靜土壓力和地震土壓力的作用而沿液化層水平滑移或轉動。橋梁基礎因周圍地基崩塌通常最易發(fā)生在飽和松砂、軟粘土以及粉砂土層層面呈傾斜的場合，或者有填土等情況。2.2.4基礎的震害地震引起地基的液化，使承載力下降，引起77地基失效引起的橋梁結構破壞，在國外建于20世紀70年代以前的橋梁的震害現象中占有很大的比例。例如，在1964年美國阿拉斯加地震、1968年日本十勝沖地震、1970年新西蘭馬丹地震。我國1966年邢臺地震、1975年海城地震和1976年唐山地震等等中，多數橋梁的破壞均源自于此。第二章--橋梁震害ppt課件78地基液化地基液化79第二章--橋梁震害ppt課件80地基失效引起的橋梁結構破壞，有時是人力所不能避免的，因此在橋梁選址時就應該重視這個問題，并設法加以避免。比如，在橋梁選址時，應盡量避開活動斷層及其鄰近地段，避開危及橋梁結構安全、有可能滑坡或崩塌地段，避開有可能液化的軟弱土層地段。如果無法避開上述地段，則應考慮對地基進行處理或采用深基基礎。地基失效引起的橋梁結構破壞，有時是人力所不能避免的，因此在橋81基礎破壞：擴大基礎自身的震害現象極少發(fā)現，然而有時因不良的地質條件，也會出現沉降、滑移等；樁基礎的承臺由于體積、強度和剛度都很大，因此也極少發(fā)生破壞，但樁基的破壞現象則時有發(fā)現，尤其是對深樁基礎。限于早期的認識水平，樁基的破壞可能出現在樁身任意位置，而且往往位于地下或水中，不利于震后迅速發(fā)現，而且修復的難度相當大?；A破壞：擴大基礎自身的震害現象極少發(fā)現，然而有時因不良的地822.3汶川地震中的橋梁震害2.3.1百花大橋震害百花大橋，全長500米，是都江堰經映秀至汶川公路上的必經之地，也是地震后重災區(qū)映秀通往外界的唯一一條“生命通道”。汶川地震后，有50多米長的橋面攔腰垮塌，用肉眼都能看到幾根橋柱已經移位，整座大橋岌岌可危，處于失穩(wěn)的平衡狀態(tài)，余震將造成繼續(xù)垮塌，保留成本太高，最終將其炸毀。2.3汶川地震中的橋梁震害2.3.1百花大橋震害83第二章--橋梁震害ppt課件84主梁位移及橫隔板破損

主梁位移及橫隔板破損

85橋墩墩底塑性鉸破壞橋墩墩底塑性鉸破壞86墩頂位移、支座破壞

橫梁破壞

墩頂位移、支座破壞

橫梁破壞

87橋墩破壞

橋墩墩體鋼筋橋墩破壞

橋墩墩體鋼筋88第二章--橋梁震害ppt課件892.3.2紫坪鋪水庫廟子坪大橋廟子坪大橋為主跨220米的混凝土連續(xù)剛構橋，橫跨紫坪鋪水庫。引橋為50米T梁，其中一跨落梁，支座損壞嚴重，混凝土墩、梁基本無裂縫，連續(xù)剛構橋結構基本完好。順、橫橋向位移，伸縮縫破壞落梁斷面2.3.2紫坪鋪水庫廟子坪大橋廟子坪大橋為主跨220米的90落梁落梁斷面，橋面縫落梁斷面，擋塊破壞落梁落梁斷面，橋面縫落梁斷面，擋塊破壞912.3.3拱橋震害該拱橋為一跨河石拱橋，由于汶川地震的發(fā)生，使得該橋拱頂開裂，拱腳及拱身亦有裂縫。拱頂開裂

拱橋破壞2.3.3拱橋震害該拱橋為一跨河石拱橋，由于汶川地震的發(fā)生92拱腳裂拱頂及周邊裂拱體裂拱腳裂拱頂及周邊裂拱體裂93地震時河床變形，導致跨河公路橋梁跨塌。

2.4其它地震震害地震時河床變形，導致跨河公路橋梁跨塌。2.4其它地震震害94第二章--橋梁震害ppt課件95第二章--橋梁震害ppt課件96第二章--橋梁震害ppt課件97地面破壞：如地面裂縫、錯動、塌陷、噴水冒砂等。地面破壞：如地面裂縫、錯動、塌陷、噴水冒砂等。98山體等自然物的破壞，如山崩、滑坡等。山體等自然物的破壞，如山崩、滑坡等。99第二章--橋梁震害ppt課件100第二章--橋梁震害ppt課件101第二章--橋梁震害ppt課件102海嘯，海底地震引起的巨大海浪沖上海岸，可造成沿海地區(qū)的破壞。海嘯，海底地震引起的巨大海浪沖上海岸，可造成沿海地區(qū)103火災由震后火源失控引起。

1923年日本關東地震，東京市內227處起火，33處未能撲滅造成火災蔓延，舊市區(qū)燒毀約50%；橫濱市燒毀80%，死亡10萬?；馂?923年日本關東地震，東京市內227處起火，331042.5強震中橋梁破壞的基本特征和經驗教訓1.日本兵庫縣南部地震（阪神大地震阪神大地震，1995.1.17，M7.2）剪切強度不足配筋過少延性差不適當的縱筋截斷實際地震荷載設計地震荷載（1g—2g）(0.2g—0.4g)延性差倒塌2.5強震中橋梁破壞的基本特征和經驗教訓1.日本兵庫縣南1052.臺灣集集地震（1999.9.21M7.6）相對位移地基實效3.土耳其Kocaeli地震（1999.8.17M7.4）場地相對位移地基變形基礎、下部結構相對位移

落梁、支座破壞、梁體位移支座損傷、橋墩損傷、落梁2.臺灣集集地震（1999.9.21M7.6）支座損傷1062.6橋梁震災的內因及處治措施?支承連接構件失效ⅰ現象：當上、下部結構相對位移過大支承連接失效相對位移更大（若無其他約束或失效）脫座、落梁ⅱ原因：設計時偏小的地震力、偏大的剛度設計位移偏?、４胧赫_估算設計位移值加大梁的支承寬度和設置限位器、連梁2.6橋梁震災的內因及處治措施?支承連接構件失效107第二章--橋梁震害ppt課件108?下部結構失效ⅰ現象：橋墩、橋臺無法抵抗自身的慣性力或上部結構傳來的上部結構地震力，無延性、強度不足而破壞。ⅱ原因：

a.設計抗彎強度不足縱向鋼筋的墩底搭接或焊接，主筋雖未達到設