橋梁是交通生命線工程中的重要組成部分，震區(qū)橋梁的破壞不僅直接阻礙了及時(shí)救災(zāi)行動(dòng)，使得次生災(zāi)害加重，導(dǎo)致生命財(cái)產(chǎn)以及間接經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且給災(zāi)后的恢復(fù)與重建帶來困難。在近30年的國(guó)內(nèi)外大地震中，橋梁破壞均十分嚴(yán)重，橋梁震害及其帶來的次生災(zāi)害均給橋梁抗震設(shè)計(jì)以深刻的啟示。在以往地震中城市高架橋或公路上梁橋的墩柱的屈曲、開裂、混凝土剝落、壓潰、剪斷、鋼筋裸露斷裂等震害，橋梁防震越來越受到各國(guó)工程師的重視。
1.典型橋梁震害簡(jiǎn)介
歷史上發(fā)生的大地震給人們帶來了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，促使人們?nèi)パ芯亢土私膺@種特殊的自然災(zāi)害，探討減輕震害的對(duì)策和方法。至20世紀(jì)60年代世界性的地震工程研究與結(jié)構(gòu)抗震理論研究已取得了較大進(jìn)展，大多數(shù)國(guó)家根據(jù)本國(guó)國(guó)情，制定了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則與抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。但是，1971年圣費(fèi)南多地震(M6.6)；1989年美國(guó)洛馬普里埃塔地震(M7.0)；1994年諾斯雷奇地震(M6.7)以及1995年日本阪神地震(M7.2)均為中等強(qiáng)度的地震，而橋梁的破壞卻十分嚴(yán)重。這迫使各國(guó)工程師對(duì)橋梁震害進(jìn)行分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與抗震設(shè)計(jì)原則提出新觀點(diǎn)。下面簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)典型的橋梁震害。1999年臺(tái)灣地震中烏溪橋南下線橋墩受剪破壞情況(見圖1)。1995年日本阪神地震中阪神高整線在神戶市內(nèi)高架橋的倒毀，一共18根獨(dú)柱橋墩被剪斷，長(zhǎng)500m左右的梁部側(cè)向傾倒(見圖2)。阪神地震中西宮港大橋系桿拱主跨的東連接第一跨的引橋由于支座抗剪承載力不足而破壞導(dǎo)致落梁破壞(見圖3)。1989年美國(guó)洛馬普里埃塔地震中高整公路880號(hào)線塞普里斯高架橋。地震中該橋有一段800m長(zhǎng)的上層橋面因橋墩斷裂塌落在下層橋面上，上層框架完全毀壞(見圖4)。
2.橋梁震害分析
橋梁上部結(jié)構(gòu)由于受到墩臺(tái)、支座等的隔離作用，在地震中直接受慣性力作用而破壞的實(shí)例較少，由于下部結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞則是橋梁結(jié)構(gòu)破壞的主要形式，下部結(jié)構(gòu)常見的破壞形式有以下幾種：
(1)墩臺(tái)位移使梁體由于預(yù)留擱置長(zhǎng)度偏小，使得橋跨縱向位移超出支座長(zhǎng)度而引起落梁破壞；
(2)支座在地震作用下由于抗剪承載力不足而破壞，導(dǎo)致落梁；
(3)配筋設(shè)計(jì)不當(dāng)，承載力不足，引起結(jié)點(diǎn)部位破壞；
(4)墩柱失效引起落梁破壞。
3.關(guān)于橋梁抗震概念設(shè)計(jì)的一些想法
建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有如下原則：
強(qiáng)柱弱梁：要求同一結(jié)點(diǎn)柱端截面受彎承載力總和大于梁端受彎承載力總和；強(qiáng)剪弱彎：控制截面的抗剪承載力大于抗彎承載力；強(qiáng)結(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件：梁柱結(jié)點(diǎn)是保證結(jié)構(gòu)整體性和關(guān)鍵部位，要保證結(jié)點(diǎn)有足夠的強(qiáng)度和剛性，建筑結(jié)構(gòu)抗震的一般原則同樣適用于橋梁結(jié)構(gòu)。
如前所述，橋梁在地震中往往下部結(jié)構(gòu)破壞，所以在抗震設(shè)計(jì)中橋墩比橋梁重要。并且橋墩是橋梁結(jié)構(gòu)中最重要的承重構(gòu)件，橋墩破壞將導(dǎo)致整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的倒塌。在地震作用下，它是壓、彎、剪構(gòu)件，其變形能力不如以彎曲作用為主的梁，因此要使橋梁結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，應(yīng)該確保橋墩有足夠的承載力與延性。即從橋梁整體結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)該要求“強(qiáng)墩弱梁”。
如今人們對(duì)地震的研究還有待深入，提高結(jié)構(gòu)的變形能力，增加結(jié)構(gòu)延性，提高結(jié)構(gòu)耗能能力對(duì)于改善結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的意義。結(jié)構(gòu)的彎曲破壞是塑性破壞，發(fā)生彎曲破壞時(shí)，鋼筋屈服形成塑性鉸，從而具有塑性變形能力，構(gòu)件表現(xiàn)出很好的延性，而且結(jié)構(gòu)的塑性變形使得剛度下降，其所分擔(dān)的地震作用也相應(yīng)減少。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲破壞時(shí)可以有效地通過變形來吸收和耗散能量。
而結(jié)構(gòu)剪切破壞時(shí)，其破壞形態(tài)是脆性破壞或者延性很小，不能滿足橋梁延性設(shè)計(jì)的要求。橋墩在地震作用下要有足夠的延性，其控制截面處的抗剪承載力要大于抗彎承載力，在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞。即從個(gè)別受力構(gòu)件的角度出發(fā)進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該要求受力構(gòu)件“強(qiáng)剪弱彎”。
以往的橋梁震害中，支座破壞引起橋梁結(jié)構(gòu)塌落毀滅屢見不鮮，它歷來被認(rèn)為是橋梁整體抗震性能上的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。城市高架橋梁柱的結(jié)點(diǎn)，橋墩與蓋梁的結(jié)點(diǎn)，橋墩與基礎(chǔ)等結(jié)點(diǎn)也經(jīng)常發(fā)生破壞。結(jié)點(diǎn)是保證結(jié)構(gòu)整體工作的重要構(gòu)件，在地震作用下結(jié)點(diǎn)受到水平、豎向剪力和彎矩的共同作用，受力復(fù)雜，并且一旦受損難以修復(fù)。由于結(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，目前美國(guó)的AASHro規(guī)范，歐洲的Eurocode規(guī)范和我國(guó)的公路抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造都沒有特別的規(guī)定。在橋梁抗震設(shè)計(jì)中除了要保證橋墩、橋梁有足夠的承載力和延性外，還要保證橋梁節(jié)點(diǎn)有足夠的承載力，避免節(jié)點(diǎn)過早破壞。即“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”。
4.結(jié)語(yǔ)
(1)如今人們對(duì)地震作用的研究還有待深入，單從理論上進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的方法不可取，橋梁工程師要從震害中吸取教訓(xùn)，憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)在橋梁抗震設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。
(2)橋梁震害多種多樣，包括樁基折斷，地層不均勻震沉陷，砂土液化等，文中只簡(jiǎn)要介紹了橋墩、支座、結(jié)點(diǎn)的震害。
(3)無論橋梁結(jié)構(gòu)還是建筑結(jié)構(gòu)其受力構(gòu)件的受力性質(zhì)都是拉、壓、彎、剪、扭的一種或幾種的組合，兩種結(jié)構(gòu)具有相似性，建筑結(jié)構(gòu)中的一些成功經(jīng)驗(yàn)同樣可以用于橋梁結(jié)構(gòu)中。
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