2桥梁震害

主讲:邓育林Tel:18971610982E-mail:[e-mail]第二章桥梁地震震害与经验主讲人：邓育林主讲人：邓育林本章主要内容2-1概述2-2“5·12”汶川大地震桥梁地震震害分析2-3上部结构的震害2-4支座的震害2-5下部结构和基础的震害2-6桥梁震害的教训及启示主讲人：邓育林主讲人：邓育林2-1概述主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.1概述调查与分析桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。近三十余年发生的几次大地震使桥梁结构遭到了严重破坏，但也使我们获取了关于结构地震反应的极其宝贵的资料，从而可以对抗震设计理论和设计方法进行检讨、修正和发展，使桥梁抗震设计水平不断地得到提高。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.1概述桥梁震害的原因桥梁场地对抗震不利，地震引起地基失效或地基变形桥梁结构设计、施工错误所发生的地震强度超过了抗震设防标准桥梁结构本身抗震能力不足4321桥梁震害的原因主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.1概述桥梁震害的分类地基失效引起的破坏地基失效指的是由地震引起的地基丧失承载能力的现象。强烈地震时，地裂缝、滑坡、砂土液化、软土震陷等，都会使地基产生开裂、滑动、不均匀沉降等，进而丧失稳定性和承载力，使建造在上面的桥梁结构受到破坏。一般来说，这类破坏现象是人为工程难以抵御的，因此应尽量通过场地选择避免。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.1概述桥梁震害的分类结构强烈振动引起的破坏地震时，地面运动引起桥梁结构的振动，使结构的内力和变形大幅度地增加，从而导致结构破坏甚至倒塌。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.1概述由于地震动的不确定性和复杂性,人们目前还无法准确预测桥址未来可能发生的地震动，所以，设计对地震动特性不敏感的结构就显得特别重要。本章将着眼于桥梁震害的内因，着重讲述由于结构设计和细部构造等不合理引起的震害。将分别介绍桥梁上部结构，支座，以及下部结构的震害，最后总结桥梁震害的教训及启示。首先我们走进“5·12”汶川大地震主讲人：邓育林主讲人：邓育林2-3上部结构的震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林桥梁上部结构的震害，按照震害产生原因的不同，可分为上部结构本身的震害，上部结构的移位震害（包括落梁震害），以及上部结构的碰撞震害。2.3.1上部结构的震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林桥梁上部结构自身遭受震害而被毁坏的情形比较少见。2.3.2上部结构自身的震害阪神地震中钢箱梁的局部屈曲破坏阪神地震中拱桥风撑的屈曲破坏主讲人：邓育林主讲人：邓育林桥梁上部结构的移位震害在破坏性地震中极为常见，表现为纵向移位、横向移位以及扭转移位。2.3.3上部结构的移位震害一般来说，设置伸缩缝的地方比较容易发生移位震害。如果上部结构的移位超出了墩、台等的支承面，则会发生更为严重的落梁震害。上部结构发生落梁时，如果撞击桥墩，还会给下部结构带来很大的破坏。在破坏性地震中，最为常见的是桥梁上部结构的纵向移位和落梁震害。桥梁支座和墩台的毁坏也会导致上部结构的坠落。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害阪神地震中上部结构纵向移位阪神地震中上部结构横向移位主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害1971年美国圣•费尔南多地震（SanFernando，M6.7）中，两座互通式立交工程严重倒塌毁坏主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害旧金山—奥克兰海湾大桥一跨落梁主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害阪神地震中西宫港大桥第一跨引桥脱落主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害阪神地震中西宫港大桥落梁跨两侧的墩顶震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害1994年美国北岭地震（NorthridgeEarthquake,M6.7）中，GavinCanyon跨线桥（斜桥）上部结构坠落的震害实例主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害美国北岭地震中桥台处落梁震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.3上部结构的移位震害1999年台湾集集地震中多跨简支梁桥的落梁震害断层穿过该桥主讲人：邓育林主讲人：邓育林如果相邻结构的间距过小，在地震中就有可能会发生碰撞，产生非常大的撞击力，从而使结构受到破坏。桥梁在地震中的碰撞，比较典型的有：相邻跨上部结构的碰撞，上部结构与桥台的碰撞，以及相邻桥梁间的碰撞。2.3.4上部结构的碰撞震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.4上部结构的碰撞震害1989年美国洛马•普里埃塔地震中相邻跨上部结构的碰撞震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.3.4上部结构的碰撞震害1994年美国北岭地震中上部结构与桥台间的碰撞震害1989年美国洛马•普里埃塔地震中相邻桥梁结构间的碰撞震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林2-4支座的震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林桥梁支座历来被认为是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的一个环节，在历次破坏性地震中，支座的震害现象都较普遍。其原因主要是支座设计没有充分考虑抗震的要求，连接与支挡等构造措施不足，以及某些支座形式和材料本身的缺陷。2.4.1支座的震害支座的破坏会引起力的传递方式的变化,从而对结构其它部位的抗震产生影响,进一步加重震害。主讲人：邓育林主讲人：邓育林支座的破坏形式主要表现为支座移位、锚固螺栓拔出、剪断，活动支座脱落，以及支座本身构造上的破坏等。2.4.1支座的震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林阪神地震中支座的移位震害2.4.2支座的震害实例主讲人：邓育林主讲人：邓育林阪神地震中发生的各种铸钢支座的震害2.4.2支座的震害实例脱落的辊轴辊轴脱落后的支座主讲人：邓育林主讲人：邓育林阪神地震中发生的各种铸钢支座的震害2.4.2支座的震害实例辊轴支座辊轴拔出三维铰支座劈裂主讲人：邓育林主讲人：邓育林阪神地震中发生的各种铸钢支座的震害2.4.2支座的震害实例铰支座的震害支座的震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林2-5下部结构和基础的震害主讲人：邓育林主讲人：邓育林下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌,并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的2.5.1概述主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害大量震害资料表明：桥梁结构中普遍采用的钢筋混凝土墩柱，其破坏形式主要有弯曲破坏和剪切破坏。弯曲破坏是延性的，多表现为开裂、混凝土剥落压溃、钢筋裸露和弯曲等，并会产生很大的塑性变形。剪切破坏是脆性的，伴随着强度和刚度的急剧下降。比较高柔的桥墩，多为弯曲型破坏；而矮粗的桥墩，多为剪切破坏；介于两者之间的，为混合型。另外，桥梁墩柱的基脚破坏也是一种可能的破坏形式。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害墩柱的弯曲破坏桥梁墩柱的弯曲破坏非常常见，在历次的大地震中都不少，究其原因，主要是约束箍筋配置不足、纵向钢筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性不足。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害北岭地震中立交桥的墩柱弯曲破坏墩柱的弯曲破坏该桥建于1964年，上部结构支承在直径1.2m的圆柱墩上，桥墩配有12~48根直径35.8mm的主筋和直径12.7mm的环形箍筋，箍筋采用搭接，间距为305mm，体积配箍率约为0.15%主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害1995年阪神地震中墩柱倒塌墩柱的弯曲破坏由于约束箍筋的不足，以及纵向主筋的焊接接头破坏引起的。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害1995年日本阪神地震中发生的墩柱弯曲破坏墩柱的弯曲破坏在地震中，墩柱根部发生严重的保护层混凝土剥落，而且箍筋所包围的核心混凝土也已被压碎。这一震害主要是由于约束箍筋的配置不足引起的主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害1999年台湾集集地震中集鹿大桥的震害墩柱的弯曲破坏集鹿大桥为2　150m单塔单索面斜拉桥，塔梁固结体系。地震时，该桥正在施工中，在塔梁连接处，塔柱一侧的预应力混凝土箱梁没完全施工完。地震中，斜拉桥的塔柱在塔梁连接处发生严重开裂，并伴随保护层混凝土的剥落主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害墩柱的剪切破坏桥梁墩柱的剪切破坏也是非常常见的。由于剪切破坏是脆性的，往往会造成墩柱以及上部结构的倒塌，震害较为严重。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害阪神地震中独柱墩的倒塌墩柱的剪切破坏最为惨重的墩柱剪切破坏发生在1995年日本的阪神地震。在地震中，阪神高速线在神户市内的高架桥共18个独柱墩剪断,长500m左右的梁侧向倾倒。模拟分析结果表明，独柱墩剪切破坏的主要原因是纵向钢筋过早切断（有1/3纵筋在1/5墩高处被切断）和约束箍筋不足；独柱墩剪切破坏导致重量较大的梁体侧倾，造成桥梁倒塌主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害阪神地震中矮墩的剪切毁坏墩柱的剪切破坏由于纵向钢筋的连接失败和约束箍筋不足引起的主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害圣费南多地震中墩柱的剪切破坏墩柱的剪切破坏1971年美国圣费南多地震中，州际高速公路5号和210号之间立交桥结构发生的墩柱剪切破坏。图中可见，墩柱的两端没有弯曲破坏的迹象，而剪切破坏却发生在墩柱中部。显然，是由于墩柱的剪切强度低于弯曲强度造成的。墩柱的中部，往往横向约束钢筋（箍筋）配置较少，因而剪切强度相对较低主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害美国北岭地震Mission-Gothic桥的墩柱剪切破坏墩柱的剪切破坏一座下穿式立交桥的两种墩柱发生的脆性剪切破坏。喇叭型墩在墩柱截面突变处发生剪切破坏，而柱型墩则在墩柱中部发生剪切破坏主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害台湾集集地震中实体矮墩的剪切破坏墩柱的剪切破坏一座下穿式立交桥的两种墩柱发生的脆性剪切破坏。喇叭型墩在墩柱截面突变处发生剪切破坏，而柱型墩则在墩柱中部发生剪切破坏主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.2桥梁墩柱的震害圣费南多地震中墩柱基脚主筋拔出墩柱的基脚破坏在1971年美国的圣费南多地震中，就发生了一例。图中，22根螺纹钢筋从桩基础中拔出，导致桥墩倒塌。很显然，是由于墩底主钢筋的构造处理不当，造成主钢筋的锚固失败引起的。可见，保证墩柱和下部基础的整体作用是相当重要的主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.3框架墩的震害城市高架桥中常见的框架墩，在地震中有不少震害的例子框架墩的震害主要表现为：盖梁的破坏，墩柱的破坏，以及节点的破坏。盖梁的破坏形式主要有：剪切强度不足（当地震力和重力叠加时）引起的剪切破坏；盖梁负弯矩钢筋的过早截断引起的弯曲破坏；以及盖梁钢筋的锚固长度不够引起的破坏。墩柱的破坏形式与其它墩柱类似。而节点的破坏主要是剪切破坏。剪切破坏是脆性的，伴随着强度和刚度的急剧下降。主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.3框架墩的震害美国洛马•普里埃塔地震中Cypress高架桥上层框架塌落最为惨重的框架墩震害出现在1989年美国洛马•普里埃塔地震，高速公路880号线Cypress高架桥上。该桥建成于1957年，上层框架柱底普遍采用与下层框架铰接的形式。该桥在地震发生之前，已按加州运输局的第一阶段加固计划在相邻梁跨间安装了纵向约束装置，并计划在1990~1992年对下部结构进行加固。地震中，该桥有一段800m长的上层桥面因墩柱断裂塌落在下层桥面上，上层框架完全毁坏。发生震害的主要原因是，梁柱结点配筋不足，竖直柱体配筋连续性和横向箍筋不足。另外，图中也显示，盖梁钢筋的锚固长度不够也是震害的原因之一主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.3框架墩的震害美国洛马•普里埃塔地震中框架节点的剪切破坏主讲人：邓育林主讲人：邓育林2.5.4桥台的震害在历年的地震中，桥台的震害较为常见。除了地基丧失承载力（如砂土液化）等引起的桥台滑移外，桥台的震害主要表现为台身与上部结构（如梁）的碰撞破坏，以及桥台向后倾斜。主讲人：邓育林主讲人：邓育林台湾集集