1、1桥梁震害分析桥梁的地震损伤具有严重的后果。显然，桥梁的倒塌使处于其上或其下的人遭受危险，地震后除了确定选择其他交通线路外，必须重新建造桥梁。轻微的损伤，虽然它的后果不明显，而且也不易引起人们的注意，但仍然是严重的。因为，在交通系统中，桥梁常常提供了至关重要的连接，一个桥梁的关闭，即使是临时的，也可能引起巨大的后果。在一个地震刚刚发生后，关闭桥梁会削弱对突发事件应急反应的能力。其次，桥梁关闭对经济的影响随着桥梁关闭时间、交通线路的经济重要性、替代线路引起的交通延期和重建新桥费用的增加而增加。地震中，当地震波传播到地基时，桥基受到水平和竖直振动，这种振动将导致桥梁本身也产生水平和竖直振动，从而产
2、生水平和竖直惯性荷载( 或称地震荷载) ，使桥梁各部受力并发生变形。在惯性荷载中，以水平惯性荷载对桥梁的影响较大，而且顺桥向的水平惯性荷载在结构中产生的地震应力远比横桥向的水平惯性荷载产生的地震应力要大。与建筑结构相比，桥梁对于结构土共同作用的影响更为敏感，对地面震动的动力反应更加难以预料，地震对工程结构的破坏情况，随结构类型的不同、抗震措施的多少而有所差别，即便是在等烈度区内的同类结构，其破坏程度也不尽相同。地震因素的危险性是用计算和构造措施无法避免的，因此本文根据不同类型的桥梁的构造和受力的不同，分析其可能发生的震害。一连续梁桥的震害连续梁桥的主要承重构件是梁，其在竖向荷载下只产生竖向反力
3、。连续梁桥的震害类型主要有：支座破坏、桥墩损坏、梁体移位、桥台损坏、地基及基础震害、落梁、上部结构本身损坏和碰撞损伤等。1. 1 支座破坏综合国内外几次大地震的调查结果， 在中、美、日等国的多个地震中，支座的破坏现象均较为普遍。支座的震害表现为支座倾斜、剪断、锚固螺栓拔出、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等。支座破坏的同时也伴随着支座下垫石板破碎。落梁震害与支承破坏密切相关，因振动导致的落梁多因支承破坏所致。当支座破坏后，墩梁间的位移失去控制， 当墩梁间的相对位移大于主梁搁置长度后，主梁将从桥墩脱落从而导致落梁。对于下部结构而言支座破坏可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，从而起到保护桥墩的作
4、用。1.2 墩台损坏 桥墩是桥梁结构中最重要的承重构件，在地震中，桥墩一旦破坏将会导致桥梁不能再使用甚至落梁或整体倒塌，墩台破坏也是落梁的主要原因。在地震中墩台破坏现象比较普遍。 墩台的震害形式有发生严重倾斜移位、墩台沉降、墩身破坏。较高的柔性墩柱大多是弯曲破坏,在地震中,此类破坏不是太多,主要发生在墩柱顶部和底部。汶川地震中百花大桥桥墩抗弯能力不足而导致墩底保护混凝土的剥落损坏。较矮的墩中较为普遍出现剪切或弯剪破坏，桥墩的抗剪强度不足，是出现这类震害的根本原因。在地震中此类破坏较多，可能发生在帽梁与墩柱连接处、墩柱中部或墩柱与承台的连接处。汶川地震中回澜立交桥匝道桥墩破坏方向沿切向较为明显，
5、遭受严重破坏的桥墩大多为短柱,发生剪切破坏在城市高架桥中常使用框架墩，框架墩的震害也经常见到。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：当地震力和重力叠加时，剪切强度不足引起的剪切破坏；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。节点的破坏主要是剪切破坏。1.3 梁体移位 2上部结构的移位震害比较常见，纵向移位、横向移位以及扭转移位，在伸缩缝处比较容易发生移位震害。地震发生时，桥梁的梁体移位是避免不了的，如果不是太大的移位，震后通过换掉破坏的支座，把梁体恢复原位，桥梁还可以继续使用。但是过大的移位会导致落梁， 这是不允许的，所以必须
6、采取抗震措施减小梁体位移。1.4 地基与基础破坏 有实际震害资料证明，大多数发生落梁等灾难性破坏的桥梁都出现地基基础破坏现象 ， 地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌，难以修复使用的重要原因。在调查的桥梁震害中有 20 座严重破坏或毁坏的桥梁发生了地基基础震害，26 座落梁破坏的桥梁中有 11 座发生了地基基础破坏。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，几乎所有地基的破坏都会引起基础的破坏，主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳。基础破坏的原因有: 扩大基础的震害一般由砂土液化或地基失效的不均匀沉降和由土承载力和稳定性不够，地面产生大变形，导致地层发生水平滑移、下沉、断裂而引起的; 常用桩基础除了
7、上面的原因外，还有上部结构传下来的惯性力所引起的桩基剪切、弯曲破坏，更有桩基础设计不当所引起的震害。1.5 其他破坏在地震中，除了上面提到的主要部位的震害外，还有一些非结构部位，包括构件间的节点破坏、伸缩缝的破坏、扶手护栏破坏、挡块损坏以及引桥的破坏等，这些部位虽然不能引起桥梁垮塌瘫痪，但是它们的破坏也会大大加重桥梁的震害，因此在桥梁抗震设计和桥梁施工中应给予重视和恰当的处理。二简支梁震害落梁是简支桥梁最严重的震害，它直接导致交通中断。多跨简支梁桥在地震中易发生落梁，已被历次震害所证实。在具有位移脉冲波形的近断层地震行波作用下，邻梁碰撞对多跨长简支梁桥落梁震害影响的几点共性认识：碰撞一般首先发
8、生在近震源的桥台处，为几跨几乎同时发生的同向追赶碰撞，此类碰撞以行波方式向桥梁远端传递，并因伸缩缝宽度的累加作用而使碰撞逐渐减弱；桥梁中部各跨因远离桥台，运动受约束较弱，加之受桥梁端部各跨的碰撞推顶作用，墩梁间将会发生更大的相对位移，易在强烈地震中首先发生落梁；输入加速度峰值正、负不同，邻梁碰撞对全桥墩梁最大相对位移发生与分布的影响有很大不同。三拱桥的震害1.1 单孔拱桥的震害机理一般情况下，当烈度大于等于 9 度时单拱桥才会出现震害，因此对于设计烈度低于 9度、基础位于基岩或一般稳定土上跨径不大于 30m 的单孔板拱桥，可不进行抗震强度和稳定性的验算。这是因为，在刚性地基上的单孔板拱桥，当其
9、承载能力满足设计要求时，具有较高的抗震能力。在调查发现中发现，汶川地震中位于 9 度和 10 度区的都江堰境内的单拱震害并不严重。由于在刚性地基上的拱桥只承受惯性荷载和台背的动土压力，在地面运动作用下，拱平面内拱的基本振型为反对称的两个波形，因而拱脚和 14 拱处产生的弯矩最大，所以拱脚与 14 拱处是抗震的薄弱环节之一，尤其是拱脚处于形状突出部位，既可能出现弯曲开裂,又可能形成剪切位移。1.2 连孔拱桥的震害机理连拱的抗震能力比单孔要低，出现震害的起点烈度也较低。这是因为，连拱在地面运动作用下产生的地震内力等于单拱的地震内力加墩顶变位产生的内力。墩顶在地面水平运动作用下产生的变位大小与墩的抗
10、推刚度和连拱跨数有关：一般墩愈柔，跨数愈多；墩顶变位愈大，则其地震内力也愈大。当墩的刚度足以承受恒载的单向推力时，其抗震能力与震害性质与单拱相同。当墩的刚度不足以承受恒载的单向推力时，将会出现墩身开裂等问3题。连孔拱桥的震害与梁桥震害相同，主要出现在顺桥方向，但横桥向的震害比梁桥轻，原因是连孔拱桥横桥向刚度远大于顺桥向刚度，同时上下部分的连接也比梁桥牢固。因此，在横桥向除出现弯曲、剪切、拉伸裂缝等震害外，并未出现横向相对位移和上部结构横桥向位移。2 典型震害的统计及分析拱桥的主要受力构件是桥墩、桥台及拱圈，次要的附属构件是桥面的侧墙及栏杆。主要构件的震害会使整个桥梁受到损伤，不易修复；次要构件
11、震害不会影响桥梁正常使用，且易修复。墩、台和基础的破坏地震波穿越桥梁给墩、台造成最大的破坏是：沉降、偏位、滑移、倾斜、断裂、倒塌。但大多是因为地震造成的砂土液化、滑坡、断层、地面开裂等引起的。桥梁的选址应尽力避开这类场地。在地震荷载的反复作用下桥台截面承受附加弯矩和剪力，当剪力和弯矩超过了桥台的承载能力就出现了弯剪破坏。桥台的破坏对整个桥体的抗震承载能力都有影响。在刚性场地上，桥墩一般出现横向断裂，断裂位置大多在起拱线以下 2m-4m 处，桥台横向断裂一般在起拱线以下 Im2m 处，但很少发现竖向裂缝。红岩大桥是联合拱桥和粱桥，l 号桥墩墩顶两侧均出现横向贯通结构性裂缝，裂缝宽度 04mm(O
12、 3ram)，贯通了墩顶整个截面，严重降低桥梁的承载能力。此处桥墩的破坏是典型的拱桥和梁桥联结部位桥墩的折断；拱梁二者的力学性能有别，在地震作用下拱产生了附加推力使得墩体剪坏。拱圈的破坏拱圈的破坏分为主拱圈和腹拱圈的破坏。主拱圈断裂或局部断裂分纵向和横向两种；横向开裂一般都出现在拱顶或拱脚，纵向开裂极少看到，在此次调查中也存在拱圈的纵向开裂。拱顶和拱脚是拱桥的设计控制截面，在静荷载作用下这两处截面的弯矩最大，容易成为抗震设计的薄弱环节，尤其是拱脚处于形状突出部位，既有可能出现弯曲开裂又有可能形成剪切位移。腹拱圈断裂或开裂是拱桥的常见问题，在未受地震影响的拱桥中也时常遇到。其原因主要是腹拱的拱矢
13、度相对小，在动荷载和横载的作用下，腹拱产生交大的水平推力，其次是由于拱与拱上建筑联合作用产生的内力影响。当地震波穿越桥梁时，桥的主拱圈受纵向和横向的作用力，如果拱顶所承受的弯剪力超过才材料的承载能力时就出现剪切破坏。但在拱顶断裂后，拱圈的整体刚度变小，同时裂缝形成一个薄弱层，通过该裂缝应力得到释放，断裂数量不再增加。红岩大桥的拱桥部分，拱顶出现横向通缝并延伸到拱上侧墙。在所调查的拱桥破坏当中，庙坝桥是破坏较为严重的。桥台，拱圈，腹拱均出现严重破坏，拱圈除了出现横向破坏外还出现了纵向裂缝。其形成原因可能是综合因素的结果， 由于地基的不均匀沉降，桥台不仅仅出现横向断裂还出现了侧倾现象：混凝土浇筑的
14、拱体整体性能较好，拱上建筑与拱圈的整体刚度较大，在地震的横向作用下出现纵向裂缝。桥面侧墙出现的破坏拱上建筑与拱体连接部位(侧墙 )的开裂是很普遍的震害，主要是拱上建筑与拱体的结构形式不同，彼此间的震动变形不协调而拉断。拱上建筑的刚性越强，就越容易出现断裂震害。一旦这类震害现象过早出现，拱上建筑对拱桥的刚度就毫无帮助。通过调查发现，桥台侧墙的破坏也较为严重，一般为竖向裂缝。而拱上侧墙多为顺桥向开裂，拱与拱上建筑的刚度不同，在不同的横向荷载作用下在其薄弱层出现水平通缝。因此拱填料的施工应该采用逐层夯实的办法，以加强拱的整体性，而且有利于提高拱桥的整体刚度和强度。对于斜拉桥和悬索桥，它们的刚度很小，
15、在风力作用下都很容易产生振动，地震作用下震害更为严重。桥梁震害的直接起因是：在强烈地震时，地形地貌产生剧烈的变化（如地裂、断层4等） ，河流两岸地层向河心滑移等导致桥梁结构的破坏；地震时河床砂土液化，地基失效，桥梁墩台基础大量下沉或不均匀下沉引起的破坏；在地震惯性力作用下，导致桥梁结构某一部分产生的内力或变位超过结构构造和材料强度所能承受的限度，从而发生不同程度的破坏。桥梁结构抗震设计：地震区桥位和桥型选择。桥位应选择在对抗震有利的地段，尽可能避免选择在软弱粘性土层、可液化土层和地层严重不均匀的地段，特别是发震断层地段。如必须设置在可液化或松软土层的河岸地段时，桥长应适当增长，将桥台置于稳定的
16、河岸上，而桥墩基础要加强。桥型要选择抗震性能好、整体性强的结构体系，如连续梁，无铰拱等。如在软土地基上选用简支梁或悬臂梁体系（带有挂孔）时，应在构造上加强防止落梁的措施。墩台结构应选用整体性好的结构形式。基础要埋入稳定土层内。设计烈度。地震时，各地区地面受到的影响和程度，称地震烈度，以度表示。某一地区今后一定的时期内，可能遭到的最大地震烈度称基本烈度（一般为百年一遇的最大地震烈度） 。各地区的基本烈度由国家制定并标明在全国地震烈度图上。工程结构抗震设计所采用的地震烈度称设计烈度，一般在桥梁结构的抗震设计中即按基本烈度取用，特别重要的结构要经过有关权限单位批准后可提高一度作为设计烈度。根据大量震
17、害调查的事实表明,在基本烈度7 度以下,桥梁震害极为轻微,因而，规范中规定桥梁结构抗震设防的一般起点为基本烈度 7度，最高 9 度。7 度以下,结构不必进行抗震设计，高于 9 度或有特殊抗震要求的新型结构要专门研究它的抗震设计。 设计方法。对一般桥梁工程，则按规范所规定的简化方法进行结构抗震设计。中国规范是采用反应谱理论（见地震作用） ，即根据设计烈度，以简便的地震荷载系数计算地震惯性力，作为地震荷载，然后以一般结构静力设计计算步骤求得结构最大内力和变位，使其控制在规范容许值的范围内来确保结构的抗震安全。 对大跨度或特别重要的桥梁结构，应对结构进行地震动力分析（地震反应分析） 。分析的方法一般是直接根据建桥地区在强震时地面运动的加速度记录，依照动力学的原理，应用电子计算技术，对结构作地震动力分析计算。对于已经建成的桥梁结构，如不满足现行规范抗震设防的要求，也可通过结构地震动力分析作进一步的抗震鉴定和决择最优加固方案。 在强烈地震区，为了经济，结构抗震设计可以容许结构局部出现不太严重影响使用和易于修复的塑性变形、裂缝或损坏；但为了安全目的，则要力求主要承重结构即使遭受严重损坏也不致倒塌，以减少生命财产的损失。
