汶川地震对桥梁结构的影响

汶川地震对桥梁结构的影响

面对川洛伊木马的巨大地震，桥梁结构是生命线工程的重要组成部分，通常经过地震考验，完成地震后的交通畅通任务。但对于桥梁结构在地震中表现出来的共性问题仍需进行深入讨论,为此作者所在课题组在地震发生后对受灾地区各类型桥梁进行了考查总结,并借鉴了相关文献的经验,希望对今后桥梁的抗震设计提出一些有价值的建议。1典型桥道地震分析1.1结构破坏情况庙子坪大桥为都汶高速公路最长的一座桥梁,横跨都江堰紫坪铺库区通往漩口镇的岷江。如图1,该桥主桥为预应力连续刚构桥,125m+220m+125m设计,其余19跨每跨50m,为连续梁桥,每跨梁由10片T梁构成,总长1436m,墩高大于100m。此次汶川地震,该桥主体结构预应力连续刚构部分基本经受住了考验,破坏主要集中在中间一跨位于伸缩缝位置处出现落梁及部分墩跨之间挡块出现横向挤压破坏。如图2(a)所示为落梁后残存在桥墩上相临跨T梁截面,仔细观察发现两侧横向挡块均出现挤压破坏,这也证明T梁受到横向往复地震力作用,同时发现该桥为设置纵向挡块;图2(b)为两跨梁伸缩缝附近位置破坏情况,其横纵向错动均非常明显,伸缩缝纵向间距被拉大约1m,横向的护栏被剪断;图2(c)显示的是位于预应力刚构部分与连续梁交接处的破坏情况,显然,交接处处于材料刚度的过渡,破坏更为严重。对于庙子坪大桥这样的特大桥梁,纵向距离超过1000m,其纵向未设置挡块是造成中间一跨出现落梁的根本原因,加之桥梁中间跨其本身为桥梁变位最大的地方,最终导致中间一跨出现落梁破坏。1.2结构破坏情况小渔洞大桥为四跨拱桥,拱圈采用钢筋混凝土构架结构形式,由一系列承压桁架杆组成,桥墩台主要承受两侧桁架杆的侧向压力及上部桥面结构的重力,各跨桥面板之间简支连接于桥墩台。汶川地震导致该桥产生了毁灭性破坏,据最新消息,该桥将被修建为‘汶川大地震遗址公园’从而将其保留下来。通过对小渔洞大桥进行细致的现场调查,结合图3显示的左数依次各跨的破坏情况,认为该桥主要受到来自图3(a)左侧沿桥纵向的地震力作用,第一跨桥面出现沿桥纵向的严重水平位移错动,进而第二跨同样出现水平错动,由于各跨桥面简支,导致左数第一二跨出现落梁破坏,这种作用力一直作用到图3(c)所示第四跨的桥台,导致桥台出现挤压破坏。对该桥结构破坏进行具体分析,图3(a)为第一跨破坏情况,显然当桥梁上部结构发生严重侧移,而其构架式拱圈无法承受上部荷载最终导致落梁破坏,脱落的纵梁击打到桥墩使桥墩严重倾斜,而桁架杆件则完全挤压叠合在一起。图3(b)所示为第二跨与第三跨交接处的破坏,清楚的显示该桥上部为简支结构,同时其纵向搭接长度明显不足,并且没有构造钢筋将两侧的桥板相连接。图3(c)为第四跨的破坏情况,相比而言桥跨结构没有发生垮塌,但与桥台连接处的桁架杆件仍然出现了严重的错位变形,出现压屈破坏。小渔洞大桥的破坏总结为:上部桥面过短的纵向搭接长度及复杂的刚构架拱圈结构形式是造成该桥破坏的主要原因。1.3纵向地震力作用虹口高原大桥位于都江堰虹口乡,2006年竣工,4×25m简支梁桥,墩高15m,梁系上部结构由8根矩形截面梁构成,桥墩与每跨梁的纵向搭接长度为0.55m。通过对该桥进行细致的现场考查,认为其主要受到来自图4(a)显示的左侧沿桥纵向的地震力作用,导致桥梁上部结构整体出现移位,并在左数第三跨位置处出现落梁破坏,如图4(c)显示,落梁打到下部的桥墩上,导致桥墩出现严重倾斜,这股地震力一直传到右侧桥台处,导致桥台出现严重挤压破坏,桥面板挤压隆起达1m高,估计该桥沿其纵向的最大水平位移达1.2m。在桥梁受纵向地震力的同时,其横向地震力作用不容忽视,由于简支梁桥各跨是通过桥墩台简支相连,其抵御横向地震力的方式仅是在桥墩处设置横向挡块将其约束,如图4(c)所示,其挡块已出现严重挤压破坏,完全无法抵御更大的横向地震力作用。高原大桥的破坏总结为:针对多跨简支梁桥,其纵向挡块的设计是十分必要的,它可使桥梁在一定程度上实现其整体工作,同时横向挡块的设计受力需要提高。2其他桥梁的地震分析2.1震后爆破处理百花大桥是此次汶川地震中破坏最为严重的桥梁之一,由于震后该桥处于失稳平衡状态而进行了爆破处理。由图5(a)显示,显然过小的转弯半径是造成破坏的根本原因。3.2铺大坝结构破坏情况如图6(a)所示,紫坪铺拱桥毗邻紫坪铺大坝,为两跨中承式钢管混凝土拱桥,该桥在这次地震中表现很好,主体结构没有发生破坏,仅在拱桥与桥面交接处出现混凝土裂缝。2.3铁路桥结构概况图7为一座位于什邡市红白镇的修建于70年代的山区铁路桥,三跨结构,两边各跨采用铁路桥梁典型的∏型截面,中间一跨采用变截面预应力钢筋混凝土梁,该桥在此次地震中仅左侧出现约10cm的水平错位,结构整体完好。2.4地震破坏比例此次地震主要位于川西北地区,以山区地形为主,修建于不同年代的圬工拱桥结构形式非常普遍,并且总体讲,它们在地震中的表现非常出色,不完全统计数据显示其破坏比例并不大,故有必要在本文中加以提及。特别注意图8(b)所示通往虹口山区的一座混凝土拱桥,由图所示,在周围发生山崩地裂、山体滑坡极为严重、道路严重损坏的情况下,该拱桥却安然的屹立于此,表现令人震惊。3桥梁抗震设计建议由于汶川地震发生于川西北,以山区地形为主,故该地区桥梁结构受很强的地理因素影响,以多跨连续梁桥(庙子坪大桥、百花大桥)、简支梁桥(高原大桥)及各个年代修建的拱桥(小渔洞大桥、山区拱桥等)为主。这次桥梁破坏总体表现为以下几个方面:(1)无论连续梁桥还是简支梁桥,破坏主要集中在上部结构的落梁破坏及横纵向滑移问题,桥梁下部结构如桥墩基础基本完好。(2)小渔洞桥等典型的桁架式拱桥由于其结构传力途径复杂,破坏严重。(3)相比于许多现地桥梁结构,拱桥这种古老的结构形式在地震中的表现很好。对今后桥梁抗震设计建议:(1)加强桥梁各跨间的构造连接,特别注意纵向挡块的设置以防止落梁的产生。(2)桥梁结构的设计应以截面形式简洁、结构传力途径明确为目标。致谢:本文所作大量