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2008年汶川大地震公路桥梁的地震破坏
Han Qiang1, Du Xiuli, Liu Jingbo2, Li Zhongxian3, Li Liyun and Zhao Jianfeng4
1.北京工业大学城市安全与灾害工程重点实验室，北京100124
2.清华大学土木工程系，北京100084
3.天津大学土木工程学院，天津200072
4.青岛理工大学土木工程学院，青岛266033
摘要：汶川2008级地震中，许多公路桥梁遭到严重损坏或完全倒塌。是强烈影响的地区超过320座桥梁进行了现场调查研究。损坏的部分有代表性的公路桥梁是简要描述和损坏的可能原因的初步分析本文介绍。最常见的损坏包括桥墩柱的剪切弯曲破坏，伸缩缝故障，剪切键故障，并在横向或纵向的方向由于弱连接的梁滑动梁与轴承。从这次地震中吸取的经验教训和建议相关的弯曲设计和倾斜的桥梁，轴承和设备的设计，以防止主梁倒塌，和延性的桥梁。建议未来抗震设计和其他技术改造桥梁在中度至重度的地震区也提出了。
关键词：汶川地震；震害；抗震设计；公路桥梁；现场调查
1简介
2008年5月12日，星期一，北京时间下午14时28分，一场震级为李斯特8级的毁灭性的地震袭击了中国四川省汶川县，这是最强的地震发生在中国和过去最昂贵的自然灾害100年。它对基础设施造成了极大的破坏系统；24高速公路，161国道或省级公路，和8618个县的道路受到影响，而6140个桥梁156条隧道被损坏。由于地震造成的交通系统总损失达670亿元人民币，其中大部分是损坏桥梁(http://www.chinahighway.com/news/2008/260802.php, 2008-06-20)
受影响的地区与地震中的建筑物不同，那里有大量的建筑物倒塌直接造成伤害或死亡，预防桥梁损坏隔离受影响地区。
对应：Han Qiang,土木工程学院，北京理工大学，北京100124，中国
电话：86-10-67391652
讲师；教授；副教授
支持：中国国家自然科学基金国家基本情况下中国研究项目90715032和50808105批准号2007cb714203收到2009年1月27日；接受2009年3月30日生命线物资的运输和拒绝进入救援人员。这产生了更大的影响社会。严重损坏的桥梁和困难在修理或改造适应他们延长了救援过程到这样的程度，许多受伤的人失去了他们的生活因缺乏获得医疗保健服务。
公路震害调查研究这一事件的桥梁将提供有价值的信息为提高现有的标准和规格公路桥梁抗震设计规范。为此目的，一个大型的46天的野外调查是在进行受灾地区，覆盖18个城市或县一带主中央断裂（映秀-北川断裂），包括汶川县，5市，彭州市，广海市德阳市，什邡市，绵竹市、绵阳市、江油市、安县，平武县广元县北川县，秦川县和四川剑阁县甘肃省与温县省。
在这320个主要桥梁和其他交通设施调查，46座桥（约损坏的桥梁总数的14%严重受损（交通中断由于失败128座桥（39%）为桥中度受损（交通控制是造成解决，损坏的轴承，和甲板开裂，梁，或码头），和154桥（47%）有轻微的损坏或完好（维持正常的交通轻微的沉降，轻微开裂，轻微的横向运动）。
根据中国规范的地震公路工程抗震设计（mcprc，1990），用于公路桥梁设计，以承受IX的最大地震烈度、基本设计的地面峰值加速度（PGA）0.4 g值然而，所观察到的最大强度在一些四川省汶川地区地震几乎是由于大幅度和浅震源深度的主要震源。地震持续了90秒以上其次是许多余震6或更多。在从主激波的地面运动记录，有16组，大于0.4克，和七个大于0.6克，最大的是0.98如在余震记录最大的PGA超过0.3克（李等，2008）。因此，它不是令人惊讶的是，许多桥梁设计根据当前代码遭受严重损坏甚至倒塌在这次地震中。
本文介绍了该领域的概述可能的调查和初步分析桥梁损坏原因。许多桥梁被认为是作为简单的结构系统组成上层建筑、结构和基础。然而，这座地震损坏的桥梁显示一些复杂的故障模式。即使如此，大多数损坏模式可以追溯到几个来源。一个造成损害和崩溃的原因概述地震可以为桥梁抗震提供新的指导原则改进规范规定的设计与思考。
2 钢筋混凝土对梁桥的损伤
在受影响区域的上层建筑根据弹性理论，通常有比其他组件的抗震性更强桥系统。因此，所观察到的损害钢筋混凝土梁桥的上部结构，在大多数情况下，由于受梁间的碰撞影响伸缩缝和倒塌的一些主梁作为一个大的相对运动的结果相邻墩柱。
2.1 桥垮落
跨度故障是由于超越，这包括桥墩倾斜，座椅宽度不足，和/或约束力不足。相对运动是放大如果相邻的运动码头方向相反。图1（一）显示对高原大桥主梁坍塌位于虹口，都江堰市和图1（b）显示，发生在苗子平桥上都汶公路相似案例。这座桥由三跨连续刚架和方法跨度为19米50米的跨度简单的支持桥面连续梁。的高度桥墩超过100米，主要的倒塌梁最有可能引起地面加速度放大由于相对柔性墩大质量的桥面，造成大惯性力量和相当大的平移和旋转地震时梁的运动。梁下降后的剪切键失败的影响下梁。图1（c）显示了该桥的平武县，这也遭受了类似的失败。
有发现，许多倒塌的桥梁有不足或是直接位于座位宽度近一次重大断层破裂。近场效应是一个这些失败的根本原因。大多数的多跨简支梁桥有较短的基础时期（如高原大桥，南坝桥龙威的桥梁，其基本周期少超过1秒）。比远场地面运动，有显著更多的位移放大为短周期弹性的桥梁在近场。
根据中国规范的公路工程抗震设计（mcprc，1990），最低的座位宽度定义为图2所示应满足： age;50 L （cm） （1）
(a) 高原桥 （7/9） (b) 苗子平桥 （7/9） （c） 南坝桥 （7/9）
图一 钢筋混凝土桥的梁失效（注：括号里A/B的意思，“A”代表特定的强度，“B”代表估计的强度在这次地震中，下面的相同）
图二 中文规范中的最小座椅宽度
其中L：计算跨度（米）。
中国抗震设计指南公路桥梁（mcprc，2008）发布后汶川地震，一个已经被改良为
age;70 0.5L （2）
值得注意的是，在中国规格/的指导方针，其抗震性能的影响分类、子结构高度、倾斜角度等，没有明确考虑。为桥梁与升= 40m，式。（1）及（2）提供相同的最低限度座椅宽度为90厘米。事实上，该规范在式（2）是由日本1996地震了公路桥梁设计规范修订1996反射所造成的破坏性影响1995兵库县南部地震（即科比地震）（川岛，1997）
另外相邻的梁之间请注意提供足够的座位宽度和弹性填料，以防止故类型，强大的铰链约束用于抑制纵向的相对运动方向。
2.2 伸缩缝损坏
地震波可能导致微分运动超和子结构之间。由于阀座大差运动可能会导致跨失败。即使有小的微分运动，扩展关节可以互相推动，引起一种压缩式的故障，或被拆开，引起拉伸破坏。在一般情况下，缩小地震剖面严重低估了位于坡结构场区。损害是由于上层建筑伸缩缝相邻节段的碰撞。膨胀节常用来缓解从内部产生的内力环境温度变化。他们也是系统的薄弱部分，很容易损坏，即时或永久性基础变形。图3显示损坏扩展在这个事件中观察到的关节。
2.3 梁的影响
低估的最大相对位移相邻成员之间的影响损害发生的结果。图4（一）显示绵竹市高架桥的碰撞损伤。损伤这一类型在斜交桥中更为明显倾斜的桥的中心线是不垂直的桥墩中心线。甲板的碰撞在基墩的墩柱上可以诱导甲板的转在水平面。甲板的旋转可能累积为循环的地面激发继续。如果累积的旋转足够大，桥面可能会失去支持，在角落里的角度，甚至崩溃。旋转也可能引起损坏如图4（b）所示，在角与钝角的甲板。
- 马尾河大桥 （7/9） （b）鹿角岩大桥 （7/9） （c） 绵远河大桥 （7/8）
图三 在受影响区域的桥梁扩展节点处的永久变形
- 金冠高架桥 （7/9） （b） 新丁倾斜大桥 （7/9）
图四 桥梁上部结构的冲击损伤
2.4 损坏轴承
轴承，特别是隔震支座，可以保护上层建筑免受损坏地震激励。然而，不正确地安装轴承可能反而导致更多的伤害。图5（1）和5（乙）分别显示故障该轴承在龙尾桥在北川县和殷墟的闽江桥，。失败是由于缺乏联系的橡胶支座及其相邻构件的桥梁结构。轴承，因此，在“浮动”的状态，甲板不能承受侧向或墩帽纵向相对运动，导致甲板坍塌。图5（丙）显示剪切澜桥轴承失效绵竹市。图5显示的最大15厘米的轴承在不可恢复的变形同一座桥。
- 龙尾大桥 （7/11） （b）尹徐明江大桥 （7/10）
（c） 回澜高架桥 （7/9） （d） 回澜斜坡桥 （7/9）
图五 汶川地震桥梁支座损坏
2.5对墩柱的破坏
桥梁墩柱的破坏在桥梁结构地震破坏中也是一种常见的类型（川岛和unjoh，1997；徐傅，2004）。单墩柱桥比其他组件更容易受到破坏。就门户框架码头和多柱桥墩，通常桥墩柱较弱系统中的组件和强大的连接横向梁以确保塑料铰链发生，而不是在其他地方（普莱斯利等，1996）。因此，墩柱必须具有良好的延展性，在地震中能承受较大变形。这一概念已经被用于新的桥梁设计，也在过去的设计中。此外，良好的延性性能的弯曲通常意味着一个相当大的变形能力可以防止整个结构倒塌地震。
钢筋混凝土墩柱的破坏模式在这项调查中，可以分为2类，即，弯曲破坏和弯曲剪切脆性破坏。图6显示了一对由于循环弯曲的混凝土保护层瞬间已失去的墩柱，指示不足弯曲能力。图7显示了罗的桥梁墩柱，这受弯剪脆性破坏在其中间高度，在整个部分墩柱导致一个裂缝。另四个桥的跨度完全由于柱弯曲破坏。
2.6对挡块/剪力键的损伤
挡块/剪切键的损坏是另一个在这场地震中常见的桥梁损坏模式。图8（a）显示由梁的位置板在一个固定块的损坏上部结构。图中的挡块。8（c）和8（d）是15厘米宽，6Phi;14钢筋。显然，这些增强区块没有足够的实力抗侧力。因此重要的是，保持块/剪切键韧性和足够的抵抗力和防止光束落下是强大的。
2.7对梁帽和接缝的损伤
如图9所示，龙威梁帽桥被一个组合的重力和地震惯性力作用。裂纹起始从连接区的光束和盖，由于强剪切力的结果贯穿整个横向，几乎垂直的光束地震引起的。裂缝宽度为6毫米，这意味着抗剪加固不足。图10显示了华桥交界处损伤，其中梁柱接头和侧向支撑由于强烈的剪切力导致损坏地震。裂缝宽度为50毫米，也意味着抗剪加固不足。这失败表明，该列和梁的设计时至少有两个不足之处：（1）不足剪承载力，尤其是在柱梁接缝和处（2）在柱端钢筋锚固不足和不适当的连接柱的设计和横向支撑。
2.8 对桥台的损伤
桥台旋转和桥台下的基础的过大沉降是桥台损伤的常见模式。图11（a）显示都汶公路桥地基基础的沉降受降。土压力在纵向方向增加相当垂直地面加速度的结果，推坝肩墙的水面的影响由主梁产生较大被动土压力在基台上的支座，推墙的下一部分朝向水侧。大沉降发生时，下部挡土墙被移向水面，因此，裂缝的挡土墙开发由于顶部的支座被限制的上层建筑。图11（b）和11（c）显示都江堰市倾斜分别在都汶公路桥台裂缝和干沟大桥桥台水平裂缝。在这次地震的观察桥梁桥台损伤建议基后壁回填和接近板应精心设计和建造，以防止崩溃。
图六 百花大桥桥墩弯曲损伤 （7/11） 图七 罗桥墩的弯剪损伤 （7/10）
- 都汶公路高架桥 （7/9） （b） 鹿角堰桥 （7/9）
（c）武新路马尾河 （7/9） （d） 龙威桥 （7/11）
图八 桥梁挡土块失效
图九 龙威桥梁帽裂缝 （7/11） 图十 北花桥桥梁接缝损坏 （7/11）
寿江大桥一侧坍塌和 都汶高架桥 （7/9） 干沟桥 （7/9）
损伤的桥面板 （7/9）
图十一 在汶川地震中钢筋混凝土桥梁支座破坏
3 曲线钢筋混凝土桥
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资料编号：[146217]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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