桥梁震害11
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发布时间：2023-09-18 22:20
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桥梁震害多由地震引发，形式有以下：摆柱式支座倾倒、固定支座齿板剪脱滑出，有的是墩台倾斜，桩柱式墩的基桩折断，甚至墩倒梁落(见图)；而柔性桩墩的双曲连续拱桥的震害多为主拱圈和拱上建筑的小拱圈严重开裂，个别有主拱圈拱起而严重破坏。如果桥梁因桥墩基础较好，侧向刚度较强，震害严重程度比公路桥稍轻，如墩台沿施工接缝处开裂或被剪断，钢支座的锚固螺栓被拉出而移位，但落梁事故较少。在其他多地震国家如日本，桥梁震害也以中小跨度的桥梁为多。比如日本1964年7月新潟地震(M＝7.5)时,昭和大桥因河床土层液化导致墩台基础大规模下沉而落梁。大跨度的悬索桥和斜张桥尚无因地震坠落的事例，但在日本一些轻便悬索桥有塔柱折断，缆索破坏的震害。近年来在多地震国家如日本、美国都积极开展这类大跨度桥梁结构的抗震研究。中国也正在研究地震区天津市郊建造大跨预应力混凝土斜张桥的抗震性能。
桥梁震害的直接起因是：①在强烈地震时，地形地貌产生剧烈的变化（如地裂、断层等），河流两岸地层向河心滑移等导致桥梁结构的破坏；②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；③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： ①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。②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。 ③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。
桥梁结构抗震措施：:①对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强；②对结构各部加强整体联结；③对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件；④加强桥梁支座的锚固;⑤加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋,提高结构的延性；⑥对桥位处的不良土质应采取必要的土层加固措施；⑦须特别重视施工质量，如施工接缝处的强度保证等；⑧在重要的大桥上，必要时需采用减震消能装置，如橡胶垫块，特制的消能支座等。
这是详细资料：http://ke.baidu.com/view/1609022.html
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桥梁震害预测方法包括经验统计法、规范效核法、Pushover(推倒分析)法和大跨度桥梁定性与定量相结合的震害预测方法4类。
1.1经验统计法
经验统计法是根据历史震害经验、桥梁抗震知识及桥梁样本所提供的资料，选择影响桥梁震害的主要因素，再根据大量样本进行各影响因素的影响方式和权值的统计回归，建立桥梁震害经验预测公式的一种地震安全评价方法[1]。久保庆三郎统计了遭受严重震害的30座公路桥梁资料，考虑了地震烈度、场地条件、液化、上部结构类型、支座类型、墩台高度、孔数、支承宽度、基础形式、墩台材料等10个影响因素，通过定义它们的易损性指数进行相乘，如果得到的值大于30，则桥梁是危险的，有可能落梁.
日本1986年公路桥梁抗震鉴定提出的最新公路桥梁易损性分析方法[3]是在上述方法基础上，根据124座遭受地震破坏的桥梁资料，选择设计规范、上部结构类型、上部结构形式(曲梁桥和直桥梁)、上部结构材料、桥轴线坡度、抗落梁措施、基础种类、桩高、场地条件、液化、持力层不均匀性、土层杂质、基础材料、基础种类、地面运动强度等巧个影响因素，利用统计学方法得到的经验公式。该方法在定性析基础上还包含了主筋跨中截断和桥墩剪应力的少量计算要求.另外，在其上部结构类型中含有斜拉桥和悬索桥。
周神根[4]根据唐山地震272座铁路桥梁的震害资料，选定地震烈度、墩高、基础类型、场地液化情况、场地类型、跨径、跨数等7个影响因素，用最小二乘原理进行多元纷性回归，建立了铁路桥梁的震害指数预测公式.
朱美珍[5]根据唐山、海城、通海地震中100多座公路桥梁的震害情况，选择地震烈度、场地类别、地基失效程度、上部结构类型、支座形式、墩台高度、墩台材料、基础形式、桥梁长度等9个因素，建立了公路桥梁的非线性震害预测经验公式.
Buckle等[6]利用美国从1964年Alaska地震到1991年Costa Rica地震期间11次地震中124座桥梁震害资料，选择地面运动峰值、设计规范、上部结构类型、上部结构外形、跨中铰、桥墩类型、基础类型、墩体材料、规则性、场地条件、液化程度、支座支承长度等12个影响因素，通过多参数回归分析建立了震害指数与影响因子的经验公式，并指出地面运动峰值、液化程度、设计规范和支座支承长度是影响桥梁震害的主要因素.在Buckle的方法中，上部结构类型也包括斜拉桥和悬索桥。
经验统计法不需要通过复杂计算就可以确定桥梁在未来地震中可能的破坏等级，使用起来经济方便，特别是涉及某个地区或城市大量桥梁需要进行震害预测时。经验统计法的误差源自于桥梁震害影响因素取舍、回归公式形式、桥梁样本数、影响因素相互作用等几个方面.新近发展起来的基于神经网络和CIS
数据库的桥梁震害预测方法[7-9]由于可以在一定程度上降低上述误差，预计将会得到充分的发展。在现有条件下，为提高经验统计法的预测精度，可以同时采用久保庆三郎方法、日本公路桥梁易损性分析方法、朱美珍方法和Buckle方法中的两种或两种以上方法进行桥梁震害预测，但使用中应注意各国规范的异同，不可生搬硬套。这样做的依据是尽管各国桥梁建设情况各异，但震害表现出的相近性远远大于其相异性，同时这样做也不会增加多少工作量。一般情况下，久保庆三郎方法和朱美珍方法仅适用于未采取抗震设计的桥梁，日本公路桥梁易损性分析方法和Buckle方法适用范围则广些。当采用上面两种或两种以上方法进行桥梁震害预测，得到的桥梁震害等级存在明显差异时，可依据桥梁重要性不同，通过工程综合判断或分析方法予以判定。
1.2规范校核法
规范校核法是先依据《公路工程抗震设计规范》(JTJ004 - 89)中的有关规定计算桥梁主要结构构件的地震荷载，然后将地震荷载效应与恒载效应(重力)组合，得到结构构件的内力，并与结构构件的极限荷载(抗力)相比较，从而给出桥梁结构的震害等级。该方法的一般公式为
式中，K为结构抗震安全系数;，为桥梁现状折减系数，主要考虑桥梁的现状是否良好和构造措施是否完善，y=0.5一10; Rd为按极限状态法计算的结构抗力函数;R为材料强度值;、为材料安全系数，y.- 1.0一1.5;Sd为荷载效应函数;G为永久荷载;E为结构地震荷载。 上式原则上适用于良好地基或采取了较完善的抗液化措施的软弱地基上的桥梁震害预测。在液化场地而桥梁结构又未采取抗液化措施时，需要考虑液化影响，可以通过修正震害指数的经验公式对震害预测结果进行修正:
规范校核法计算公式与现行规范一致，易于工程技术人员掌握和应用，但由于受规范认识局限性和破坏准则的*，仅能隐含地反映钢筋混凝土结构延性抗震要求。因缺少统计数据，材料的真实强度往往以名义强度代替，从而带来误差。从总体上看，规范校核法属于半经验半分析的震害预测方法。
1.3 Pushover方法
Pushover分析方法是通过对结构施加单调递增水平荷载来进行分析的一种非线性静力分析方法.该方法通常将相邻伸缩缝之间的桥梁结构当作空间独立框架考虑，上部结构通常假定为刚性.分析的初始阶段是对单独的排架墩在所考虑的方向上(顺桥向或横桥向)进行独立的倒塌分析，以期获得构件在单调递增水平荷载作用下的整个破坏过程及变形特征.之后，整个框架的分析将桥墩刚度模拟为非线性弹簧，计算出整体框架的初始刚度中心、横向刚度和转动刚度以及质心处的效刚度.在框架质心处，通常是上部结构的质心，施加单调递增的水平力，并且随着框架非线性发展的程度，不断调整各个桥墩的刚度和结构的刚度，直至结构达到最终极限状态为止.文献[10], [11]和[[12]对此进行了详细介绍，不再赘述.
Pushover方法系建立在非线性静力分析基础之上，通过结构的非线性变形能力，评价它的抗震性能，并且可以给出结构的破损倒塌机制，从而发现结构的抗震薄弱环节，与通常的非线性动力分析相比，具有计算简单、结果明确的优点，可方便地用于评估钢筋混凝土桥墩的延性抗震能力和伸缩缝处的可能最大地震相对位移。
1.4大跨度桥梁震害预测
从总体上看，大跨度桥梁结构(系杆拱桥、斜拉桥、悬索桥)在地震中都未曾发生过严重破坏或倒塌，仅是在引桥或是在支承系统或局部杆件发生破坏。这一方面可能由于人们对大跨度桥梁的重要性有足够重视，在设计中提高了设防标准并进行了专门研究，增强了结构抗震能力;另一方面，大跨度桥梁大多处在长周期范围，地震时主要是变形控制，引桥(相对较刚)、桥梁支座系统或局部杆件的连接不能适应大位移而导致损害[[13]。鉴于此，建立了定性与定量相结合的大跨度桥梁震害预测方法。
(1)大跨度桥梁抗震能力的定性评价
大跨度桥梁抗震能力的定性评价主要考虑6个因素:地震烈度、场地条件、基础构造、抗震设防、支座构造、结构体系。具体分述如下:
1)位于坚硬场地上的大跨度桥梁，在地震烈度不高于设防烈度1度以上时，基本完好;在高烈度条件下，塔梁固接体系的斜拉桥、使用钢支座的大跨度桥梁、大跨度连拱桥会发生轻微破坏。
2)位于软土地基上的大跨度桥梁，在地震烈度不高于设防烈度时，基本完好;地震烈度高于设防烈度1度时，若桩基础满足《构筑物抗震设计规范》(GB 50191-93)的构造要求，基本完好，否则塔梁固接体系的斜拉桥、使用钢支座的大跨度桥梁、大跨度系杆拱桥会发生轻微破坏;更高的烈度条件下，大跨度桥梁会发生基础移位、支座损坏、局部杆件压屈、构件连接部位钢筋混凝土裂缝等中等破坏现象。
大跨度桥梁抗震能力的定性评价还可以采用前面提到的经验统计方法，如Buckle方法和日本桥梁地震易损性评价方法。
(2)大跨度桥梁抗震能力的定量评价
主要从3个方面评价:
1)主桥与引桥连接处支承面宽度是否足够，VOR构造措施是否合理。主桥位移反应可采用反应谱方法或时程法进行分析.
2)桥台的抗震稳定性。可利用《公路工程抗震设计规范; (JTJ004 - 89)提供的方法评价或采用其它成熟方法。
3)塔根截面的强度和延性抗震性能。
考虑到桥梁抗震安全性评价和桥梁抗震设计不同，它并不要求总是作出偏于保守的决策，建议用于大跨度桥梁抗震能力定量评价的地震动超越概率为100 a超越概率10%(重现期为950 a).输人地震波可采用“3+1”模式，即3条与场地条件相近的天然地震波和1条人工地震波。
最后，综合(1), (2)两项结论，给出大跨度桥梁的震害等级.
大跨度桥梁震害影响因素复杂，震害预测工作量大，且需要专业分析软件.考虑到大跨度桥梁至今为止在地震中尚未曾发生严重破坏或坍塌，作者建议不必对大跨度桥梁进行震害预测，或仅进行定性评价，除非满足下述条件之一:1)抗震设防标准偏低;2)桥梁存在明显抗震缺陷;3)业主提出特殊要求。
2桥梁震害预测流程
依据桥梁重要性的不同，将桥梁划分为甲、乙、丙、丁4类，见表3。
3 、应用实例:福州市区重要桥 梁震害预测
福州是福建省省会，位于闽江下游。对福州市区进行震害预测的重要桥梁包括市区跨越闽江及乌龙江的6座主要桥梁和1座互通式城市立交桥，它们分属甲类和乙类桥梁。这些桥梁的基本清况见表4。桥梁震害预测方法和预测结果列于表5。
震害预测表明:
(1)地震烈度为9一10度时，抗震能力弱的洪山大桥、闽江大桥和鳌峰大桥会发生严重破坏，甚至倒塌。由于这3座桥梁是出人福州市区的门户，此时福州市区对外联系几乎会处于中断，但这种情况发生的可能性仅是在福州市区发生与日本阪神地震相类似的直下型强烈破坏性地震时。从阪神地震交通系统震害经验看，上述震害预测结果与神户市对外交通几乎中断是一致的.因此，对于具有与神户市地震地质背景相近的城市，宜抓紧开展桥梁震害预测和抗震加固工作。
(2)引桥与主桥相比抗震能力较低.建议今后在地震区桥梁抗震设计中引桥与主桥采用同样的设防标准，否则地震时引桥的破坏同样会导致主桥丧失使用功能。
