（道路与铁道工程专业论文）大连市公路桥梁抗震安全评估.pdf

中文摘要 摘要 简单介绍了汶川大地震桥梁震害特点，总结了该次震害的经验教训及启示， 并对国内外桥梁抗震安全性评价与抗震加固技术的发展作了简要回顾。 通过调研大连市国道中部分大桥，选择场地( 含类别、液化条件、场地均匀 性、抗液化措施4 个因素) 、结构( 含上部结构、支座、桥墩、基础4 个项目l o 个因素) 、地震动( 以烈度表示) 、抗震设防( 含设防烈度、设计规范、防落梁 措施3 个因素) 等4 大类1 8 个因素作为桥梁抗震安全性评价考虑的因素。以国内 外桥梁抗震安全性评价定性方法为主体，包括久保庆三郎方法、日本土木学会方 法、朱美珍方法和i g b u c k l e 方法，通过计算和比较，得到大连市公路桥梁抗震 安全性评估结果。 总体上看，国道上主要桥梁因建设年代较新并采用了新近桥梁抗震设计规范， 抗震能力能够满足要求，仅有建设年代较早的源发桥、石河桥和牧城驿桥抗震能 力偏低，宜结合线路改造等及时进行抗震加固。 关键词：桥梁；抗震安全；评估：大连 英文摘要 a b s t r a c t t h ea r t i c l es i m p l yi n t r o d u c et h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eb r i d g e ss e i s m i cp e r f o r m a n c e v u l n e r a b i l i t yi nw e n c h u a nh e a v ye a r t h q u a k e ，s u mu pt h ee x p e r i e n c e sa n da p o c a l y p s e s o ft h ee a r t h q u a k e s u m m a r i z et h ed e v e l o p m e n to ft h es e i s m i cp e r f o r m a n c es a f e t y e v a l u a t i o na n dt h er e i n f o r c et e c h n o l o g i e so fb r i d g ei nd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l b yi n v e s t i g a t i n gs o m eh i g h w a yb r i d g e si nd a l i a n ，ic h o o s e18f a c t o r so f4 k i n d s ，l i k et h ep l a c e ( c o n t a i n i n g4f a c t o r ，a sc a t e g o r y ，l i q u e f a c t i o nc o n d i t i o n ，t h ep l a c e e v e na n da n t i - l i q u e f a c t i o n ) ，s t r u c t u r e ( c o n t a i n i n g10f a c t o r so f4i t e m ，a st h eu p p e rp a r t s t r u c t u r e ，b u t t r e s s e s ，p i e ra n df o u n d a t i o n ) ，e a r t h q u a k em o v e ( m e a n i n gw i t he a r t h q u a k e i n t e n s i t y ) ，a n t i e a r t h q u a k ed e f e n c e ( c o n t a i n i n g3f a c t o r s ，a sd e s i g ni n t e n s i t y ，d e s i g nn o r m a n dd e f e n d i n gf a l l ) a st h ef a c t o r so ft h es e i s m i cp e r f o r m a n c es a f e t ye v a l u a t i o no fb r i d g e u s i n gt h es e i s m i cp e r f o r m a n c es a f e t ys v a l u a t i o no fb r i d g e sm e t h o d si nd o m e s t i c a n di n t e r n a t i o n a la st h em a i nm e t h o d s ，i n c l u d i n gj i ub a o q i n g s a n l a n gm e t h o d ，j a p a n e s e c i v i le n g i n e e r i n gi n s t i t u t em e t h o d ，z h um e i z h e nm e t h o da n di g b u c k l em e t h o d ，b y c a l c u l a t i n ga n dc o m p a r i n g ，g e tt h es e i s m i cp e r f o r m a n c es a f e t ye v a l u a t i o no fb r i d g e s i n d a l i a nc i t yr e s u l t s a saw h o l e ，t h em a i nb r i d g e so ft h en a t i o n a lh i g h w a yw e r er e c e n t l yb u i l tu s e dt h e n e w c o d e ，s ot h e i ra n t i - e a r t h q u a k ea b i l i t i e sc a ns a t i s f yt h er e q u i r e m e n t q n l yt h ea n t i e a r t h q u a k ea b i l i t i e so f t h ey u a n f ab r i d g e ，s h i h eb r i d g ea n dm u c h e n g y ib r i d g e ，w h i c h w e r eb u i l tl o n gt i m ea g o ，a r eal i t t l ew e a k e r s ow es h o u l dr e i n f o r c et h e ma ss o o na s r e b u i l dt h eh i g h w a y k e yw o r d s ：b r i d g e ；s e i s m i cp e r f o r m a n c e ；s a f e t y ；e v a l u e a t i o n ；d a l i a nc i t y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文 竺太连直公路插粱抗震童全谖值= = 。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经 公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：曼筵筵 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密函( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名： 三一雏袋导师签名：嘲 日期：吖年7 月日 大连市公路桥梁抗震安全评估 第1 章绪论 1 9 8 9 年美国l o m ap r i e t a 地震、1 9 9 4 年美国n o r t h r i g d e 地震和1 9 9 5 年日本k o b e 地 震中大量桥梁的破坏极大地促进了桥梁抗震研究的进展。2 0 0 8 年5 月1 2 日我国汶川大 地震举世震惊，给国家和人民的生命财产造成了巨大损失，这也让我们深刻认识到交通 基础设施抗震安全的重要性，因此本次研究工作主要集中在大连市既有桥梁的抗震安全 性能评估上。 1 1 汶川大地震桥梁震害及启示 2 0 0 8 年5 月1 2 同四川省汶川县发生里氏8 0 级特大地震，上海、宁夏、云南、重庆 等十多个省区市均有震感，造成大量人员伤亡，举国同悲。上溯至1 9 7 6 年7 月2 8 日河 北省唐山市7 8 级大地震并由此造成的2 4 余万同胞遇难，必须强调我国是地震危害比 较严重国家，大陆地区从建国至今死亡千人以上地震已发生5 次，平均间隔为1 0 1 5 年。我国四川汶川地震、河北唐山地震、台湾集集地震以及日本的神户地震都发生在当 时认为“地震活动性”较低地区，结构设防标准普遍偏低，巨大灾难就此发生。目前人 类对地震发生时间、发生地点、发生强度的认识非常有限，切实提高工程结构物的抗震 能力将是抵御地震灾害的唯一可行途径。 这次地震造成了交通生命线工程的严重破坏，2 4 条高速公路、1 6 1 条国省干线、8 6 1 8 条乡村公路、6 1 4 0 座桥梁和1 5 6 条隧道受损，公路、桥梁、隧道各类交通基础设施损毁 的直接经济损失达6 7 0 亿元，其中桥梁损毁最为严重。与楼房等建筑物不同，直接发生 在桥梁上的伤亡人数并不多，但是由于交通生命线损毁、中断而造成的经济损失和人员 额外伤亡不可估量，遭受破坏的大型桥梁修复起来比较困难，严重影响灾区生产生活和 灾后的重建工作。图1 1 图1 1 1 给出了部分桥梁等公路基础设施震害情况。 大连市公路桥梁抗震安全评估 幽11 白花大桥倒塌 f i g 1 l b a i h u a b r i d g e d a m a g e 幽12 小鱼洞大桥倒塌( 场地液化) f i 9 1g x i a o y u d o n g b r i d g e d a m a g e 大连市公路桥粱抗震安全评估 国13 庙子坪大桥引桥落粱 图14 北川龙尾人桥局部倒塌( 场地液化) f i 9 14 l o n g w c i b r i d g e d a m a g e 大连市公路桥粱抗震安全评估 剧1s 高树大桥连锁性倒塌 f i g l5g a o s h u b r i d b e b r e a k d o w n 幽l _ 6 高原大桥落粱破坏 f i g 16 g a o y m m b r i d g e d a m a g e 大连市公路桥槊抗震安垒评估 图l7 某中桥因山体滑坡倒塌 f i g17 0 n e b r i d g e d a m a g e 图lg 鱼子溪太桥毁坏 f i g18y u z i x ib r i d g ed a m a g e 人连市公路桥梁抗震安全评估 幽19 新房子火桥震害 f i gi 9x i n f a n g z ib r i d g ed a m a g e 圈1 1 0 寿江 桥麓害 f i 9 11 0s h o u j i m l g b r i d g e d a m a g e 大建市公路桥粱抗震安全评估 图11 1 施工中的南坝大桥震害 f i g i1 1 n a n b a b r i d g e i n b u i d i n g d a m a g e 本次地震具有震级大( 里氏8 0 级) 、震源浅( 1 0 - 2 0 k m ) 、持续时日j 长( 持时达 9 0 余秒) 、烈度大( 最大达度) 、余震强度较大( 多次6 0 级以上余震) 的特点。根 据国家地震局公布的有关数据来看，很多技术参数远远超过了桥梁设计所能考虑的范 围，根据现行的公路工程抗震设计规范，基本烈度最大仅为d ( 度即便是提高一级 设防，也不能达到如此高的抗震设防要求。 桥梁震害宏观调查是桥梁结构的抗震设计、抗震构造措施及震后桥梁加固修复等工 作的前提和基础，通过对汶川地震强震区的桥梁及其它交通基础设施的地震破坏情况进 行的详细调查，揭示此次地震造成桥梁、特别是山区公路桥梁地震中破坏的形态和原因， 总结经验和教训，可为今后抗震设计提供依据。 111 桥梁结构及震害特点 汶川地震区桥梁普遍7 度设防，在8 级大地震强烈近断层地震动效应及断层地表破 裂作用下，桥梁破坏将不可避免地发生。课题组提出桥梁结构及震害特点总结如下： ( 1 ) 主梁与桥墩连接较为薄弱：震区桥梁主要为桥面连续简支粱桥，主粱整体性 较好，支座多采用直接搁置的板式橡胶支座，地震中稳定性较差。因此主梁更多发生横、 人连市公路桥梁抗震安全评估 纵向移位，乃至最终落梁。同时这种薄弱连接一定程度降低了桥墩的地震荷载，总体上 看桥墩震害较轻，但此点并非绝对，如南坝大桥桥墩震害。 ( 2 ) 桥台具有较好的稳定性：当地为防止洪水冲刷、滑坡等地质灾害，桥台设计 一般具有很好的稳定性，桥台基本上未发生大的整体位移，这在很大程度上保证了中、 小长度桥梁的抗震性能。但桥台本身强度验算应引起重视，主要破坏方式为胸墙直接剪 断和4 5 度向后开裂。若高原大桥桥台胸墙强度足够，落梁破坏当不至发生。 ( 3 ) 桥梁延性抗震存在隐忧：从破坏的桥墩、拱肋、盖梁来看，直接剪切破坏或 形成弯曲塑性铰后的弯剪破坏现象较为多见，主要原因是对构件抗剪强度计算重视不 够，配箍率偏低且不满足1 3 5 度弯钩等构造要求。小鱼洞大桥应视为这方面最惨痛的教 训。 ( 4 ) 防落梁构造措施较为单一：震区主要防落梁构造措施为横向挡块，尽管毁损 较多，但在防止横向落梁方面起到了积极作用。可能认为整体桥面构造已经满足规范要 求的“简支梁桥纵联”原则，因此纵向防落梁措施方面考虑不足，较多桥梁发生纵向落 梁。 ( 5 ) 场地液化问题有待认识：调查发现小鱼洞大桥场地、龙尾大桥场地均发生了 地震液化现象，可能是导致桥墩倾斜、桩基础损坏的重要因素。 ( 6 ) 百米高墩桥梁接受考验：因上部结构( 主梁) 质量及尺寸较大，其主要薄弱 环节为支座，其次为碰撞。桥墩损伤有待进一步调查。 我国西部多为山区，新构造活动强烈且断裂带发育广泛，大的活动断层可绵延数百 乃至上千公里，具有高地震危险性。汶川地震桥梁震害经验必须加以重视，警醒。 1 1 2 经验教训及启示 根据对坟川地震桥梁震害的形态和原因的初步分析，对山区桥梁的抗震，应总结经 验教训，课题组公路桥梁抗震设计建议如下： ( 1 ) 桥梁桥址选择：场地及地质条件( 或经处理后) 必须能够确保桥台的整体稳定 性；在宽阔河漫滩、山( 河) 谷修建桥梁时必须重视砂土液化问题。 8 大连市公路桥梁抗震安全评估 ( 2 ) 曲线梁桥问题：曲线梁桥对山区公路线型仍具有很好的适应性，但应选择小桥 长、小跨度、曲线连续梁、双柱墩带盖梁的结构形式。除经详细抗震分析的大型桥梁外 不建议采用连续曲线刚构形式，特别是当曲率半径较小时，因地震时桥墩承受复杂的弯、 剪、扭共同作用，其破坏风险仍很大。另文介绍的位于绵竹8 度地震烈度区的回澜立交 桥的桥墩震害，足以警示。 ( 3 ) 抗震设计问题：宜坚持上部结构与下部结构“弱”连接的设计原则，同时必须 加强防落梁措施设计、桥墩与构件延性及细部设计工作。具体为： 支座设计方面：变现有“浮放为在底部与桥墩锚栓连接。对曲线梁桥、高墩大跨 桥梁( 类似庙子坪大桥) 支座必须仔细校核或专题研究，主梁与桥墩间宜设置竖向拉结 锚栓以承受地震可能产生的支座拉力。 防落梁措施方面：横向挡块宜适当加强但不可过刚，配筋必须注意具备足够锚固长 度，竖向深入到( 盖梁) 内部。部分破坏的挡块其两个方向的竖向纵筋都因锚固长度不 足而未起到相应作用。纵向防落梁措施除继续采用桥面连续做法外，对斜交桥、曲线桥、 高墩桥梁在规范基础上应适当增加桥台、盖梁或悬臂端支承长度，可在其边缘设置纵向 挡块或在主梁与桥墩间设置拉结措施。桥面连续多跨长简支梁桥( 桥长2 0 0 m 以上或跨 数6 以上) 因桥台对其地震纵向位移约束较弱，应特别重视防落梁设计，宜在每一跨( 盖 梁) 处均设置防落梁的纵向挡块，对千米级的特长大桥梁还可在中部伸缩缝处设置倒“t 形、双排桥墩支撑的纵向位移约束平台，以防止因碰撞等造成纵向位移累加。 桥墩及构件设计方面：桥台的胸墙及与翼墙交接处应进行地震时主梁冲击荷载下的 强度校核；桥墩及盖梁应注意抗剪强度计算、最小配箍率要求及塑性铰区细部配( 箍) 筋构造设计，施工中必须强调严禁纵筋在柱脚等关键受力部位的截断或搭接，以切实提 高其延性抗震能力；应加强液化场地及软土场地桩基础的抗震能力。上述方面国内桥梁 抗震规范仍不很完善，对重要桥梁可考虑“国内规范为主、国外规范为辅 的抗震设计 技术方案。 ( 4 ) 构造措施最强设计原则：构造措施对保证桥梁在不可预期的“大震”下的抗震 能力非常重要，同时其造价相对桥梁总投资又很低廉。因此建议构造措施部分不再依“设 9 大连市公路桥梁抗震安全评估 防烈度 设计( 规范做法) ，而是采用能够维持桥梁“大震 后应急通行功能的“最强 原则”设计。这也可与人类对地震发生时间、地点、强度极其有限的认识水平相适应。 1 2 桥梁抗震性能评价与加固研究进展 日、美自六七十年代就开始了桥梁抗震加固工作，当时主要是针对简支梁跨和悬臂 梁跨安装限位器( r e s t r a i n e r s ) ，结合近期桥梁震害经验，r d e s r o c h e s 等( 19 9 8 ) 、m j r a n d a l l 等( 1 9 9 9 ) 和戴福洪等( 2 0 0 0 ) 对限位器抗震设计方法进行了详细研究。1 9 8 9 年l o m ap r i e t a 地震之后，桥梁抗震评价和加固领域获得了实质性的进展，提出了以优 先级评价和p u s h o v e r 分析方法为核心的桥梁抗震能力评价方法，也发展了多种加固技 术。 桥梁优先级评价方法的目的是为了区分和排列在一个指定地区内所有桥梁的风险程 度，以便对于加固所需的资源能作一个优化的配置。该法通常是基于地震危险性、结构 易损性和桥梁重要性三种因素的综合考虑( m j n p r i e s t l e y ，1 9 9 7 ) 。在1 9 9 4 年n o r t h r i g d e 地震倒塌的七座桥梁中，有五座已经列入了该优先加固计划，由于经过加固后的桥梁结 构抗震性能良好，因此大家的观点是：“n o r t h r i d g e 地震显然来得早了些 。同时也表明 现有的优先级评价方法仍需改进( g w h o u s e r ，1 9 9 5 ) 。n b a s o z 等( 1 9 9 8 ) 从系统可 靠性和费用效益分析出发，发展了一套比较复杂的桥梁抗震加固优先级评价方法。 在桥梁抗震加固技术方面，目前钢筋混凝土桥墩加固所采用的主要方式有：( 1 ) 加大截面和箍筋，如国内同济大学对邕江大桥的抗震加固( 范立础，1 9 9 7 ) ；( 2 ) 外 包钢板( s t e e lj a c k e t ) 或采用外包钢管来提高桥墩的延性，近来这种技术j 下逐步被复合 纤维加固技术所取代，复合纤维材料包括高强玻璃纤维、碳纤维和玻璃纤维增强塑料等， 在美国和日本都有很多研究与具体应用( m j n p r i e s t l e y ，1 9 9 7 ；k k a w a s h i m a ，2 0 0 0 ) 。 国内同济大学对这种桥墩抗震加固技术进行了试验研究( 杨新宝，1 9 9 7 ；卓卫东，2 0 0 0 ) 。 在加固桥墩的同时，有时还需要对柱脚和基础进行加固，一般来说技术较复杂，费用相 对较高。发展中的另类桥梁抗震加固技术是采用减、隔震措施( j p e n z i e n ，2 0 0 1 ) ，目 前常用各类隔震支座，包括铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、聚四氟乙烯摩擦支座、摩 擦摆支座等，其它还有粘弹性阻尼器、粘性液体阻尼器等被动耗能装置。通过调整隔震 1 0 大连市公路桥梁抗震安全评估 器的阻尼和耗能特性，可以将地震作用减少到不需要加固下部结构的程度，一般说来费 用较低。近年美联邦公路委员会出版的“公路桥梁抗震加固手册及美国出版的“桥梁 工程手册”都对桥梁抗震评价与加固进行了详细介绍。 1 3 项目的研究背景及内容 桥梁是交通系统的重要元件，在交通系统乃至城市防震减灾中处于核心地位。美国 的a b a g ( a s s o c i a t i o no f b a ya r e ag o v e r n m e n t s ) 总结震害经验也认为在大地震发生后， 交通系统对减少地震经济损失方面有十分重要的作用。我国现有公路桥梁近2 0 万座， 现行规范颁布以前设计的桥梁约1 6 万座，其中也包括相当一部分高速公路桥梁以及城 市立交桥和高架桥。鉴于此，现有这些桥梁的抗震性能如何，是否需要加固成为一个重 要问题。 本项目的研究目的是：以国内外桥梁抗震安全性评价定性方法为主体，结合少量计 算，评估大连市国道部分大桥( 简支桥梁) 的抗震安全性能。 论文共分四章： 第一章介绍了汶川大地震桥梁的震害经验以及课题组提出的桥梁抗震设计建议。 第二章介绍了桥梁抗震安全性评价方法，主要是久保庆三郎方法、日本土木工程学 会方法、朱美珍方法和i g b u c k l e 方法等。 第三章将上述方法综合运用于大连市国道上的重要桥梁，评估了其抗震安全性。 第四章总结全文，针对大连市桥梁抗震薄弱问题提出了建议。 大连市公路桥梁抗震安全评估 第2 章桥梁抗震安全性评价方法 2 1 桥梁抗震安全性评价方法 桥梁抗震安全性评价为半结构化问题，需要采用定性和定量相结合的方式加以解 决，本项研究工作侧重于定性分析。 在桥梁抗震安全性评价定性方法中，经验统计法应用较多，即先根据历史震害经验、 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，再根据大量震 害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。常见的有久保庆三郎方法、日本土木工程学会方法、周神根方法、 朱美珍方法、i g b u c k l e 方法等。本项目采用久保庆三郎方法、日本土木工程学会方 法、朱美珍方法和i g b u c k l e 方法中的两种或两种以上方法进行桥梁抗震安全性评价。 这样做的依据是一方面相当于增加了桥梁震害样本数，另一方面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。一般情况下，久保庆三郎方法和朱美 珍方法仅适合于未采取抗震设计的桥梁，日本土木工程学会方法和i g b u c k l e 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抗震性能评价，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确认。课 题组以此为基础构成了知识库，并通过人机对话的形式建立了相应推理机构，开发了桥 梁抗震安全性评价辅助决策系统。 下面将采用的桥梁抗震安全性评价方法作简要介绍： ( 1 ) 久保庆三郎方法 久保庆三郎( 1 9 8 2 ) 统计了遭受严重震害的3 0 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1 0 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3 0 ， 则桥梁是危险的，有可能落梁。该方法的基本公式为： d = i - i w j ( 2 1 ) 1 2 大连市公路桥梁抗震安全评估 式中，d 为桥梁震害参考指标，d ；一3 0 时，桥梁会发生落梁；w j k 为选择的各类因素权 系数；x j k 当第j 因素第k 项存在时，为1 0 ，否则为0 0 。 ( 2 ) 日本土木工程学会方法 日本1 9 8 6 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是在上述方法 基础上根据1 2 4 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( 曲梁桥和直梁桥) 、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1 5 个影响因素，利用统计学方法得到了经验公式。该方法上部结构类型中含有斜拉桥和悬 索桥，未考虑地震烈度因素，其隐含假定为地震动峰值在0 2 5 9 以上。另外，在定性分 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。该方法的基本公式为： d ：i - i w j j ( 2 2 ) j “ 式中，d 为桥梁震害参考指标，d ， 6 0 时，桥梁易损性较高；6 0 d ；，2 0 ，桥梁易损性 中等；d 2 0 ，桥梁易损性较低；w j k 为选择的各类因素权系数；x j k 当第j 因素第k 项 存在时，为1 0 ，否则为0 0 。 ( 3 ) 朱美珍方法 朱美珍( 1 9 9 0 ) 根据唐山、海城、通海地震中1 0 0 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9 个因素，建立了公路桥梁的非线性震害预测经验公式的统计分析， 建立了如下形式的震害预测经验公式： 92 或3 ， d = w o f i i - i 吆庐 ( 2 3 ) j = lk = l 式中，d 为桥梁震害参考指标；w o 计算系数，w j k 为选择的各类因素权系数；k k 当第j 因素第k 项存在时，为1 0 ，否则为0 0 。用式( 2 3 ) 进行桥梁抗震能力评价时，对应于基 本完好，轻微破坏，中等破坏，严重破坏的临界d 值为1 2 3 ，2 2 0 ，3 3 8 和4 4 0 。 ( 4 ) i g b u c k l e 方法 大连市公路桥梁抗震安全评估 i g b u c k l e 等( 1 9 9 5 ) 利用美国从1 9 6 4 年a l a s k a 地震到1 9 9 1 年c o s t ar i c a 地震 期间1 1 次地震中1 1 4 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1 2 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 的最主要因素。在i g b u c k l e 的方法中，上部结构类型也包括了斜拉桥和悬索桥。 该方法的基本公式为： d = - 3 7 5 4 ( 2 4 ) 式中，d 为桥梁震害参考指标；w j k 为选择的各类因素权系数。用式( 2 4 ) 进行桥梁抗震 能力评价时，对应于基本完好，轻微破坏，中等破坏，严重破坏的临界d 值为o 5 ，1 5 ， 2 5 和3 5 。 2 2 桥梁抗震安全性评价定性分析考虑因素 桥梁震害影响因素取舍对其抗震安全性评价定性分析有很大的影响，本项目利用抗 震评价辅助决策系统，选择场地( 含类别、液化条件、场地均匀性、抗液化措施4 个因 素) 、结构( 含上部结构、支座、桥墩、基础4 个项目1 0 个因素) 、地震动( 以烈度表 示) 、抗震设防( 含设防烈度、设计规范、防落梁措施3 个因素) 等4 大类1 8 个因素作 为桥梁抗震安全性评价考虑的因素。 因选择的影响因素与2 1 节介绍的各个方法已有所不同，根据原方法考虑的各个因 素重新确定了上述1 8 个因素的权系数，分别如表2 1 一表2 4 所示。 1 4 大连市公路桥梁抗震安全评估 表2 1朱美珍方法各因素权系数表 t a b l e2 1f a c t o rf o rz h um i n g z h e nm e t h o d io 8 场地 i il - 0 类别i i i1 8 场 2 o 液化1 8 液化 可能液化 1 5 条件 不液化 1 o 地 场地均匀 1 0 均匀性不均匀 1 0 抗液化 有o 7 措施无 1 o 简支 1 4 上种连续 1 0 类悬臂 1 4 部 拱 1 1 规直线或较规则 1 o 结 结 则曲线 1 1 性 坡桥 1 1 构 孔 小于2 孔( 含) 1 0 数 火于2 孔 1 2 支支座 板式橡胶支座1 o 盆式橡胶支座 1 0 座 种类 钢板支座 1 1 构 高 小于5 米1 o 桥大于5 米且小于1 0 米 1 1 度 大于1 0 米 1 2 墩混凝士1 0 5 材 料 钢筋混凝土 1 0 圬上砌体 1 1 1 5 大连市公路桥梁抗震安全评估 续表2 1朱美珍方法各冈素权系数表 c o n t i n u et a b l e2 1f a c t o rf o rz h um i n g z h e nm e t h o d 重力式墩1 0 桥 形单柱墩 1 0 双柱墩1 0 墩 式 多柱墩 1 0 结 其它 1 o 天然浅基础 1 0 种 柔性基础 1 0 基 单排桩基础1 1 5 双排桩基础 1 1 5 类 多排桩基础 1 1 5 沉井基础 1 0 钢筋混凝土 1 0 构 材 混凝土1 0 料 础 圬工砌体 1 0 承高桩承台 1 1 台低桩承台1 o 地 71 o 地震 8 1 1 震 烈度 动91 2 71 0 设防81 o 烈度91 0 抗 未设防 1 0 震 抗震7 8 规范以前1 0 设 设计 7 8 规范1 0 防 规范8 9 规范1 0 防止落有 0 7 梁措施无1 o 1 6 大连市公路桥梁抗震安全评估 表2 2 久保庆三郎方法各因素权系数表 t a b l e2 2f a c t o rf o rj i ub a o q i n g s a n l a n gm e t h o d 10 5 场地 i i1 0 类别i i i1 5 场 1 8 液化2 0 液化 可能液化1 5 条件 不液化1 o 地 场地均匀 1 o 均匀性不均匀1 o 抗液化 有o 7 措施 无1 。o 简支3 0 上种连续 2 0 类悬臂3 0 部拱1 0 规直线或较规则 1 0 结 结 则曲线 1 0 性 坡桥1 o 构 孔 小于2 孔( 含) 1 o 数 大于2 孔 1 7 5 支支座 板式橡胶支座1 o 盆式橡胶支座 1 0 座 种类 钢板支座1 1 5 构 高 小于5 米1 0 桥大于5 米且小于l o 米 1 4 度 大于1 0 米1 7 墩混凝土1 4 材 料 钢筋混凝土1 o 圬工砌体1 4 1 7 大连市公路桥梁抗震安全评估 续表2 2 久保庆三郎方法各冈素权系数表 c o n t i n u et a b l e2 2f a c t o rf o rj i ub a o q i n g s a n l a n gm e t h o d 重力式墩1 o 桥形 单柱墩1 o 双柱墩1 0 墩式 多柱墩 1 0 结 其它 1 o 天然浅基础1 o 种柔性基础 1 o 基 单排桩基础1 4 双排桩基础1 4 类 多排桩基础 1 4 沉井基础1 o 构 材 钢筋混凝土 1 0 料 混凝士1 o 础 圬工砌体】0 承高桩承台 1 1 台低桩承台1 o 地 71 o 地震 8 1 0 震 烈度 动92 4 71 0 设防81 o 烈度91 o 抗 未设防1 o 震 抗震7 8 规范以前1 2 设 设计7 8 规范1 1 防 规范8 9 规范1 0 防止落有0 6 梁措施无1 o 1 8 人连市公路桥梁抗震安全评估 表2 3i g b u c k l e 方法各因素权系数表 t a b l e2 3f a c t o rf o ri g b u c k l em e t h o d 10 1 8 8 场地 1 10 3 7 6 类别i l l0 5 6 4 场 0 7 5 2 液化3 2 6 2 液化 可能液化2 3 3 0 条件 不液化0 9 3 2 地 场地均匀o o 均匀性不均匀0 0 抗液化有 0 9 3 2 措施无0 0 简支0 4 5 6 上 种连续 0 3 4 2 类悬臂0 6 3 4 部拱0 2 2 8 规直线或较规则 0 3 5 7 结 结则曲线0 8 7 4 性坡桥0 5 5 6 构 孔小于2 孔( 含)0 2 2 8 数大于2 孔0 0 支支座 板式橡胶支座o 0 盆式橡胶支座 o 0 座种类 钢板支座 0 o 构 高 小于5 米0 o 桥大丁5 米且小于1 0 米 o o 度 大于1 0 米0 0 墩混凝十0 1 0 2 材 料 钢筋混凝土0 0 6 8 圬上砌体0 1 3 6 1 9 大连市公路桥梁抗震安全评估 续表2 3i g b u c k l e 方法各因素权系数表 c o n t i n u et a b l e2 3i g b u c k l em e t h o d 重力式墩 0 0 2 9 桥形 单柱墩0 0 8 7 双柱墩 0 0 5 8 墩 式多柱墩0 0 5 8 结 其它0 0 2 9 天然浅基础0 0 4 8 种 柔性基础0 0 2 4 基 单排桩基础 0 0 9 6 双排桩基础0 0 9 6 类 多排桩基础 0 0 9 6 沉井基础 0 0 4 8 构 材 钢筋混凝土o o 混凝士 o o 料 础 圬工砌体0 o 承 高桩承台o 0 厶 低桩承台0 o口 地 70 2 8 2 地震 震80 4 2 3 动 烈度 90 5 6 4 70 0 设防 8 o o 烈度 9 o 0 抗 朱设防o o 震 设 抗震7 8 规范以前1 3 6 8 设计7 8 规范0 9 1 2 防 规范8 9 规范0 4 5 6 防止落有 0 5 l l 梁措施无1 5 2 3 2 0 大连市公路桥梁抗震安全评估 表2 4日本士木工程学会方法各因素权系数表 t a b l e2 4f a c t o rf o rj a p a n e s ec i v i le n g i n e e r i n gi n s t i t u t em e t h o d i1 o 场地 i i1 2 类别i i i2 0 场 2 5 液化 液化 2 0 可能液化1 5 条件 不液化 1 0 地 场地均匀1 o 均匀性 不均匀 1 2 抗液化有 o 7 措施无1 0 简支 1 8 上 种连续1 8 类悬臂1 8 部 拱1 2 规直线或较规则1 o 结 结则曲线1 2 性坡桥1 2 构 孔小于2 孑l ( 含)1 0 数大于2 孔1 o 支支座 板式橡胶支座 1 0 盆式橡胶支座1 o 座种类 钢板支座1 0 小于5 米1 0 构 高 桥人于5 米且小于1 0 米1 5 度 大于1 0 米2 o 墩混凝土1 0 材 料 钢筋混凝七1 o 圬工砌体1 o 2 l 大连市公路桥梁抗震安全评估 续表2 4日本土木工程学会方法各因素权系数表 c o n t i n u et a b l e2 4f a c t o rf o rj a p a n e s ec i v i le n g i n e e r i n gi n s t i t u t em e t h o d 重力式墩1 o 桥 形单柱墩 1 0 双柱墩 1 o 墩 式 多柱墩 1 0 结 其它 1 o 天然浅基础1 0 种 柔性基础 2 0 基 单排桩基础 2 0 双排桩基础1 0 类 多排桩基础 1 o 沉井基础1 0 构 材 钢筋混凝土 1 0 料 混凝土1 0 础 圬工砌体 1 0 承高桩承台 1 o 厶 低桩承台1 0口 地 71 0 地震 震 烈度 8 1 0 动91 0 71 o 设防81 0 烈度91 o 抗 未设防 1 o 震 抗震7 8 规范以前4 o 设 设计7 8 规范2 o 防 规范8 9 规范1 0 防止落有 1 0 梁措施无2 0 大连市公路桥梁抗震安全评估 2 3 桥梁抗震安全性评价辅助决策系统应用 课题组开发的桥梁抗震安全性评价辅助决策系统如图2 1 所示： 注：a ：朱美珍方法；b - 久保庆三郎方法；c ：i g b u c k l e 方法；d ：日本土木工 程学会方法 图2 1桥梁抗震安全性评价辅助决策系统 f i g 2 1b r i d g es e i s m i cv u l n e r a b i l i t ya s s e s s m e n ts y s t e m 该系统基础数据库含桥梁编号、桥梁名称、路线号、路线名、所在地、路等级、桥 梁类别、设计荷载、当前荷载、桥梁总长、桥跨组合、最大跨径、桥宽组合、桥面净高、 人机交互界面oh系统v 大连市公路桥梁抗震安全评估 桥梁高度、建桥年代等1 6 组数据。主要用途是： ( 1 ) 编写震害评价报告；( 2 ) 为地 震灾害损失评估、震后决策分析和积累震害经验服务。安全性评价数据库主要包括各个 桥梁抗震安全性评价需考虑的1 8 个因素情况。 桥梁抗震安全性评价流程如图2 2 所示： 图2 2 桥梁抗震安全性评价流程 f i g 2 2b r i d g es e i s m i cv u l n e r a b i l i t ya s s e s s m e n tf l o w 2 4 大连市公路桥梁抗震安全评估 第3 章大连市公路桥梁抗震安全评价 3 1 大连市公路交通发展简介 按照大连市公路交通发展规划“四网一环 的发展思路，十一五期间，大连市公路 建设以高速公路、滨海公路为重点，经济干线为主线，区域干线为辅助，农村公路网为 补充。截至2 0 0 8 年底，大连市公路总里程1 0 5 9 9 公里，其中，高速公路3 4 7 公里( 不 含在建) ，一级公路4 9 4 公里，二级公路1 9 1 4 公里，三级公路2 7 2 2 公里，四级公路5 7 9 公里，等外公路4 5 4 3 公里。公路密度为百平方公里8 7 7 公里。 1 高速公路网。东北亚重要国际航运中心公路快速集疏运体系主骨架，四通八达 的快速公路主通道。大连市现已建成沈大高速公路、丹大高速公路、土羊高速公路、丹 大高速公路延长线、大窑湾疏港高速公路和沈大与丹大高速公路连接线，长兴岛疏港高 速公路正在建设中，高速公路通车里程达到4 2 0 公里。 2 经济干线网。连接高速公路，贯通各区、市和主要产业园区的干线网络。它包括 线路8 条，总里程8 4 7 公里，全部为一级路，包括国道黑大公路和鹤大公路，省道盖亮 公路、城八公路、张庄公路、兴唐公路、海皮公路和金七公路。 3 区域连通网。不同区域与经济干线网、高速公路网相互连接的公路支线通道，发 挥公路网的辐射功能。它包括线路2 8 条，总里程9 4 2 公里，其中一级路4 0 5 公里，二 级路5 3 7 公里， 4 农村公路网。通达乡( 镇) 、村、屯的公路分支，全面提高公路网的密度和深度， 至2 0 0 8 年底，全市共完成村通油路工程3 0 7 8 9 公罩，解决了5 3 6 个行政村通油路，全 市乡级以上公路全部实现黑色化，桥涵配套率达1 0 0 ，所有行政村通油路。2 0 0 7 - - 2 0 0 8 年，根据广大农村的迫切需要，新建农村公路7 7 1 公里，使一些自然屯与行政村之间、 大的自然村屯等通上了油路。 5 环滨海公路。辽宁省实施“五点一线”沿海发展战略的重要举措，大连市规划滨 海公路8 5 6 公里，占全省总量的5 9 ，目前，已全部开工将子2 0 0 9 年全线贯通。建成后， 对沿海旅游资源开发、海产业带开发、沿海土地资源丌发，拉动经济发展具有重要意义。 导苫日；02“si0hn等 匿酱审卿恒忙罩；k i c 匝 担嘉悄皑鬟蜂蜜和悟毒fk 鲁苫hg岳置sio篇兽“ 据审鞋摧垂匿搿巾奄蜊忙毒k n n 匝 藩州砸摧蝠群蜂酱审怛划k 火连市公路桥梁抗震安全评估 3 2 桥梁抗震安全评估样本桥梁的选择 国省干线公路是大连市区域公路网的主骨架，国省干线共计1 5 8 4 公里，占我市公 路总里程的2 4 6 ，连接高速公路，贯通各区、市和主要产业园区。大连市的公路交通 量也主要集中在国省和地区干线公路上，国省和地区干线公路所承担的交通量占全部公 路交通量的5 0 以上。 本次研究主要选取大连市国道中部分大桥作为样本，大连市共有国道3 条，分别 为黑大公路、鹤大公路和庄林公路，共有桥梁2 4 2 座，其中大桥2 1 座。国道黑大公路 ( g 2 0 2 ) 大连市境内里程1 9 4 公里，贯穿瓦房店、普兰店、金州、甘井子、旅顺5 个市、 区，是大连连接东北以及京津地区的黄金通道，被评为国家级文明样板路。国道鹤大公 路( g 2 0 1 ) 大连市境内里程2 3 7 公里，横穿庄河、普兰店、金州、甘井子、旅顺5 个市、 区和大连市主城区，是大连连接东北的又一条重要通道，鹤大线的终点位于大连市旅顺 口区。鹤大线大连管段途经庄河市花园口工业园区、普兰店海湾工业区、大连软件园、 大连理工大学、东北财经大学、大