第十一章桥梁抗震加固

1、第十一章 桥梁抗震及抗震加固 强烈地震时，公路桥梁往往遭到严重的破坏。不但直接影响交通，而且经常引起次生灾害(由于地震而引起的水、火等灾害)，加剧地震危害的严重性，修建在人口稠密地区和重要交通干线上的桥梁更是如此。为了减轻地震造成的损失，要求地震区的桥梁在抗震、防震方面贯彻预防为主的方针。因此，对现有的桥梁要做好抗震加固工作；对新建的桥梁要从设计上采取措施，并应进行抗震强度和稳定性的验算，以适应抗震的要求。第一节 地震震级与烈度 地壳内部发生地震的地方称为“震源”。由震源到地表的垂直投影称为“震中”。震源至震中的垂直距离称为“震源深度”。通常把震源深度在60km以内的地震称为“浅源地震”，60

2、300km的称为“中源地震”，300700km的称为“深源地震”。至目前止，观测到的最深地震是720km。全世界95以上的地震是浅源地震，震源深度集中在520km左右。中源地震较少，而深源地震为数极少。 一般讲，对同样大小的地震，当震源较浅时，波及范围较小而破坏程度较大；当震源深度较大时，波及范围较大，而破坏程度相对较小。多数破坏性地震发生于比较浅的地方，深度大于100km的地震在地面上不致引起灾害。此外，也应看到有的地方“震级”虽小，若深度很浅，则也会引起灾害，但在此情况下受灾面积较。 地震“震级”(以M表示)是表示地震本身强度大小的物理量，其数值是根据地震仪记录的地震波图来确定的，它与震源

3、释放能量的大小有关，震级M与地震释放能虽E(单位为尔格)之间的关系是； 1gE11.81.5M 一级地震的能量相当于21013尔格， 震级每增加一级，能量增大30倍左右。七级的破坏性地震就相当于近30个两万吨梯恩梯(TNT)的原子弹所具有的能量。 地震可以按震级的大小划分，如表121所示。地震按震级分类名称震级（M）名称震级（M）大地震M7微小地震3M1中地震7M5极微小地震1M小地震5M3 一般说，7级以上的浅源地震，可以引起大的灾害；7级以下至6级的地震，可以造成一定的灾害，但影响面积较小；小于5级的地震，都不会造成灾害。 一般小于2级的地震，人们感觉不到，通称“微震”；24级的地震即为人

4、们所感觉，即所谓“有感地震”；5级以上将引起不同程度的破坏，又统称为“破坏性地震”；7级以上的地震亦被称为“强烈地震”。 如上所述，地震烈度表示地震后受震区地面影响和破坏的强烈程度，评定烈度的标准称为烈度表。其内容包括对客观现象的描述，如人的感觉、器物反映、建筑物的破坏和地表现象等。 地震烈度的划分。在当前国际上普遍来用的是划分为12度的烈度表，除我国外还有美国等国家，但也有的国家采用10度和8度的烈度表(如日本采用07度的8度制，欧洲某些国家采用10度制)。中国新的12应烈度划分如表122所示。 烈度表说明： 为了使各度间对比明确，论述简单，便子使用，除去在数量上作了大致划分(大多数，许多，

5、少数)外，对房屋类型和建筑物的破坏程度也作了如下区分：房屋类型I类： 1简陋的棚舍 2土坯或毛石等砌筑的拱窑； 3夯土墙或土坯、碎砖、毛石、卵石等砌墙，用树枝、草泥做顶，施工极糙的房屋。II类：1夯土墙或用低级灰浆砌筑的土坯、碎砖、毛石、卵石等墙，不用木柱的或虽有细小木柱但无正规木架的房屋。III类：1有木架的房屋(宫殿，庙宇，城楼，钟楼，鼓楼和质量较好的民房)； 2竹笆或灰板条外墙，有木架的房屋 3新式砖石房屋。建筑物的破坏程度 轻微损坏粉刷的灰粉散落。抹灰层上有小裂缝或小块别落。偶有砖、瓦、土坯或灰浆碎块等坠落。不稳固的饰物滑动或损伤。 损坏抹灰层上有裂缝，泥块脱落。砌体上有小裂缝。不同的

6、砌体之间产生裂缝。个别砌体局部崩塌。木架偶有轻微拔榫。砌体的突出部分和民房烟囱的顶部扭转或损伤。 破坏抹灰层大片崩落。砌体裂开大缝或破裂，并有个别部分倒塌。木架拔掉，柱脚移动，部分屋顶破坏，民房烟囱倒下。 倾倒建筑物的全部或相当大部分的墙壁、楼板和屋顶倒塌。有时屋顶移动。砌体严重变形或倒塌。木架显著倾斜，构件折断。第二节 抗震设防标准一、设防要求 要求桥梁在遭到强烈地层时完整无损，势必大大增加工程建设本身的抗震投资，且在技术上也有困难，作为破坏性的震害并非经常发生。因此，应当容许桥梁在遭到相当于设计烈度的地震影响时；有一定程度的损坏。亦即使震害影响得到减轻(符合设防标准)具体要求是， (一)对

7、于修建在一般地段的桥梁 所谓“一般地段”是相对于抗震危险的地段、软弱性土层和可液化土层而言。 大量的震害调查表明，一般地段的桥梁的震害往往较轻，有可能以不多的抗震投资达到避免或减轻震害的目的。因此，对修边于一般地段的桥梁，提出了较高的设防要求，即“基本不坏，不需整修，或略有损坏，但经过一般整修后即可按原设计标准继续使用。” (二)对于修建在抗震危险地段、软弱粘性土层或可液化土层上的桥梁 所谓“抗震危险地段”是指地震断层及其邻近地段和地震时可能发生大规模滑坡、崩塌等震害的不良地质地段。这些地段在强烈地震时，将会发生大规模的地表错动、滑坡、崩塌等严重震害。软弱粘性土层和可液化土层在强烈地震时承载力

8、会大幅度降低并引起河岸滑移，对桥梁的危害严重。 在上述地段的桥梁，目前还缺乏行之有效的抗震措施，或者虽有了一定的技术措施，但由于投资、设备等条件限制也难于普遍采用。因此，对修建于这些地段的桥梁的设防要求应有所降低，即仅要求其震害程度不超过“略有损坏，经过一般整修或短期抢修即可维持通车”的限度。二、设计烈度 (一)设计烈度的确定 为了对桥梁设施进行有充分依据的抗震设计，必须先了解该桥所在地区的地震烈度(地震时地面各处受到的影响和破坏的程度)。某一地区在今后一定时期内(一般以一百年为限)可能普遍遭遇到的最大地震烈度，称为基本烈度(亦称地层地区烈度)。桥梁在抗震设计时实际采用的地震烈度称为设计烈度。

9、一般来说，设计烈度采用桥梁所在地区的基本烈度，亦即一切抗震强度的验算与构造措施的采取都以基本烈度为基础，并根据建筑物的重要性按抗震规范作适当调整，调整后的烈度称为设计烈度。例如在政治、经济、国防上有特殊要求的桥梁或技术特别复杂、修复特别团难的桥梁，其设计烈度可考虑比基本烈度提高(通常提高一度)，但应按规定的批准权限报请批准。因为设计烈度提高后造价增加并给设计带来一定的困难。 对于公路桥梁，设计烈度的采用应根据工程的重要性和修复的难易程度，在基本烈度的基础上按下列情况分别确定。 1对于干线上的特别重要的桥梁，按国家的批准权限报请批准后，其设计烈度可比基本烈度提高一度采用。 2对于二级公路的桥梁和

10、三级公路的抗震重点桥梁，其设计烈度应按基本烈度采用。 3对于三级公路的一般桥梁和四级公路的抗震重点桥梁其设计烈度可比基本烈度降低一度采用，但基本烈度为7度时不再降低。 4对于四级公路的一般桥梁，可不设防或采取简易的抗震措施。对于临时公路工程可不设防。 5对于政治、经济或国防上具有重要意义的三、四级公路的桥梁，共设计烈度的确定，可按二、三级公路桥梁的标准执行。 6对于立体交叉的跨线桥，其设计烈度尚应不低于下线工程所采用的设计烈度。 7对岩石地基上的桥梁设计烈度，可比基本烈度降低一度采用。对岸坡滑移和可液化地基上的桥梁设计烈度，可在基本烈度提高后按刚性地基考虑。上述“抗震重点桥梁”系指大桥和破坏后

11、修复困难的中、小桥；“一般桥梁”则指非重点的中、小桥。(二)抗震设防的起点 调查表明，经受过7度地震的桥梁，其中大多数基本完好或仅有轻微损坏。所以，在一般条件下，桥梁能够经受住7度地震的影响。因而可以把以设计烈度表示的抗震设防起点定为8度，亦即对一般工程，当其所在地区的基本烈度为8度时，均应考虑抗震设防；但对下列工程，其抗震设防起点须为7度。 1修建于地震时可能发生大规模滑坡、崩塌地段的桥梁。 2修建于软弱粘性土层、饱和砂层等可液化土层上的桥梁。 3连续梁、T型刚构、大跨悬臂梁桥。三、可液化土的鉴定 桥梁墩台的抗震能力与地基好坏直接有关，对于软弱粘性上和可液化砂土地基，地震时往往会出现严重震害

12、。因此，对可液化土的鉴定(或者说对抗液化能力的分析)以判断地基在地震中能否液化，对桥梁抗震具有重要意义。 关于地基是否会液化的分桥，各国都有不同的研究，我国自唐山地震后，亦有九个单位联合进行一些工作，认为从地质角度考虑，则地质年代愈老愈不易发生液化，从勘察手段方面考虑，则以标准贯人击数N63.5的修正值作为判断的基础，并列入工业与民用建筑抗震设计规范(TJ1178)中，其公式如下； 液化的产生，除了土层必须饱和外，还与砂土的粒径组合、密实程度、土层上面的压载大小、排水条件以及地震历时长短等因素有关。因此，对于饱和砂土和饱和粘砂土是否会发生液化，除上式外还有一些不同的判断方法。 我国水工建筑物抗

13、震设计规范(SDJ1078)认为，可根据砂土的相对密度Dr来判断饱和砂的液化可能性：即当设计烈度为7度，Dr0.7；设计烈度为8度，Dr0.75以及设计烈度为9度，Dr0.8时，不可能发生液化。 我国铁路工程抗震设计规范(1977年)认为，塑性指数Ip7，液性指数IL0.7的饱和粘砂土(通常认为Ip3时称为非粘性土或砂土，I p3时为少粘性土或粘砂土)在地震时可能发生液化。水工建筑物抗震设计规范(SDJ1078)认为饱和粘砂。当其饱和含水量s(0.91.0)L时(L为液限含水量)或IL0.751.0，地震时可能发生液化。 饱和砂土和饱和粘砂土可能液化时，一般认为这些土层的竖向承载力和水平承载力

14、均接近于零，这是因为地震区液化层内土的竖向承载力和侧向摩擦力会大大降低。降低的程度不仅与地震烈度有关，还和该土层的具体情况有关，为安全计一般认为零。实际上，很少碰到从地面或一般冲刷线起某一较大深度内整个深度均为可液化层的情况，而往往是可液化土层与非液化土层交替形成的土层，甚至其中可液化的平面范围不很大，对比较为复杂的情况，必须根据桥的大小、高矮、型式、重要性、修复难易程度、土层情况、地震烈度等具体情况作且体分析确定。第三节 地震对桥梁的危害 一、地震波及其传播 地震时，从震源发出的地震波在地壳弹性体中扩散，形成纵波和横波两个方向的传播力。纵波往地面扩散时，质点的振动方向与地震波前进的方向一致，

15、可产生竖直振动(上下颤动)。横波的质点振动方向与地震波的前进方向垂直，可产生水平振动(左右摇晃)。两波相比，纵波的传播速度为横波的1.8倍，因此纵波先于横波到达。纵波的振动周期短(约为00.5s)、振幅小、传播的距离近。纵波的影响范围为80110km，横波为160km以上。所以地震时，在震中附近人们会感到同时产生上下颤动(竖直振动)和左右摇晃(水平振动)；在震中段远处，竖直振动较小，先感觉有微弱上下颤动，然后才感觉左右摇晃。一般当横波到达时，地面运动最为剧烈。因此，许多国家在抗震设计中，除一些特种工程外，只考虑横波的影响。亦即水平振动的影响。二、地震对桥梁的危害 由于地震波传播到地基，使桥基受

16、到因地震而引起的水平和竖直振动，这种振动必将导致桥梁本身也产生水平和竖直振动，从而产生了水平和竖直惯性荷载(或称地震荷载)，使桥梁各部受力和变形。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为大。竖直惯性荷载只对某些不对称的或双悬、单悬臂结构的桥梁产生较大的地震应力，因此在公路工程抗震设计规范中规定对框架桥、大跨径悬臂梁桥、T型刚构等桥型才计入竖向地震荷载的影响。 在砂性土和软粘土地区，地震将使土的剪力大幅度降低，从而降低了土的承载能力，使墩台下沉和倾斜特别是砂性土地区地下水极易从桩周夹带细砂从底层冒出地面，导

17、致墩台大幅度下沉。构造地裂缝使桥台产生水平、竖宜、倾斜变形。这些变形均愿大幅度的变形，例如墩台变形有时可达210cm，这种变形将导致桥梁产生严重破坏。 由于砂土液化地基失效和岸坡滑移，亦将导致桥梁大幅度破坏乃至倒塌。 岸坡在地震力作用下出现滑移，滑移土体对桥墩、桥台都产生了动土压力(台背在地震中产生的土压力，称为动土压力)这种移动动土压力不仅在台背地面以上的土体中存在，而且在台背地面以下的土体中也存在，不是突变临空面的桥墩土体也会出现这种移动动土压力，并将沿着岸坡滑移方向移动。对出现岸坡滑移的桥梁，其震害往往较重，而且震害主要是由这种移动动土压力所造成。因此，对出现岸坡滑移的桥梁，移动动土压力

18、是造成桥梁震害的主要原因。 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。对桥梁而言，若强烈地震时桥梁震毁而中断交通，则将影响抗震救灾工作的进行。同时桥梁落梁往往还会打断墩身、出现全桥被震毁的严重震害。第四节 桥梁震害基本规律 大量调查资料表明，无论是梁式桥或拱桥，震害都有它的规律性，这些规律表明了震害与烈度高低和地基地质的关系，以及顺桥向和横桥向震害的区别。 (一)高烈度震害比低烈度震害严重 惯性荷载、岸坡滑移产生的移动动土压力、地基失效产生的墩台变位、土的动土压力都是随烈度的增加而增加的。因此，烈度高则震害严重，烈度

19、低则震害较轻。一般地说，在稳定地基上烈度为8度时，才使桥梁产生震害，但岸坡滑移和地基失效的桥梁，烈度为7度(有时6度)时就使桥梁产生震害。 根据唐山、丰南地震中单排桩梁式桥的震害调查统计表明当列度为7度时，有37.5桥梁受到中等程度的破坏，6.3受到严重破坏。当烈度8度时，中等破坏程度达50，并产生桥梁严重破坏和塌桥震害。烈度在9度及9区以上时；桥梁倒塌和严重破坏的达到100，可见桥梁震害与烈度高低的关系甚为密切。实际事例表明了“烈度高、震害重，烈度低、层害较轻”这一总的基本规律。 (二)岸坡滑移和地基失效的桥梁比稳定地基上的桥梁震害严重 亦即在三类场地土上的桥梁要比在一、二类场地土上的桥梁受

20、到的震害严重。 建桥场地处较广范围的地面以下1020m深度内的土层称为场地土。它的好坏对地震时桥梁产生的反应具有重要影响。 一般说来，一类土抗震性较强地震时其上的建筑物即使出现震害也较轻，三类土在强震的作用下物理力学性质能发生根本变化而导致地基失效；故震害一般较严重。 岸坡滑移对墩台将产生根大的水平土压力，使桥梁产生严重破坏，地基失效产生大幅度的变位，导致桥梁产生严重震害。有岸坡滑移的桥梁，当烈度7度时就会倒塌，而在稳定的地基土上的桥梁，则往往要在9度或9度以上时才倒塌。 (三)顺桥向震害比横桥向震害严重 在大量调查的桥梁震害实例中，所有梁桥和拱桥的倒塌或严重破坏都出现在顺桥的方向，而横桥方向

21、仅出现中等程度的破坏，极个别桥梁发生边梁落梁现象。主要原因是： 1墩台在顺桥向的刚度远比横桥向为小，亦即墩台顺桥向的抗弯能力远比横桥向为小。 2墩台在顺桥向的搭接长度远比墩台横桥向的富余宽度为小，从而容易在顺桥向造成落梁。 3各梁各墩在顺桥向为串连结构，而横桥向为并连结构，从而使地震荷载和相对位移在顺桥向出现较大的传递和不均匀分配。第五节 梁式桥的震害一、刚性地基上梁式桥的震害 凡是在地震中基础不出现位移、倾斜、岸坡不出现滑移的地基，称为刚性地基。一般说，一、二类场地土在地震中多可属刚性地基。这种地基在地震过程中可近似地视为绝对刚性，即任意两点之间在地震过程中将不出现大幅度的相对位移。将地基分

22、为刚性地基和失稳地基是因为在这两种地基中桥梁的动力图式和基本受力有着本质的不同，而且形成明显的两种类型的震害，在刚性地基上桥梁只受到桥梁结构本身自重产生的惯性荷载和台背动土压力两种作用力的影响。 刚性地基上桥梁受力的图式如图121所示。图中地面以下的墩台和桩基为弹性固结，E、E为台背地面以上土体产生的动土压力P1P11为桥梁各部结构质量产生的水平惯性荷载， 当桥的总长小于半个地震波长且梁墩间的连接未遭破坏时，全桥将在地震时整体振动，因而顺桥向的地震荷载P1P7在同一时刻方向相同。又P1P7将随烈度的增加而加大。桥梁横向水平地震荷载P8P11在同一时刻也具有相同方向。根据这些基本的受力性质，可以

23、看出桥梁在顺桥向和横桥向所产生的震害。 (一)顺桥向的震害 1活动支座的失稳、倾倒、脱落 活动支座是梁式桥抗震中一个最薄弱的环节，调查表明当烈度7度时，摆柱式支座、滚动支座普遍出现失稳、倾倒、脱落现象，几乎无一例外。 由于活动支座本身就是一个机动结构，加上桥梁在地震作用下将产生较大的水平地震荷载和大幅度的水平相对位移，对柔性墩墩身还将产生较大的转角。因此，活动支座失稳的原因并不仅仅是强度不足，顺桥向位移过大和墩身顺桥向与横桥向的变形过大也会引起失稳。事实上活动支座的破坏及桥梁的危险震害、落梁等部是出于位移和变形过大而产生的。所以对结构在地震中的位移和变形必须予以特别重视。 2固定支座的破坏 固

24、定支座在地震中出现的震害有两种情况，一是顺桥向的纯剪切破坏，二是横桥向的弯扭破坏。实际震害表明：当烈度大于或等于8度时，固定支座才出现破坏，顺桥向的破坏性质为纯剪切所致。对一端固定一端活动的梁式结构，当远小于时(A为相对位移，5为梁端伸缩缝宽)，各墩顶的剪力大小与梁的自重、烈度成正比。当时，与高墩相邻的底墩或桥台上的固定支座将首先破坏或破坏严重，因为它除了受到来自它本身的水平地震荷载外，还将受到邻孔梁的冲击力。对墩顶铰接的梁式结构，抗推刚度大的墩顶受到的剪力也大，因而它将首先破坏(当支座系按等强度设计时)。 3梁墩的相对位移将引起固定支座销钉剪断，摆柱式支座t倾斜甚至倾倒，桥台胸墙及梁端撞裂，

25、每孔缩短或延长成不规律的交替变化等震害。上述情况一般在烈度大于或等于8度时才会出现。 当墩身首先破坏时，对一端固定一端活动的梁桥，除台上的固定支座将被剪断出现相对位移外，其墩上的固定支座完好而不出现相对位移，仅在活动支座端出现相对位移，因而其相对位移曲线在全桥为锯齿状。对两端均为平板滑动支座，油毡支座的桥梁，除两台上的支座出现相对位移外，其余墩顶上的支座将不出现相对位移。 当墩身强度较大，在地震中不被破坏时，则不论是活动支座或固定支座均可能被剪断而出现相对位移，因而其位移曲线在全桥呈同方向，只有在桥梁总长大于半个地震波长的情况下才有部分支座呈反方向。 在刚性地基上，梁墩相对位移值不应大于地面在

26、地震中出现的最大位移值。 4胸墙及梁端破坏 烈度等于或大于9度时，当墩身开裂或固定支座被剪断后，则梁将撞击胸墙或梁端出现互相撞击。对于高度较大的胸墙，如果梁端的冲击力作用在胸墙的较高部位时，则胸墙将出现弯剪破坏，当作用力的作用点较低、且胸墙刚度较大时，将出现剪断破坏。 梁端与梁端或梁端与胸墙撞击时的作力点，省时在梁高的下部，有时在梁高的中部，但也有可能撞击梁高的上部而将桥面系撞碎。 胸墙在正常使用情况下，由于多为竖向荷载，受力不大，故一般按构造决定尺寸，截面尺寸和强度都较小，不足以承受地震时产生的水下荷载。同时，由于胸墙并非主要承重结构，故常被忽视。在地震中胸墙却成了要害部位，因受力很大使许多

27、胸墙被剪断。特别在岸坡滑移时，几乎所有桥梁的胸墙均被剪断，在高烈度区刚性地基上的桥梁几乎有一半桥梁的胸墙被剪断。 胸墙对防止梁端的过大位移和短桥的落梁起关键作用。在刚性地基上，当全桥上部结构伸缩缝的总长度小于梁墩的搭接长度时，如能保证胸墙在地震中的刚度和强度，则落梁是不可能发生的。为此，在地震区的桥梁，对胸墙应予以高度重视。 5墩身破坏 由于墩身断折会造成落梁震害，因此墩身应有足够的强度以抵抗地震力的破坏。调查表明，当烈度等于或大于9度时会出现墩身裂缝和断折。墩身在顺桥向的破坏主要是由弯应力引起的，因此系属弯曲破坏性质。 墩身破坏大都发生在墩身抗震能力薄弱之处。如：1)地面附近；(2)承台顶部

28、；(3)截面突变处；4)盖梁与墩柱联结处，(5)对混凝土桥墩则在混凝土的工作缝处。 对全桥而言，由于跨径突变墩高突变、结构形式突变、抗推刚度突变，使墩台受到的地震水平推力最大而拧先开裂或产生较严重的破坏。为此，当设计新桥时应尽可能地减小这种突变，使每一单墩单梁的自振频率尽可能地接近，以协调全桥各墩的振动，从而减小地震力在各墩的不均匀分布。 6落梁 一般情况下，在刚性地基上当烈度在9度或大于9度时会出现落。落梁是桥梁震害中的危险震害，它使交通中断且难于在短附期内修复通车。落梁主要是由于梁墩相对位移过大而造成的；落梁时可能打断桥墩，使下部构造破损甚至引起全桥倒塌；墩台在地震作用下也可能首先被破坏、

29、折断而引起落梁。 此外，在地震作用下台背主动土压力和梁与胸墙的撞击力，可能使强度不够的台身遭到破坏，从而造成落梁。 (二)横桥间的震害 桥梁在地震中横桥向的震害远较顺桥向的震害为轻。在横桥内的震害中，除出现支座横移、扭转，梁墩相对横移以及墩身弯曲、扭转裂缝；边梁倾覆失稳等震害外，尚未有过上部结构整孔横向落梁和墩身横桥向折断等危险震害。横桥向震害是桥梁在地震中出现横桥向的振动，从而产生横向水平地震荷载所引起的，简述如下。1支座横移和扭转 当地震荷载在桥梁上部结构中产生的横向水平力大于支座的摩阻力(平板或油毡支座)或支座的抗剪强度时，梁将相对墩台出现相对横向位移并剪断支座，支座产生横向位移。如果梁

30、两端的支座型式相同，则梁的两端支座会出现大致相等的横向位移，即梁的平移(因为支座型式相同，共边界条件相似)。 2梁墩相对位移 当烈度为8度及8度以上时，梁墩即开始出现横移。最大横移值与烈度大小、支座形式和产生的部位有关，如烈度为8度时，在五座桥梁调查中最大横移位为1560cm，其中以摆柱式支座端横移最大，而墩顶两侧均为滚动支座时居于中档(横移35cm)，在桥台顶部横移且最小(15cm)。烈度为9度时在四座桥梁中对两座进行了震后调查，在全桥全长中部最大横移值各为15及30cm；而另两座中一边摆柱式支座端横移量为40cm，一座在桥梁全长中部摆格式支座端最大位移量为96cm。 由于梁墩的相对位移，出

31、现上部横移后形成多波横移曲线，使桥面弯弯曲；有的上部结构边梁已移至盖梁边缘，并将盖梁压碎；也有的由于部分梁的横移，使梁与梁之间产生横向错动的情况。3墩身弯曲和扭转裂缝 当烈度为8度及8度以上时，墩身在横向水平地震荷载作用下会出现不同程度的裂缝和破，这些裂缝和破坏的震害部位主要有以下几种：(1)盖梁与柱顶连接处产生破损。当盖梁的抗弯刚度小于柱的抗弯刚度时，紧接柱身连接处的盖梁将被破坏。如图125所示，该盖梁的EI远小于柱的EI值，所以地震后柱顶完好，而与拄项连接的盖梁两端遭到弯曲破坏。当柱的EI值小于盖梁的EI值时，震后盖梁完好，而柱顶遭到剪切破坏，钢筋弯曲变形，如图126所示。 (2)柱与系梁

32、连接处产生破损。当柱为等截面且柱的刚度大于系梁的刚度时，震后在系梁与柱连接处产生弯裂或严重的弯曲破损。如图127所示。当柱为变截面时，则在变曲面处产生弯曲裂缝或破损。(3)承台顶面的裂缝和破损。柱与承台连接处是地震中的薄弱环节之一，见图129及凶1210所示。 4边梁的落梁 当烈度为9度及9度以上时，个别桥梁上部结构的边梁有可能出现落梁。二、非刚性地基上梁式桥的震害 非刚性地基是指地震中地表以下土层出现液化和岸坡出现滑动的地基，或者墩台出现位移、沉降的基地。这类地基上的桥梁除受到结构本身产生的地震荷载和台背的动土压力外，还受到岸坡土体产生的移动动土压力和基础变位的影响。因此在相同烈度情况下，非

33、刚性地基上桥梁震害比在刚性地基上的层害为重，一般在7度或6度时也会出现严重震害或落梁。 在非刚性地基上的桥梁震害，可概分为两类，即由于岸按滑移造成的震害和由于地基液化而产生的震害。 (一)由于岸坡滑移造成的桥梁震害 1岸坡裂缝 在地震荷载作用下，当土体自重在滑移面产生的剪力大于上体的抗典力和摩阻力时，土体即开始向的心滑动，出现地裂缝并依次形成多道地裂缝，其宽可达1m以上。岸坡裂缝一般在烈度为7度时开始出现。在裂缝范围内的桥梁跨径将大幅度伸长，而主河床内的桥梁跨径则大幅度缩短。 2活动支座的失稳、倾斜、脱落 征烈度为7度时即将出现这些震害，且主要是由于岸坡沿移时对墩台产生的移动动土压力造成的。其

34、震害情况和类型则与刚性地基上桥梁相同。 3梁墩的相对位移 当烈度为7度时，有岸坡滑移上的桥梁将普遍出现大幅度的梁墩相对比移，认出现部位一股均在岸坡突变的墩、台上，并以岸坡突变处的桥台居多，其相对最大位移值并无一定的规律性，烈度大小对其影响也不明显。从调查资料看，当烈度为7度9度时，最大相对位移值为70220cm，烈度为10度时除个别最大核对位移达492cm外，一般在115210 cm之间，故主要仍视岸坡滑移幅度、移动动土压力大小以及墩、台刚度及墩梁间抗剪能力等因素而定。 4胸墙、台身和墩帽的剪切破坏 当烈度为7度及7度以上时，对岸边滑移的桥梁，如桥台居于岸坡突变处时，几乎所有的胸墙或台身均被剪

35、断。但当桥台远离岸坡突变处时则完好无损。 前者由于岸坡滑移深度在岸坡突变处为最大，其台背受到岸坡滑移时所产生的移动动土压力也最大，从而迫使桥台向河心位移，同时胸墙受到梁的阻止，导致胸墙或台身项部被剪断。当胸墙被剪断后，台身将随岸坡向河心滑动，直至降坡沂移终止为止。因此桥台向河心滑移如上所述最大位移恢可达492cm以上，这与刚性地基的墩台相对位移580cm比较，大了614倍之多。 5墩身倾斜、开裂和折断 当裂度为7度及7度以上时，墩台会倾斜、开裂和折断。在岸坡沿移时，墩台位移并向河心倾斜，移动动土压力继续增加，将使墩身或桩身在稳定层顶面附近弯裂和折断。 6桥梁总长的缩短 在烈度为7度和7度以上时

36、，岸坡滑移将使桥梁总长(台顶中心至台顶中心)出现大幅度的缩短。14座岸坡滑移的桥梁的调查资料表明，在主河床范围内桥氏的缩短值在0.579.1m之间，共缩短率为0.718.2；烈度在711度时，大多数桥长的缩短值基本上与烈度成正比，亦即烈度愈大缩短率也愈大。桥长的大幅度缩短，必然对桥梁造成严重震害。所以，有岸坡滑移的桥梁震害要比无岸坡滑移的桥梁震害严重得多。 7落梁 当烈度为7度和7度以上时开始出现落梁现象。由于岸坡滑移引起的落梁远比刚性地基为多，以唐山震害为例，在刚性地基上落梁的桥只有两座，其烈度均为9度。内岸坡滑移引起落梁的桥竞达14座之多，其最小烈度为7度。这充分说明了由岸坡滑移引起的落梁

37、数要比内结构本身产生的惯性荷载引起的落梁放大7倍，其落梁时的最小烈度要低2度。 (二) 地基液化造成的桥梁震害 一般认为，饱和的松散粉细砂土和粘粒(粒径小于0.005mm)含量小于1520的饱和粘砂土(在强烈地震时还包括饱和的松散中砂)，友地震作用下，其颗粒骨架结构趋于挤密，从而使土中孔隙水压突然增大，以致土粒间的抗剪强度降低，土的结构遭到破坏，土层出现流动现象，即所谓砂土的液化。通常，地震时表土被震裂，其下承受高压的饱和砂土随着压力水喷出地面，这就说明该处地表下的砂土发生了液化。由于地基液化失效引起墩台下沉(包括墩台产生竖直方向的变形和位移)。同时由于地基液化，也容易导致岸坡滑移，(当然岸坡

38、滑动并不仅限于液化地基才出现，而液化地基也并非必然出现岸坡滑动，还受其它因素的影响，如地基土质情况、临空面高度和岸坡坡度、烈度大小以及岸坡的土层构造等，即有无向河心的软弱层或软弱面)加重桥梁震害。 1桥台和台后路基下沉 出现地基液化或岸坡滑移现象后，大部分桥台发生下沉，台后路基也都出现大幅度下沉。其下沉深度不一，有的震后桥台下沉30cm左右，有的个别桥梁的桥台下沉达1m，路基下沉竞达1.70m，有的原为平桥，震后由于台后路基和桥台下沉而变成了曲梁桥。 2桥墩下沉 桥墩的震后下沉量与自重有关，自重大的下沉量大；也与桩长有关，长桩的下沉量小，短桩的下沉达大。当墩的四周出现喷水冒砂现象时，其下沉量相

39、对要大得多。第六节 拱桥的震害一、刚性地基上拱桥的震害 (一)单孔拱桥的震害 公路工程抗震设计规范中规定：凡设计烈度低于9度，基础位于基岩或一般稳定土上的跨径不大于30m的单孔扳拱拱桥，可不进行抗震强度和稳定性验算。这是因为在刚性地基上的单孔板桥，当其承载能力满足设计要求时，具有较高的抗震能力且一般要在9度和大于9度时才开始出现震害。 调查表明；烈度为9度以下的单孔拱桥震后均属完好，9度时仅在拱脚出现微裂或在肋波间出现宽3mm的顺桥向裂缝或轻微损坏且主拱完好，烈度为10度时主拱的震害有拱脚开裂，相对错动开裂、拱脚及拱14有中等程度开裂、端腹孔与立柱产少裂缝及胸墙产生剪切破坏等。 由于在刚性地基

40、上的拱桥只承受惯性荷载和台背的动压力，在地面运动作用下，拱在供平面内的基本振型为反对称的两个波的振动形式，因而拱脚和拱14产生的弯矩最大，所以拱脚与供14是抗震荡弱环节之一；特别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。但总的来讲，在刚性地基上单孔拱桥的塌桥震害尚属罕见，并且由于板拱横桥向刚度远大于顺桥向刚度，因此，即使烈度高达10度时主拱在横桥向也尚未出现重大震害。 (二)连孔拱桥的震害 连拱的抗震能力比单拱为低，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推刚

41、度和连拱跨数有关；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将与单拱相同。当墩的刚度不足以承受恒载的单向推力时，墩愈柔，跨致愈多，则抗震能力愈差，将会出现墩身开裂、折断、落拱等震害。 连拱桥的震害与梁桥震害相同，主要出现于顺桥方向，但横桥向的震害则比梁桥为轻，原因是连拱桥横桥向刚度远大于顺桥向刚度。同时上下部的联结也比梁桥牢固，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，落拱等结构横桥向的震害。 二、非刚性地基上拱桥的震害 非刚性地基上拱桥的震害主要由岸坡滑移和地甚沉降引起。岸坡滑移会使桥台产生大幅

42、度的倾斜并向河心位移，使拱桥产生严重震害。地基沉降包括由于液化引起的承载能力的下降和其它原因产生的沉降，例如基础承载能力不足等原因。 (一)单孔拱桥的震害 1岸坡滑移引起的震害 在烈度为9度肘，由于在两岸岸坡滑移作用下将两桥台顶向河心，可能使整个桥台倾侧，上部结构全部坠毁于河中。同样在烈度为9度时，也可能使两桥台跨径伸长，拱顶下沉，拱脚拱顶出现严重裂缝(某双曲拱桥跨径40m，矢跨比19，两台为组合式桥台，地震后台跨伸长18cm，拱顶下沉396cm)。另一实例是：烈度为7度，路径为70m的双曲拱桥，震后跨径伸长，拱脚拱顶出现严重裂缝。 2基础沉降产生的震害 由于基础产生不均沉降可能导致桥梁结构的

43、破坏乃至整个桥梁倒塌的严重震害。例如烈度为10度，某桥为跨径40m的双曲拱，矢跨比18，石砌U形桥台，扩大基础，震后一台下沉29cm，使上部结构坠落河中。另一跨径为10m的石拱桥，其两个桥台，一为桩基，一为岩基，在烈度为10度的地震发生后桩基台产生不均匀沉降，上游下沉33cm，下游下沉12cm，主拱受扭破坏，14拱处出现斜向贯穿拱顶平面的裂缝。 (二)连孔拱桥的震害 1岸坡滑移引起的震害 三孔路径各为11.5m的石拱桥(重力式桥台，扩大基础)，在烈度为10度的情况下，由于岸坡滑移使两边孔跨径显若缩短。三孔拱顶均出现裂缝，其中两边孔有一孔断裂，一边孔向上连同栏墙一并隆起，受到了严重破坏。另一震例

44、是：在8度烈度区，两孔跨径为18m的双曲拱桥，桥墩为270 cm双柱式，墩高1.5m。该桥两桥台位于岸坡突变处，右岸边坡较陡，震后由于右岸在岸坡滑向河心的位移大于30 cm，导致右岸边孔在拱脚、和14拱处严重开裂破损。 2基础沉降产生的震害 由于地基上的液化，在墩基四周出现喷水冒砂现象。某桥在8度烈度区，为双孔10m的双曲拱桥，由于地基土液化，导致中墩下沉达1.10 m，拱圈被折成四段，此外，由于震后在桥墩横向出现不均匀沉降，而使桥墩产生横向弯裂。例如云南某桥即因桥墩横向中部下沉较多，两侧下沉较少，使主拱下桥墩出现很大的基底应力，从而使该桥墩台出现严重裂缝。第七节 桥梁抗震加固一、桥梁抗震构造

45、要求 为了适应桥梁对抗震的要求，针对震害实例和所出现的各种薄弱环节，加强桥梁构造以提高桥梁抗震能力，显然是具有重要意义的。 有关桥梁抗震的构造要求，列述如下： (一)对简支梁、连续梁、系杆拱等梁式体系，必须设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造，以阻止梁墩间在地震力作用下产生的相对横桥向位移。 对悬臂梁和T型刚构除采取上述措施外，还应采取阻止上部结构与上部结构之间出现横桥向相对位移的构造措施。 (二)对活动支座，均应采取限制其位移、防止其歪斜的措施。 (三)对简支梁应采取措施防止地震中出现落梁： (四)对于桩式墩和柱式墩，桩(柱)与盖梁、承台联接处的配筋不应少于桩或柱身的最大配筋，以加固地震中易于出

46、现震害的薄弱部位之一。 (五)对于砖石混凝土墩台，应考虑提高墩台帽与墩台本身以及墩台本身基础联接处、截面突变处和施工缝处的抗剪强度。 (六)桥台胸墙应予加强。在胸墙与梁的端部之间，宜填充缓冲材料，如沥青、油毛毡、橡胶等。 (七)砖石、混凝土墩台和拱圈的最低砂浆标号应按现行公路桥涵设计规范的要求提高一级采用。 (八)不论为梁式桥、拱桥都应尽量避免在不稳定的河岸修建，一定要在不稳定的河岸上修建大、中桥时，应合理布置桥孔，避免将墩台布设于在地震时可能滑动的岸坡上和岸坡突变处。 (九)大路径拱桥的主拱圈宜采用抗扭刚度较大、整体性较好的断面型式如箱形拱、板拱等。当主拱采用组合式断面时，应加强组合截面间的

47、连接强度，对双曲拱桥应加强肋波间的连接。 (十)大跨径拱桥不宜采用二铰和三铰拱。当小跨径拱桥采用二铰扳拱时，应采取防止落供构造措施，如加长拱座斜面或设置防落牛腿等。 (十一)砖石、混凝土空腹拱的拱上建筑，除靠近墩台的腹拱采用二铰拱外，其余腹拱宜采用连续结构。(十二)拱桥宜尽量减轻拱上建筑的重量。(十三)刚性地基烈度为9度时，或非刚性地基烈度为7度时的单孔及连孔拱桥与端腹孔均应采取防止落拱构造，包括加长拱座斜面、设置防落牛腿以及将主拱钢筋伸入墩台帽内。 (十四)除上述有关抗震构造要求外，应对具有抗震要求的桥梁结构，特别加强施工质最的保证措施。二、桥梁抗震能力评定 对现有桥梁进行抗震评价的目的是为

48、了确定正常使用能力的损失、严重损坏或倒塌可能发生的风险程度。只有对此有了明确的认识，才能对桥梁是否需要进行加固、替换或是接受这种风险程度作出合理的选择。抗震评价按两阶段执行，第一阶段进行总体的筛选和优先级研究，以便确定哪些桥梁处于地震对之有最大的危害；第二阶段根据场地土条件和结构的易损性等因素，对处于地震危害最大的桥梁进行具体结构分析。 在抗震评价时，对于基本烈度小于7度地区的桥梁，可不做抗震评价，当基本烈度为7度及7度以上地区的桥梁必须进行抗震评价。评价按10年一次的频率来进行。桥梁以工程为单位进行抗震评价。 第一阶段评价以地震烈度及桥梁结构的重要性为出发点，将危害性分为危害较大、危害一般、

49、危害较小三个等级进行评价，见表1。 表1 危害程度指标危害较小危害一般危害较大地震烈度789及9以上重要性 地方性一般道路上的桥梁，交通量小，且具有抗震能力较强的绕行道路。跨越障碍小，震后易修复。 二、三级公路桥梁，交通量相对较大，跨截障碍相对较小，震后经短期抢修即可恢复使。 高速公路、一级公路及国道、省道，担负着物资运输的主干道上的桥梁。对政治、经济和国防具有重要意义的一般道路上的桥梁。桥梁跨径大，震后修复困难。 经第一阶段的筛选和优先级研究，对抗震危害小的桥梁可不进行第二阶段的评价，仅作适当构造加固即可，对于抗震危害一般和较大的桥梁结构，必须做第二阶段的评价，第二阶段评价以桥梁结构的易损性

50、为出发点，按表2进行。 表2 抗震能力指标强可弱桥龄小于10年小于20年20年以上场地土 在地震时不液化，岸坡不滑动。 地震时有可能液 化，或地震时液化，但经过人工处理。 地震时液化，且未经过人工处理。上部结构1 斜交角度在20以内。2 设置防震锚栓。3 整体性好。4 截面突变点少，变形谐调，刚度连续。1 斜交角度在2040之间。2 整体性一般。3 截面突变点多，变形性能较差。1 斜交角度40以上。2 未设置构造上的抗震设施。3 整体性差。4 变形后产生较大的次内力。下部结构1 采用减震支座。2 桩式墩高在10米以下，且具有足够的横向联系。3 柱式墩柔度较大时，延性较好。4 墩身能与基础谐调变

51、形。5 桥台高度在7米以下。6 桥台的抗倾、抗滑能力较高。7 桥台的胸墙较厚，与梁端之间有缓冲填充物。1 采用普通板式橡胶支座。2 柱式墩高在10米以上，横向联系弱。3 柱式墩刚度过大，或柔度过大，延性一般。4 墩身与基础变形不能谐调。5 桥台高度较高且刚度较小。6 桥台的抗倾、抗滑能力一般。7 桥台的胸墙较薄，与梁端之间缓冲填充物年久老化。1 采用砼铰，或锈蚀较严重的钢板支座。2 上、下部固接，不设支座的超静定结构。3 柱式高度在15米以上或独柱式墩。4 墩、台身刚度不足，延性差。5 墩、台身配筋率较低，砼老化、开裂，抗剪能力弱。6 桥台的抗倾、抗滑能力差。7 桥台的胸墙较薄，与梁端之间无缓

52、冲填充物。三、桥梁抗震加固的原则 强烈地震时，公路桥梁往往遭受到严重的破坏。不但直接影响交通，而且经常引起次生灾害(由地震而引起的水、火等灾害)，进而加剧地震危害的严重性，修建在人口稠密地区和重要交通干线上的桥梁更是如此。为了减轻地震造成的损失，要求地震区的桥梁在抗震、防震方面以预防为主的方针。因此，对现有的桥梁要做好防震加固工作；对新建的桥梁要以设计上采取措施，并应按现行公路工程抗震设计规范进行抗震强度和稳定性的验算，以适应抗震的要求。 地震基本烈度为7度或7度以上地区的桥梁，应按现行公路工程抗震设计规范(JTJ004)的要求进行验算，采取相应的抗震加固措施。基本烈度小于7度地区的桥梁，除特

53、殊规定外，可采取简易设防。 桥梁的抗震加固应根据桥梁的重要性、烈度的高低，修复的难易程度、地基土的情况分别对待，一般说对重要的、修复困难的、烈度向的、路径大的桥梁应重点对待，全面加固。对于一般性桥梁可作一般性加固。 1加固后的桥梁必须满足桥梁正常营运和正常使用情况下的要求。 2桥梁抗震加固的重点为桥梁的顺桥方向。 3加固处理时桥梁引道要尽量与邻近公路连通，确保震后的交通不致中断。对重点桥梁应作好震后抢修准备，争取震后尽快恢复交通。 4桥梁的抗震加固要以最低的花费取得最佳减灾效果为宜。 5地震区公路桥局部加固的重点是上、下部结构抗震薄弱部位。 6上部结构的薄弱部位，有下列各处： 1)梁式桥：跨中、横梁、支座； 2)拱 桥：拱顶、拱圈1/4跨径处、拱脚及腹拱与立柱联结处； 3)其它型式桥梁：除跨中和支座部位外，还有设计部门提出的抗震薄弱部位。 7下部结构的薄弱部位，有下列各处： 1)墩帽与墩身联结处、盖梁与立柱(排架桩)联结处、承台与基桩联结处； 2)墩、台身或基桩断面突变处； 3)水中墩(桩)干湿交替风化严重的部位； 4)基础局部冲刷严重的部位； 5)钢筋混凝土桥墩混凝土工作缝处。 8地震区桥梁一般有下列震害情况： 1） 在板梁桥中，梁的纵、横向移位、撞击造成梁端损坏、落梁。 2） 在桁梁中桁梁扭曲、位移。 3） 在