唐山地震桥梁震害回顾

1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 22卷1期 2006年3月 世 界 地 震 工 程 WORLD EARTHQUAKE ENGI NEER I NG Vol . 22,No. 1 Mar . , 2006 收稿日期: 2005 - 08 - 26; 修订日期: 2005 - 11 - 15 作者简介:丁剑霆(1966 - ) ,女,山东牟平人,副教授,主要从事土木工程结构方面研究工作. 文章编号: 100726069 (2006) 0120068204 唐山地震

2、桥梁震害回顾 丁剑霆 1 姜淑珍 2 包 峰 3 (1. 黑龙江工程学院,黑龙江 哈尔滨150050; 2.中国地震局工程力学研究所,黑龙江 哈尔滨150080; 3.哈尔滨工业大学固泰公司,黑龙江 哈尔滨150006) 摘要:对唐山桥梁震害加以回顾分析,并参照国内外地震有关桥梁的震害规律,为今后灾区破坏桥梁 的修复和重建工作提供一些参考。 关键词:唐山地震;桥梁震害;桥梁重建 中图分类号: P315文献标识码:A Review of seism ic damage to bridges in Tangshan earthquake D I NG Jian2ting 1 J I ANG Shu

3、2zhen 2 BAO Feng 3 (1. Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China; 2. Institute of EngineeringMechanics, C E A, Harbin 150080, China; 3. GUTA I company , Harbin Institute of Technology, Harbin 150006, China) Abstract:The seismic damage to bridges is reviewed and analysed in Tangshan

4、earthquake, the earthquake experi2 ences of bridges are considered in other strong earthquakes, and some suggestions are presented for repairing and rebuilding the damaged bridges in scis mic disaster areas in the future. Key words:Tangshan earthquake; seis mic damage to bridges; rebuilding the brid

5、ges 1引言 我国是一个多地震的国家,地震频率高,强度大且分布范围广。地震灾害会严重威胁人民生命财产安 全,同时也是制约经济建设和社会发展的重要因素之一。地震可造成三方面的灾害,一是造成人员伤亡和财 产损失,二是对建筑物和桥梁等的破坏,三是对人类赖以生存环境造成的破坏,即地震地质灾害。 1976年7月28日凌晨3时42分(北京时间)唐山市发生7. 8级地震,震中烈度高达11度,震源深度约 11公里,同日18时45分,在距唐山北70公里的滦县又发生7. 1级余震,主震震中位于唐山市中心,大部分 区域陷入极震区。房屋建筑普遍倒塌,环绕唐山的道路、 桥梁以及公用设施受到严重破坏。这次突发性地震 灾

6、害,造成的伤亡非常惨重,有24万余人丧生。原因之一是此次地震为突发性地震,预报困难,人们防备不 及,加之房屋和桥梁建设大多没有设防,因此损失极大。 地震后,由于路基路堤的破坏,使所有铁路、 公路中断,给救援工作带来极大困难。连结北京和沈阳的重 要铁路线严重破坏,在这个区段几乎50%的桥梁,包括几座特大桥梁遭受严重破坏。大部分桥台向河心滑 移使桥跨缩短,梁和桥台受挤压,锚栓剪断,公路桥梁严重破坏,几座大桥由于落梁而毁坏。 唐山地震有两个特点:第一,地震发生在重工业发达的煤炭生产城市,人口稠密,工业集中,各种类型桥 梁受到地震的考验,环绕唐山市的道路、 桥梁以及公用设施破坏严重,以致顷刻之间交通梗

7、阻,讯息中断,供 应断绝。第二,在地面建筑物几乎倒平情况下,开滦煤矿地下结构震害轻微,矿井下万名工人无一人丧生。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 在离震中稍远的退海平原地区,地面喷砂冒水,砂土液化。因而地基土壤的震害及影响表现的比较充分,总 体来说,这两个特点是我国历次地震所罕见的,所以唐山地震提供了许多新的震害经验。 2震害综述及原因 在唐山地震中,桥梁破坏主要有以下几种类型。 (1)桥台的震害 桥台是桥梁两侧岸边的支撑部分,一般是在岸边的原域填土上,用钢筋混

8、凝土修建三角形或矩形的支 台,这是桥梁抵抗地震作用的薄弱部位。因为桥台的路基高且三面临空,振动大,桥台和下面土的刚度不同, 有相互作用,土体本身在地震中会产生液化、 震陷破坏。(图 1) 是桥台受地震的振动或场地砂土液化影响, 填土滑移,滑移土体对桥台产生巨大推力,致使桥台发生破坏。类似桥台破坏的现象很多,如唐山胜利桥的 桥台发生滑移、 沉陷与倾斜后,两桥台侧翼墙砌体也产生开裂,台身在台帽以下附近水平裂缝较大。 (2)桥墩震害 桥墩是支撑桥身的主要构件,其震害主要包括桥墩的断裂,剪断和裂缝;其次还有桩柱因埋入深度不够 等原因遭受破坏。在高烈度区或河岸滑移较严重的地方,桥墩发生倾斜的现象很多,唐

9、山地震中横跨蓟运河 的汉沽桥(铁路桥)桥长175. 5米,为11孔装配式钢筋混凝土简支T型梁桥,下部结构为三柱式单排钻孔灌 注桩墩,桩埋入土深2022米,地震时该桥遭到严重破坏,表现为桥墩倾斜比较大, 2号和6号桥墩剪断,桥 面弯曲,桥台下沉,路轨呈蛇形弯曲。通常桥墩断裂或剪切破坏一般却发生在桥墩根部。1999年台湾集集 大地震,其中一个桥梁短桥墩被剪断(图 2) 。 图1 桥台后的路基塌落(唐山地震, 1976) 图2 桥墩剪断(台湾集集地震, 1999) (3)落梁震害 落梁是桥梁最严重的震害现象。唐山地震发生落梁破坏的大中型梁式桥有18座,如胜利桥、 滦河公路 桥等。胜利桥横跨陡河,长6

10、0米,为5孔钢筋混凝土梁式桥,两孔落梁,梁与桩柱位移高达3. 3米,两岸桥台 往河心滑移,地表下6米处砂土液化,引起岸坡滑移破坏(图3) ;滦河公路桥长789米, 35孔,各跨均为22米 钢筋混凝土梁式桥;地震时该桥活动支座上的梁均从支座上脱落,固定支座钢板焊缝均被破坏,桥墩压碎,共 有23孔发生落梁(图 4) 。 (4)不良基础导致桥梁破坏 唐山地震中被调查的130座梁式桥,倒塌的有18座,约占梁式桥总数的13. 84% ,多数倒塌的桥址都处 在不良地基上或液化区内。被调查的32座拱桥,倒塌的有6座,占拱桥总数的18. 75% ,处在不良基础上的 就有5座。由此看来,地震中大部分桥梁倒塌都是

11、由于地基失效和砂土液化造成的,砂土液化通常指饱和粉 细砂,在地震作用下失去抗剪能力,变为流动状态。由于桥址不良地基失去承载力,使得位于上部土层的桥 墩倾斜、 滑移,危害不小。显而易见(图 5) 桥墩滑移,桥梁严重变形,桥墩东倒西歪就是由不良地基造成的。 961期丁剑霆等:唐山地震桥梁震害回顾 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图3 胜利桥2孔落梁(唐山地震, 1976)图4 滦河桥塌落(唐山地震, 1976) (5)支座破坏 支座在桥梁当中不太引起注意,但功能却十

12、分重要,地震时其作用更为明显。桥梁的桥身并不是直接架 放在桥墩上,中间必须安装防落梁支座,用来防止地震时位移过大而造成落梁,这点对桥梁抗震非常重要。 支座破坏是桥梁上部结构中最常见的一种破坏现象,相邻梁互相碰撞或梁的纵、 横向位移,大多数都是以支 座破坏为前导,强震时支座受到很大剪力和变形,这时桥梁上部就会脱离支座,产生落梁现象。唐山地震仅 铁路桥支座锚栓被破坏的就有19座,滦河公路桥就是一典型例子。主要破坏原因是支座受力过大,位移超 过支座的极限值,加之没有防落梁措施,在强烈震动时,桥身位移过大,造成落梁(图6) ,这是桥的支座受力 大所产生的破坏。 图5 徒河桥因不良基础引起桥墩折断(唐山

13、地震, 1976)图6 桥支座破坏(唐山地震, 1976) 唐山地震所收集162座桥梁中,有130座梁式桥和32座拱桥的震害资料,按桥梁的类别统计,震害矩阵 见表1。 表1 桥梁震害矩阵(% ) 桥梁类型毁坏严重破坏中等破坏轻微破坏基本完好 拱桥18. 756. 2525. 0018. 7531. 25 梁式桥13. 8515. 3826. 9218. 4625. 39 3几点启示 通过对唐山地震震害资料的分析探讨,从中可以得到以下几点启示: 唐山是一个重工业和煤炭生产城市,人口稠密,基础设施集中,地震烈度高,使得这次大地震灾害损失严 重。所以对城市旧桥梁加快更新改造或废弃没有设防的桥梁,是减

14、轻地震灾害的重要途径。对城市来说完 全可以在大震之前,通过除旧更新的过程把桥梁的抗震能力普遍提高;这一点应引起足够重视。 07 世 界 地 震 工 程 22卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 众所周知,唐山地震破坏的桥梁,大多数都没有设防。唐山市地震烈度高达11度,这对一个没有地震设 防和桥梁没有抗震设计的城市,酿成的灾害损失是非常惨重的。由此可以看出,工程设计必须包括抗震设 计,必须考虑留有一定的安全余度,即所谓的二次抗震设计。目前在美国、 日本、 新西兰等国

15、家的桥梁抗震设 计规范中,已经有明文规定。我国的铁路、 公路抗震设计规范的修订也有这个要求。 从唐山地震的震害分布可以看出,场地条件对震害有明显的影响。据统计资料,唐山地震不良地基或砂 土液化造成的灾害为地震灾害之最,其中砂土液化地面喷砂冒水面积就高达24000平方公里;粉细砂层分布 广泛,约为3000平方公里。倒塌的桥梁大多在这个区域内。这就要求桥梁设计时应保证地震时基础不能产 生大的位移,同时要求建桥不能在跨越活动断层处选址修建桥梁。 支座是桥梁抗震的薄弱环节,是桥梁抗震设计重点设防的部位之一。在对支座抗震设计时,要求支座的 锚栓、 销钉、 防震板等除有足够的抗震强度外,还要考虑有足够安全的防落梁和隔震支座。现在隔震支座在 桥梁中已得到使用,但还不太广泛,使用它的目的是减少上部结构振动。 参考文献: 1刘恢先主编.唐山大地震震害M .北京:地震出版社, 1986. 2赵成刚,冯启民.生命线地震工程M .北京:地震出版社, 199