钢筋混凝土桥梁的地震破坏模式与原因

钢筋混凝土桥梁的地震破坏模式与原因台湾省地处环太平洋地霣带，地赛频繁，1999年9月21日凌展1时47分发生地震规供达7.3级的大地震，造成死亡人数超越2000人，房屋损毁达数万户，道路桥梁损毁，交通与维生管线（如电力、煤气、自来水等）也随之中断，山坡崩塌，更造成数卜万民众无家坷归的空前灾难。此次地震造成钢筋混凝土桥梁损坏、断裂、倒塌等的破坏模式，一般有：（1）台帽宽度过窄，（2）图44挢梁的构造形式⑴破坏，（3）桥台旋转及后仰，（4）基础破坏，(5)桥柱破坏，(6)土壤液化泞，其中以桥拄破坏最为常见，且损害也最为严黾。以下分述破坏模式与其原因。1.台帽宽度过窄在强烈地震力作用下，每跨间的轴向相对运动，若大于支承长度，将发生落桥；尤其在多跨桥梁或高墩柱的桥梁。另因地震力方向的不确定性，将使桥梁产生轴向与横向位移反应叠加，导致支承接触面附近发生相对旋转，形成桥面板接触不实而引起落桥，或是断层直接穿过桥梁，而造成落桥，如图5-18、图5-19、与图5-20所示。、图5-18支承位移过大致落桥（Nishinomiya-kobridge，1995阪神大地震）图5-19921集集大地震之名竹大桥上构落桥与桥柱破坏图5-20921集集大地震—江桥上构落桥与桥柱破坏地震时，桥梁位移反应若小于设计长度，虽不致发生落桥，但如果连接桥梁的结构物的安全炬离不够，将会发生桥梁撞击连接结构物的破坏模式，致桥梁或连接结构物损坏。2.盖梁破坏盖梁的地震破坏，主要有下列三种：（1）剪力容贽不足，尤其地震力与重力的叠加作用下’剪力需求更应增加，如图5-21（2）位于梁端的盖梁钢筋锚锭不足，产生描淀破坏。图5-21921集集大地震之炎峰桥盖梁与桥柱剪断破坏（3）盖梁的弯矩容量不足。盖梁承受弯矩，将产生挠曲裂缝，若再承受剪力，则将进一步发生剪力裂缝，使裂缝扩大而发生破坏。3.桥墩（柱）破坏地震时桥墩（柱）的破坏，一般可分为抗弯强度与韧性不足、弯曲-剪力破坏及剪力破坏等三种。其在强烈地震的破坏模式可归纳如下：（1）纵向钢筋锚接长度不足，产生纵向钢筋被抽出的破坏。（2）纵向钢筋搭接长度不足而产生搭接破坏，或同一断面主筋搭接比率过高，形成弱面而玻坏，或闪主筋搭接量过高，且搭接长度不足，引起突然大量主筋搭接破坏。（3）桥墩（柱）因抗剪力容量不足，或塑性铰产生剪力容量衰减，而造成剪力破坏（见图5-22〜图5-25）。图5-22921集集大地震的乌溪桥桥柱剪力破坏图5-23921集集大地震的信义桥桥柱剪力破坏（4）桥墩(柱)因约束力不足，造成韧性不足的破坏。当桥墩(柱)受地震力位移韧性达2〜3时，混凝土压应变超过未围束混凝土可承受的压应变，表层混凝土发生剥落，核心混凝土强度不足而快速压碎，主筋因而产生挫屈，强度骤减而无法支撑自重而损坏（见图5-26）。图5-24桥柱剪力破坏（1971年SanFernando大地震）图5-25桥柱的弯曲—剪力破坏（1994年Northride大地震）图5-26桥柱的弯曲破坏4.桥台旋转或后仰桥台旋转或后仰的破坏，如图5-27。桥台破坏模式，大多与软弱土质有关，除地震时软弱七样二也液化外，与桥台回填土不实也有相当大的关系：桥台玻坏造成的桥梁损坏，一般存三种：（1）桥台后仰位移过大导致落桥。（2）桥台旋转造成落桥，或是桥面板捕击其他结构物，而造成桥面板或其他结构物损害。（3）过大的土压力下，直接导致桥台损坏致引起桥必结构其他部分的损坏。5.土壤液化土壤液化，如图5-28若桥梁基础位于饱和七区，因饱和砂土受地震震动反复作用，将产生土壤液化现象，加大结构物振动反应的振幅，《能造成落桥、旦液化的土壤无法提供足够的支承力，将使桥墩失去支承力而损坏。6.基础破坏基础破坏，一般可分为基础的旋转和（或）屈版两种，且可能发生于桥墩（柱）屈服之前。基础旋转和（或）關服的程度，与其他破坏模式有绝对的关系.通常可分为10种，如图5-29所示；或归纳成下列五大类型。图5-27桥台后仰及旋转的情形图5-28921集集大地震的炎峰桥墩址土壤液化（1）地震造成上壞液化或土壤支承的破坏，形成基础滑动或倾覆’致使埃础发生较大的位移量。（2）基础承受巨大的地震力，致使基础钢筋产生屈服弯曲破坏。（3）墩柱钢筋伸人基础，因锚锭不足，造成锚锭破坏。（4）混凝土产生剪力破坏，造成基础断裂。（5）基桩断裂或弯曲降伏的破坏。图5-29基础破坏模式示意图了解桥梁结构劣化与损坏的原因与现象吗，有利于桥梁检测时注意构件何处易于产生劣化？发现劣化时，分析研究构件劣化因何而起，是否影响桥梁结构安全？影响程度如何？易于评估构件劣化。另了解桥梁的地震破坏模式与原因，则可借以观察研究实际桥梁情形，分析判断桥梁耐震能力，供评估桥梁耐震补强的参考。