桥梁抗震--同济大学课件

第一课桥梁震害1.地震分布2.地震灾害3.桥梁震害调查桥梁的震害、分析其产生原因，是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。一、地震分布1.世界地震分布两大地震带：环太平洋地震带欧亚地震带（喜玛拉雅—地中海地震带）2.我国地震分布主要分布：东南部的台湾和福建广东沿海华北太行山沿线和京津唐地区青藏高原和四川、云南西部西北的新疆、甘肃和宁夏地震较多省：台湾、西藏、新疆、云南和四川少地震地区：浙江、江西我国抗震形势严峻表1.320世纪中国大陆5次地震活跃期统计表次数起止年份7级以上地震死亡人数（万）备注第一次1895～190610次～资料不全第二次1920～193412次25～30第三次1946～195514次1～2主要在青藏地区第四次1966～197614次27第五次1988～？？将持续到21世纪2008年：3月新疆于田7.3级地震、5月四川汶川8.0级地震，全年5级以上地震达99次(中国大陆年均20次)。2009年：仅发生两次6级地震（中国大陆年均4次）。2010年：青海玉树7.1级地震，标志中国可能进入新的大陆活动活跃期2013年：四川芦山7.0级地震二、地震灾害地震具有突发性和毁灭性：1976年唐山7.8级大地震，24万余人丧生，直接经济损失近100亿。发震时间地点震级震源深度死亡失踪人数直接经济损失（当时币值）1989.10.17美国LomaPrieta7.118km64约70亿美元1994.01.17美国Northridge6.718km65约200亿美元1995.01.17日本神户（Kobe）7.220km6千余约1000亿美元1999.08.17土耳其（Izmit）7.417km1.4万余逾200亿美元1999.09.21中国台湾7.61.0km2千余118亿美元2008.05.12中国汶川8.015km8.7万1207亿美元2010.01.13海地太子港7.013km22万77.5亿美元2010.02.27智利康塞普西翁地区8.833km799约300亿美元2010.04.14中国青海玉树7.114km2968逾25亿美元2011.03.11日本东北部海域9.010km2.4万余逾2000亿美元1.直接灾害（1)地表破坏：地裂缝滑坡砂土液化软土震陷a）构造地裂缝(航空照片)b）非构造地裂缝（SanAndress断层）砂土液化形成的喷水冒砂现象汶川地震中的山体滑坡2.次生灾害由地震引发的火灾、水灾、有毒物质泄漏、和疫病流行等灾害（2)建筑物破坏（3)生命线工程破坏生命线工程：对社会生活和生产有重大影响的交通、通讯、供水、排水、供电、供气、输油等工程系统2011年日本东北部海域9级强震次生灾害a）海浪袭击沿海地区b）海啸袭击后景象c）海啸导致大火d）福岛第一核电站地震强度场地情况桥梁震害结构地震易损性人为错误三、桥梁震害抗震设计的观点：桥梁震害地基失效引起的破坏（静力作用）结构强烈振动引起的破坏（动力作用）人为工程所难以抵御，尽量通过场地选择避开：活动断层及其邻近地段、可能发生滑坡或崩塌地段、有可能液化的软弱土层地段外因：结构遭遇的地震动强度远远超过设计预期的强度内因：结构设计和细部构造以及施工方法上存在缺陷：如：构件强度和延性不足、各构件之间连接不牢、结构布置和构造不合理等G213线百花大桥跨塌（距活动断层约1.0Km）映秀顺河桥倒塌（穿过中央断裂带）汶川地震中断层附近桥梁损毁映秀至汶川公路一碗水顺河桥被崩塌体砸毁映秀至卧龙公路鱼子溪2号桥被落石砸垮汶川地震中地质灾害导致桥梁损毁1964年阿拉斯加地震场地液化导致的桥梁损毁液化导致605号桥倒塌605A号桩基震害墩柱倾斜桩基变形破坏上部结构震害（自身、移位、碰撞）支座震害下部结构（墩柱的破坏、框架墩、桥台）和基础震害桥梁震害的教训及对策结构振动导致的震害1.上部结构的震害1)上部结构自身的震害:比较少见！图2.1阪神地震中钢箱梁的局部屈曲破坏图2.2阪神地震中拱桥风撑的屈曲破坏2)上部结构的移位及落梁震害在破坏性地震中极为常见！纵向移位、横向移位以及扭转移位图2.3阪神地震中上部结构纵向移位图2.4阪神地震中上部结构横向移位（b）连续梁中间支点处（a）连续梁端部汶川地震中上部结构横向移位汶川地震中斜桥上部结构横向移位5.12汶川地震：一座多跨简支斜桥发生严重s形横向移位破坏，挡块毁坏。1971年美国圣·费尔南多地震（M6.7）：立交枢纽工程部分塌落：台墩间和桥墩间过大的水平相对位移，桥墩墩顶和挂梁支承牛腿处的支承面过窄，伸缩缝处设置的连接限位螺栓强度不够。部分墩柱的抗震能力不足。圣费南多地震立交桥梁跨坠毁（墩高：43m，截面：1.83m）圣费南多地震中立交桥梁跨坠毁5.12汶川地震：落梁震害汶川地震中桥梁落梁倒塌汶川地震中高墩桥梁落梁（庙子坪大桥引桥，墩高70m）5.12汶川地震：落梁震害2008年汶川地震中百花大桥第五联垮塌百花大桥结构平面与牛腿构造图示H=26.9mH=7.1m1989年美国洛马·普里埃塔地震（M7.0）：奥克兰海湾大桥引桥一跨落梁设计低估了相邻桥墩间的相对位移，连接螺栓剪断。旧金山—奥克兰海湾大桥一跨落梁1995年日本阪神地震：西宫港大桥(主跨252m钢系杆拱桥)第一跨引桥脱落：主桥和引桥间的相对位移过大，支座、连接限位构件失效，桥墩支承面太窄（a）主桥侧（b）引桥侧阪神地震中西宫港大桥落梁跨两侧的墩顶震害箱梁自桥台处坠落：桥台处的支承宽度过小，仅14英寸1994年美国北岭地震（NorthridgeEarthquake,M6.7）斜桥落梁震害桥台处落梁震害GavinCanyon跨线桥（24°斜）上部结构坠落：斜交、纵向约束装置遭受破坏、牛腿连接处支承面过窄（20cm）。1999年台湾集集地震（M7.6）多跨简支梁桥落梁：有一断层穿过该桥、主梁支承在板式橡胶支座上，纵向未设限位装置，横向设置了两个小挡块。台湾集集地震中简支梁桥落梁3）上部结构的碰撞震害美国洛马·普里埃塔地震相邻跨上部结构碰撞美国北岭地震中上部结构与桥台间的碰撞美国洛马·普里埃塔地震中，相邻桥梁结构间的碰撞汶川地震相邻跨上部结构碰撞在历次破坏性地震中，支座的震害非常普遍：支座设计没有充分考虑抗震的要求；连接与支挡措施不足；支座形式和材料本身有缺陷在日本阪神地震中，支座损坏的比例达到了调查总数的28%。2.支座的震害支座的移位震害辊轴支座辊轴拔出三维铰支座劈裂连续梁桥支座脱落简支斜桥支座脱落连续梁桥滑动支座位移过大简支梁桥支座脱落5.12汶川地震：支座脱落震区绝大多数为简支梁桥，采用板式橡胶支座5.12汶川地震：支座破坏盆式支座破坏板式支座破坏引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用3.下部结构和基础的震害1）钢筋混凝土桥梁墩柱的震害破坏形式：弯曲破坏、剪切破坏、基脚破坏。高柔桥墩，弯曲破坏；矮粗桥墩，剪切破坏；两者之间，为混合型。（1)墩柱弯曲破坏：非常常见延性不足：约束箍筋配置不足、纵向钢筋搭接或焊接不牢1994年美国北岭地震：箍筋不足：直径12.7mm、搭接，间距305mm。1995年阪神地震：约束箍筋不足，纵向主筋焊接接头破坏墩柱弯曲破坏1995年阪神地震：保护层混凝土严重剥落，核心混凝土压碎：约束箍筋的配置不足1999年台湾集集地震：集鹿大桥（2150m单塔斜拉桥，塔梁固结）：塔柱严重开裂，保护层混凝土剥落。墩柱弯曲破坏汶川地震墩柱弯曲破坏（2)墩柱剪切破坏非常常见：纵向钢筋过早剪断，箍筋不足1995年日本阪神地震：阪神高速线，18个独柱墩剪断、500m梁侧向倾倒：纵筋过早切断、箍筋不足美国圣费南多地震：立交桥结构墩柱中部剪切破坏：横向约束钢筋配置较少墩柱剪切破坏日本阪神地震：高架桥矮墩剪切毁坏：纵向钢筋的连接失败(a)喇叭型墩(b)柱式墩1994年美国北岭地震Mission-Gothic桥的墩柱剪切破坏墩柱剪切破坏汶川地震墩柱弯剪破坏墩柱剪切破坏台湾集集地震实体矮墩剪切破坏（3)墩柱基脚破坏1971年美国圣费南多地震：22根螺纹钢筋从桩基础中拔出，桥墩倒塌：墩底主钢筋的构造处理不当，锚固失败。非常少见，一旦出现后果严重美国洛马·普里埃塔地震：Cypress高架桥800m上层框架塌落：梁柱结点配筋不足；柱的配筋连续性和横向箍筋不足；盖梁钢筋锚固长度不够。2)钢筋混凝土框架墩的震害比较常见，主要表现为：盖梁破坏：剪切破坏，弯曲破坏，钢筋锚固长度不够引起破坏墩柱破坏节点破坏：剪切破坏（a）下节点剪切破坏（b）挑臂节点剪切裂缝1989年美国洛马·普里埃塔地震中框架节点的剪切破坏汶川地震框架墩破坏台湾集集地震桥台向后倾斜：台后填土不够密实3)桥台的震害较为常见：地基失效引起桥台滑移；台身与上部结构碰撞破坏；桥台向后倾斜。汶川地震中桥台破坏汶川地震中桥台胸墙震害汶川地震中桥台护坡垮塌震害4）基础的震害较为常见。扩大基础震害：地基失效。桩基础的震害：地基失效。惯性破坏：上部结构下传的惯性力引起的桩身剪切、弯曲破坏设计不当：未深入稳定土层足够长度，桩顶与承台联结构造不当(a)美国LomaPrieta地震(b)日本坂神地震桩头处剪切破坏软弱地基上，采用桩基础的结构往往具有更好的抗震性能。桩基震害有极大的隐蔽性。承台破坏（LomaPrieta地震）桩基与承台联结失效（坂神地震）3.桥梁震害的教训及对策合理的结构型式较强的构件抗震能力可以大大减轻甚至避免震害的产生。桥梁震害内因：结构设计和构造两方面的缺陷。1）支承连接部件失效：支承连接部件失效固定支座：强度不足活动支座：位移能力不足橡胶支座：梁底与支座底滑动支承宽度不足、防落梁措施不合理落梁梁体较大位移梁、墩（台）间较大位移伸缩缝、挡块破坏、碰撞问题•合理支座设计•足够搭接长度•合理设计防落梁措施和限位装置应将支座、搭接长度、限位装置作为一个统一的防落梁系统考虑最小支承宽度桥墩PC钢棒橡胶垫缆索桥墩纵向约束装置梁-梁连接墩-梁连接横向约束装置落梁对策设置较大的间距避免；加装缓冲材料（橡胶垫）弹性垫块梁-梁、梁-台间的缓冲设施弹性垫块碰撞对策2）桥梁墩柱破坏墩柱延性不足：横向约束箍筋配置不足；（抗弯破坏）构造缺陷：横向约束箍筋间距过大，搭接失效，纵筋过早切断，锚固长度不足；箍筋端部没有弯钩等抗剪强度不足：横向箍筋配置不足；（剪切破坏）延性抗震设计能力保护设计3）基础破坏断层通过基础移位、沉降土破坏：沙土液化：桩身破坏：能力保护设计防液化措施避让第二课桥梁抗震设防标准与抗震设计流程一、桥梁抗震设防标准1、几个概念2、多级设防的抗震设计思想3、一般工程抗震设防标准的决策4、桥梁工程抗震设防标准决策二、桥梁抗震设计流程1、基本流程介绍2、抗震设计流程实例一、桥梁抗震设防标准工程抗震设防标准：根据地震动背景，为保证工程结构在寿命期内的地震损失（经济及人员伤亡）不超过规定的水平或社会可接受的水平，规定工程结构必须具备的抗震能力。合理安全度原则：在经济与安全之间进行合理平衡工程抗震措施增加的造价减轻地震破坏和损失抗震设计的依据1、几个概念社会经济状况地震危险性结构重要性设防原则设防目标设防参数设防环境设防等级设防水准决定工程抗震设防标准的诸因素总要求总目的具体目标地震危险性分析地震区划图烈度?地震动参数？重要性系数?重现期调整？必须明确设防水准与设防目标之间的关系《公路桥梁抗震设计细则》（2008.10.1实施）抗震设防原则：抗震设防目标：设防水准：在工程设计中，根据客观的设防环境和已定的设防目标，并考虑具体的社会经济条件来确定的设防地震概率水平，一般用地震超越概率或地震重现期来表示。地震超越概率，是指一定场地在未来一定时间内遭遇到大于或等于给定地震的概率，常以年超越概率或设计基准期超越概率表示。如：50年10%超越概率（基本烈度7度）地震重现期，是指一定场地重复出现大于或等于给定地震的平均时间间隔。例如，基本烈度对应的概率水平为50年10%超越概率，其重现期为475年。0/ln[1]TTP2、多级设防的抗震设计思想“小震不坏、中震可修、大震不倒”单一水准设防，一阶段设计双