于 淼，劉必?zé)?，?偉

（防災(zāi)科技學(xué)院，河北三河 065201）

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近斷層橋梁直接震害特征分析

于 淼，劉必?zé)?，?偉

（防災(zāi)科技學(xué)院，河北三河 065201）

摘 要：汶川地震、集集地震和土耳其地震中發(fā)震斷層10km范圍內(nèi)的梁橋和拱橋破壞嚴(yán)重，本文統(tǒng)計(jì)了因直接震害導(dǎo)致?lián)p毀或嚴(yán)重破壞的橋梁共51座，其中直接跨越發(fā)震斷層的10座橋梁中有9座因落梁而喪失通行能力。這些近斷層或跨斷層橋梁的主要震害表現(xiàn)為全橋垮塌，落梁或主梁嚴(yán)重移位，墩柱壓潰、剪斷、傾斜，支座滑脫失效，主拱、橫撐、拱座開(kāi)裂等嚴(yán)重破壞。初步分析揭示造成震害的主要原因?yàn)閿鄬拥乇砦诲e(cuò)、強(qiáng)地震動(dòng)、碰撞、基礎(chǔ)失效、橋臺(tái)破壞對(duì)主梁縱向約束不足、滑動(dòng)支座對(duì)彎扭效應(yīng)約束不足。

關(guān)鍵詞：近斷層橋梁；跨斷層橋梁；落梁；汶川地震；集集地震；土耳其地震

0 引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外幾次大地震中，作為交通系統(tǒng)咽喉的橋梁經(jīng)歷了較嚴(yán)重的破壞。如1999年臺(tái)灣集集地震震區(qū)約有20%的橋梁受到不同程度損壞，嚴(yán)重破壞者達(dá)20多座［1］。1999年土耳其地震中也有3座跨斷層橋梁受到較嚴(yán)重的損壞［2-3］，其中兩座全橋垮塌。2008年汶川地震中震例更多，四川省境內(nèi)受損的兩千多座橋梁中，完全失效者52座，嚴(yán)重破壞者70多座［4］。這些破壞嚴(yán)重的橋梁中很多都位于發(fā)震斷層兩側(cè)甚至跨越發(fā)震斷層?，F(xiàn)階段的研究表明，對(duì)于近斷層橋梁抗震設(shè)計(jì)，主要考慮強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)對(duì)其引起的振動(dòng)效應(yīng)，而對(duì)于跨斷層橋梁，還需考慮斷層位錯(cuò)引發(fā)的橋址地表大變形效應(yīng)，國(guó)際通用做法首先是避讓斷層［5］，然后通過(guò)引入近斷層調(diào)整系數(shù)，增大設(shè)計(jì)地震作用以提高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)［6］。但有時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)跨越斷層不可避免，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)加州地區(qū)的橋梁大約有5%跨越斷層帶［7-8］。如果橋梁必須跨越斷層，為減小損失和降低修復(fù)難度，現(xiàn)階段普遍認(rèn)識(shí)是采用短跨低墩簡(jiǎn)支梁橋方案［5，9］。

基于現(xiàn)階段對(duì)于地震破壞作用及結(jié)構(gòu)抗震理論的認(rèn)識(shí)水平，對(duì)受力性能復(fù)雜的近斷層橋梁而言，計(jì)算精度很難把握，國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，抗震設(shè)計(jì)尤其是橋梁抗地震倒塌設(shè)計(jì)要看重概念設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)除來(lái)自于大量抗震試驗(yàn)外，震害調(diào)查是最主要的來(lái)源。因此本文對(duì)汶川地震、集集地震、土耳其地震中近斷層橋梁震害特征進(jìn)行詳細(xì)研究，總結(jié)近斷層橋梁震害特征，并對(duì)震損原因進(jìn)行宏觀分析，這將對(duì)近斷層橋梁抗震設(shè)防提供有益經(jīng)驗(yàn)。

地震中失效或受損的橋梁可分為直接由斷層位錯(cuò)或強(qiáng)地面振動(dòng)引起的直接震害，以及由于強(qiáng)地震引發(fā)的山體滑坡、堰塞湖、滾石等次生地質(zhì)災(zāi)害引起的間接震害。本文主要考慮近斷層或跨斷層橋梁的地面直接振動(dòng)或永久位移導(dǎo)致的震害。

1 近年來(lái)幾次強(qiáng)震近斷層橋梁震害統(tǒng)計(jì)

1.1 汶川地震中近斷層橋梁震害統(tǒng)計(jì)

2008年5月12日發(fā)生在四川汶川的Mw7.9地震震害嚴(yán)重，不僅造成大量人員傷亡和房屋建筑損毀，還導(dǎo)致大量公路橋梁受損。根據(jù)橋梁破壞的嚴(yán)重程度，對(duì)此次地震中由于直接

據(jù)四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院牽頭調(diào)查的四川省境內(nèi)受損的兩千多座橋梁中，全橋損毀失效的52座橋梁中因直接震害導(dǎo)致的有12座，嚴(yán)重破壞的70座橋梁中距離斷層較近且由于直接震害導(dǎo)致的有20多座［4］，這些橋梁的基本情況、橋址與斷層的位置關(guān)系、主要震害及初步分析的震損原因如表1和表2所示。

表1 汶川地震中直接震害導(dǎo)致全橋損毀的橋梁概況（總結(jié)自陳樂(lè)生所著《汶川地震公路震害調(diào)查》）Tab.1 Outline of collapsed bridges caused by direct damages in Wenchuan earthquake

表2 汶川地震中直接震害導(dǎo)致嚴(yán)重破壞的部分橋梁概況（總結(jié)自陳樂(lè)生所著《汶川地震公路震害調(diào)查》）Tab.2 Outline of severely damaged bridges caused by direct damages in Wenchuan earthquake

續(xù)表2

地震中近斷層或跨斷層橋梁由于經(jīng)受了強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)甚至地表位錯(cuò)的影響，表現(xiàn)出明顯的近斷層破壞特征。從表1、表2可知，此次地震中受損的橋型主要為以受彎為主的梁式橋和以受壓為主的拱式橋，由于受力體系不同，這兩類橋梁近斷層震害特征截然不同，梁式橋和拱式橋均有全橋垮塌震害；震損嚴(yán)重的梁式橋主要結(jié)構(gòu)震害表現(xiàn)為主梁橫縱向移位或落梁，墩柱開(kāi)裂、壓潰、剪斷或傾斜移位，上下部結(jié)構(gòu)連接系支座變形滑移或滑脫失效；拱式橋主要結(jié)構(gòu)震害表現(xiàn)為主腹拱裂縫貫通、主拱橫撐開(kāi)裂、拱座開(kāi)裂或塌陷等。

從表1可知，由直接震害損毀的橋梁距離斷層的距離最多不超過(guò)6.1km，均屬近斷層橋梁。距離斷層不足2km的有百花大橋、廟子坪岷江特大橋、陳家壩大橋、曲河大橋、湔江河大橋、石蓑衣大橋、都江堰高原大橋；小魚(yú)洞大橋的橋臺(tái)處在斷層帶上；映秀順河橋甚至直接跨越中央主斷裂。由表2可知，嚴(yán)重破壞的橋梁位于斷層帶周?chē)?0km以內(nèi)的占17座、5km以內(nèi)的占12座，也屬近斷層橋梁。對(duì)這兩類近斷層橋梁震害特征的深入研究具有典型意義，將對(duì)近斷層橋梁抗震設(shè)防提供有用參考。

1.2 臺(tái)灣集集地震中近斷層橋梁震害統(tǒng)計(jì)

1999年9月21日發(fā)生在臺(tái)灣集集的Mw7.6地震中，將近200座橋梁受到不同程度的損壞，其中20多座被列為嚴(yán)重?fù)p毀，這些橋梁中90%以上是簡(jiǎn)支梁橋，大多有防落梁裝置［1］，其橋梁基本形式、橋址與發(fā)震構(gòu)造的位置關(guān)系、地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、主要震害及震損原因如表3所示。盡管大多數(shù)簡(jiǎn)支梁都設(shè)置了防落梁裝置，但被本次地震主發(fā)震斷裂車(chē)籠埔斷層直接錯(cuò)斷的橋梁均發(fā)生落梁。除斷層位錯(cuò)外，這些橋梁附近地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度也很大，如石圍橋附近臺(tái)站記錄到的加速度峰值達(dá)519gal。根據(jù)臺(tái)灣氣象局公布的強(qiáng)震資料，車(chē)籠埔斷層以東15km范圍內(nèi)地面運(yùn)動(dòng)加速度峰值均超過(guò)230gal，可見(jiàn)該地區(qū)近斷層地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度很高［1，10］，在如此強(qiáng)烈的地面運(yùn)動(dòng)作用下，部分橋梁墩柱剪切破壞、整體歪斜，支座滑移或受損、橋面嚴(yán)重移位，橋臺(tái)及基礎(chǔ)出現(xiàn)滑移。此次地震落梁的橋梁由南向北分別有：桶頭橋、名竹大橋、烏溪橋、一江橋、北豐大橋、長(zhǎng)庚大橋、石圍橋等。因此，此次地震中橋梁嚴(yán)重?fù)p毀的原因主要有斷層位錯(cuò)引起直接跨越橋梁的落梁、近斷層強(qiáng)地面振動(dòng)引起橋梁橫縱向位移超過(guò)支座支撐長(zhǎng)度而落梁，近斷層強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)引起墩柱受剪破壞、支座移位、橋臺(tái)滑移。

1.3 土耳其地震中近斷層橋梁震害統(tǒng)計(jì)［2-3］

1999年在土耳其西部北 Anatolian斷層帶（NAF）上發(fā)生了兩次強(qiáng)震（8月17日7.4 Kocaeli地震和11月12日7.2 Duzce地震），產(chǎn)生了上百千米的地表斷裂帶，地表位錯(cuò)達(dá)數(shù)米。連接土耳其首都安卡拉（Ankara）和土耳其最大城市伊斯坦布爾（Istanbul）的歐洲跨洲高速公路（TEM）東段沿線多座橋梁損毀，該段高速公路與發(fā)震斷層基本平行且平均距離不足3km。震后調(diào)查表明，該區(qū)域有5座跨越高速公路的橋梁直接被斷層地表破裂帶穿越而發(fā)生不同程度的損壞。

在Kocaeli地震中，Arifiye跨線橋（3號(hào)橋）直接跨越TEM公路，由兩座橋臺(tái)和3個(gè)板式橋墩支撐起全長(zhǎng)100m的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋，臨近北橋臺(tái)的橋跨被與主梁呈65°交角的斷層直接錯(cuò)斷后該跨梁體全部掉落，致使全橋其他3跨一端落地，一端支撐在橋墩上。橋址4km以北堅(jiān)硬土場(chǎng)地上Sakarya強(qiáng)震臺(tái)（斷層距3km）獲取的平行于斷層的加速度記錄達(dá)0.407g，豎直向達(dá)0.26g，本橋址跨越斷層且地基土為軟土，可能經(jīng)受的地面振動(dòng)強(qiáng)度也更高。因此該橋失效的原因主要是近斷層強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)及斷層地表錯(cuò)動(dòng)。Sakarya跨河橋（5號(hào)橋）為全長(zhǎng)92m的8跨簡(jiǎn)支梁橋，被鋼制橋墩支撐，在此次地震中，北側(cè)橋臺(tái)被斷層直接錯(cuò)斷，致使橋梁全部落梁。

表3 臺(tái)灣集集地震中嚴(yán)重?fù)p毀橋梁概況（總結(jié)自臺(tái)灣國(guó)家地震工程研究中心所著《921集集大地震橋梁震害調(diào)查報(bào)告》）Tab.3 Outline of severely damaged bridges in Chi-Chi earthquake

此次地震中，除Sakarya橋外，Arifiye跨線橋周?chē)€有3座與其結(jié)構(gòu)形式和基礎(chǔ)類型都相似的跨線橋。1號(hào)橋?yàn)?跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋，斷層地表破裂距離南橋臺(tái)往西50m，地震時(shí)僅僅支座發(fā)生5cm的滑移。坐落在1號(hào)橋東部400m 的2號(hào)橋，以及坐落在Arifiye跨線橋西部400m 的4號(hào)橋均為3跨簡(jiǎn)支梁橋，斷層地表破裂從南橋臺(tái)側(cè)面通過(guò)，僅僅發(fā)生輕微的支座滑移及橋臺(tái)損傷，并無(wú)大礙。

Bolu 1號(hào)高架橋?yàn)?9跨的簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土U型梁，平均跨度40m，每10跨為一聯(lián)通過(guò)簡(jiǎn)支變連續(xù)的構(gòu)造措施使橋面變成連續(xù)，墩高從10m到49m不等，但普遍超過(guò)40m，根據(jù)不同場(chǎng)地條件，采用15m～20m的樁基。參照美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)高速公路橋梁設(shè)計(jì)指南（AASHTO，Guide Specifications for Seismic Design of Highway Bridges）按照0.4g的加速度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)地震作用，但是動(dòng)力放大系數(shù)選擇太低（推薦值為3，本橋選用1）。在Duzce地震中，橋址被斷層破裂帶以20～30°的小角度直接通過(guò)，經(jīng)歷了高達(dá)2～2.5m的右旋走滑水平位錯(cuò)和超過(guò)0.4g的強(qiáng)地面加速度運(yùn)動(dòng)，橋梁耗能裝置、支座發(fā)生損壞，主梁發(fā)生較大移位并臨近落梁，但受益于簡(jiǎn)支變連續(xù)的橋面、抗剪和抗扭剛度較大的高墩、以及預(yù)先設(shè)置的減震和防落梁系統(tǒng)（鋼屈服耗能裝置EDU、纜索限位防落梁系統(tǒng)），該橋主體橋墩未出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，也沒(méi)有落梁。

2 近斷層橋梁震害特征

2.1 全橋垮塌或落梁是最嚴(yán)重震害

橋梁工程的最基本的功能是跨越山谷、河流，一旦全橋垮塌或橋跨落梁，將喪失人員和交通的通行能力，這一基本使用功能隨之廢棄；全橋垮塌或多跨落梁的橋梁很難修復(fù)或無(wú)修復(fù)價(jià)值。而近斷層橋梁由于經(jīng)歷高水平的地面振動(dòng)或地表位錯(cuò)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這類震害。因此這類震害是近斷層橋梁中最嚴(yán)重的震害。

汶川地震中斷層附近的小魚(yú)洞大橋、陳家壩大橋、南壩拱橋等多座拱橋，以及映秀順河橋、百花大橋、廟子坪岷江特大橋、湔江河大橋、石蓑衣大橋、南壩大橋、高原大橋等多座梁橋全橋垮塌或落梁，喪失通行能力，曲河大橋、籠子口2號(hào)橋等拱橋由于拱肋開(kāi)裂嚴(yán)重也臨近垮塌。具體震害照片如圖1所示。

臺(tái)灣集集地震中斷層附近的石圍橋、長(zhǎng)庚大橋、北豐橋、一江橋、烏溪橋、名竹大橋、龍門(mén)大橋、桶頭橋等多座梁橋落梁，喪失通行能力。其中北豐橋、一江橋、烏溪橋、名竹大橋、桶頭橋是由于斷層直接通過(guò)錯(cuò)斷地表導(dǎo)致的落梁。具體震害照片如圖2所示。

土耳其Kocaeli地震中，斷層地表位錯(cuò)直接錯(cuò)斷Arifiye跨線橋和Sakarya跨河橋，使其全跨落梁，喪失通行能力。具體震害照片如圖3、4所示。

2.2 主梁縱橫向移位及拱肋開(kāi)裂是最常見(jiàn)震害

近斷層橋梁由于經(jīng)歷高水平的地面振動(dòng)或地表位錯(cuò)，而梁式橋墩臺(tái)與梁體通過(guò)橋梁支座進(jìn)行弱連接，較大的基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，支座以上的上部結(jié)構(gòu)往往會(huì)出現(xiàn)較大的相對(duì)初始位置的位移，增大落梁風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，由于地震作用方向的偶然性，以及梁體運(yùn)動(dòng)的不確定性，縱向移位和橫向移位都有可能發(fā)生。因此這類震害是近斷層橋梁中僅次于落梁的最常見(jiàn)震害。相對(duì)而言，受制于蓋梁縱向?qū)挾鹊挠邢扌?，縱向落梁更容易發(fā)生。汶川地震中湔江河大橋部分落梁，未落梁橋段都有不同程度的縱向或橫向移位，主梁撞擊摩擦支座擋塊也常有發(fā)生，相類似的情況也出現(xiàn)在映秀岷江大橋、壽江大橋、廟子坪特大橋和百花大橋上，具體震例見(jiàn)圖5。土耳其Duzce地震中，Bolu 1號(hào)高架橋被斷層破裂帶直接通過(guò)，主梁發(fā)生了較大的縱向移位，見(jiàn)圖6。但受益于整體性好的橋面，抗剪和抗扭剛度較大的橋墩，以及預(yù)先設(shè)置的耗能裝置和防落梁系統(tǒng)，橋梁得以保全。

除了斷層位錯(cuò)引起的大變形，以及彎扭耦合效應(yīng)明顯的彎橋，采用梁柱通過(guò)滑動(dòng)支座弱連接、結(jié)合橋面簡(jiǎn)支變連續(xù)的受力體系依然為強(qiáng)震區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)。這種受力體系使橋梁受地震破壞按照支座、防落梁裝置再到墩柱的順序發(fā)展，得以最大限度的保全墩柱；且簡(jiǎn)支變連續(xù)的橋面可以最大限度的減少橫向落梁的發(fā)生。

以受壓為主的拱肋是拱橋的主要受力構(gòu)件，一旦開(kāi)裂拱壓力傳遞的有效性將會(huì)被打破，危害巨大，且修復(fù)困難，因此拱肋開(kāi)裂是拱橋垮塌前最重要的信號(hào)。汶川地震中曲河大橋和籠子口2號(hào)橋、安州大橋、金谷埡3號(hào)橋、銅子梁橋、紙房壩橋、母豬橋、白草大橋、高莊團(tuán)結(jié)橋均為此類震害。

2.3 墩柱破壞潛在后果嚴(yán)重

梁式橋采用墩梁弱連接體系，主要目的是通過(guò)犧牲梁體的移位和損壞支座及抗震擋塊來(lái)保全橋墩。這是因?yàn)闃蚨粘谡饡r(shí)提供水平抗震承載力以抵御水平地震作用外，還需在震時(shí)及非震時(shí)提供豎向承載力以抵抗橋梁恒載和活載。因此橋墩一旦損壞，將直接失去豎向承載力，橋梁全毀不可避免。為提高大部分橋墩地震時(shí)抵抗豎向荷載的有效性，往往設(shè)置一些剛度大的制動(dòng)墩以專門(mén)抵抗水平地震作用，這類似于建筑工程中為提高框架結(jié)構(gòu)整體抗震性能，在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置主要承受水平地震作用的剪力墻，以保全框架柱承受豎向荷載能力的受力體系。在強(qiáng)烈地面運(yùn)動(dòng)下，橋墩將有可能出現(xiàn)不可修復(fù)的墩頂或墩底塑性鉸，危及全橋安全，這是近斷層橋梁危害最大的震害。汶川地震中湔江河大橋、百花大橋、石蓑衣大橋、漢旺絕緣橋均出現(xiàn)了這類震害，集集地震中烏溪橋、炎峰橋等也出現(xiàn)了類似破壞，如圖7所示。

3 近斷層橋梁震損原因淺析

綜合汶川地震、集集地震、土耳其地震的經(jīng)驗(yàn)，近斷層橋梁發(fā)生諸如落梁、主梁嚴(yán)重移位、支座滑脫、墩柱塑性鉸等嚴(yán)重震害的主因是選址不當(dāng)和橋梁設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)取值過(guò)低，即由于現(xiàn)階段地震動(dòng)預(yù)測(cè)水平低或出于經(jīng)濟(jì)性考慮，使橋梁選址科學(xué)性考慮不周，且現(xiàn)有規(guī)范給出的橋址設(shè)防地震動(dòng)偏低，即使橋梁按照規(guī)范正確設(shè)計(jì)，也極有可能因經(jīng)受超罕遇（超設(shè)防）地震而破壞；而橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理是近斷層橋梁震損的次因。

3.1 強(qiáng)地震動(dòng)和地表大變形是近斷層橋梁震損的主因

汶川地震、集集地震、土耳其地震中落梁的主要橋梁大多是由于地震斷層引起的地表破裂直接通過(guò)橋跨或橋臺(tái)，致使橋跨無(wú)法抵御橋基大變形，譬如汶川地震中的小魚(yú)洞大橋、映秀順河橋，集集地震中的北豐橋、一江橋、烏溪橋、名竹大橋、桶頭橋，土耳其地震中的Arifiye跨線橋、Sakarya跨河橋。而其他落梁橋梁的橋基盡管無(wú)大的永久變形，但大多經(jīng)歷了超強(qiáng)的地面運(yùn)動(dòng)，如汶川地震中的湔江河大橋、石蓑衣大橋、百花大橋、廟子坪特大橋至少經(jīng)歷了超過(guò) 0.5g加速度的地面運(yùn)動(dòng)［11，12］；集集地震中的龍門(mén)大橋、長(zhǎng)庚大橋、石圍橋也至少經(jīng)歷了超過(guò)0.5g加速度的地面運(yùn)動(dòng)。其他主梁橫移或縱移嚴(yán)重的橋梁也大多經(jīng)受了極強(qiáng)的地面運(yùn)動(dòng)。

3.2 設(shè)計(jì)失當(dāng)是近斷層橋梁震損的次因

除了強(qiáng)地震動(dòng)和強(qiáng)地面變形，一般橋梁嚴(yán)重震損大都與結(jié)構(gòu)受力體系不當(dāng)、構(gòu)造措施不當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置不合理、施工質(zhì)量差有關(guān)，每座橋梁都有其特殊性，很難統(tǒng)一歸類，綜合汶川地震、集集地震、土耳其地震近斷層橋梁震害經(jīng)驗(yàn)，提出以下兩條主要設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題。

（1）橋臺(tái)在強(qiáng)地面形變作用下或受主梁撞擊作用而發(fā)生橋臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)部分破壞，失去了對(duì)主梁的約束作用，導(dǎo)致橋梁縱向移位累積，最終使蓋梁縱向支撐長(zhǎng)度不夠?qū)е驴v向落梁。地震震例中近乎所有的縱向落梁現(xiàn)象都出現(xiàn)了橋臺(tái)破壞現(xiàn)象證明了這一點(diǎn)，如圖8所示。故在強(qiáng)地震區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)橋臺(tái)的抗震構(gòu)造措施，以保證強(qiáng)地震動(dòng)作用時(shí)橋臺(tái)最后破壞，從而保護(hù)橋臺(tái)對(duì)縱向位移的約束作用，防止落梁。而汶川地震和集集地震中落梁橋段的橋臺(tái)設(shè)計(jì)均沒(méi)有考慮這一影響。

（2）彎橋采用了墩梁弱連接的結(jié)構(gòu)體系，致使滑動(dòng)支座對(duì)主梁彎扭運(yùn)動(dòng)約束不足，從而發(fā)生彎橋整體倒塌，這是汶川地震百花大橋彎梁段整體垮塌的主因。盡管采用約束主梁的固定支座體系或剛構(gòu)體系會(huì)加大橋墩的負(fù)擔(dān)，但至少可以減少落梁的風(fēng)險(xiǎn)，而彎梁一旦落梁可能會(huì)對(duì)橋墩形成撞擊，使本來(lái)沒(méi)有損傷的橋墩也很難保全。故由于地震作用大小和方向都很難確定，且彎橋地震響應(yīng)也很復(fù)雜，汶川地震中的百花大橋采用非整體協(xié)同工作的墩梁體系非明智之選。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)汶川地震、集集地震和土耳其地震中近斷層橋梁震害的統(tǒng)計(jì)，全橋失效及嚴(yán)重破壞橋梁主要為梁橋和拱橋，且基本都位于斷層帶10km范圍內(nèi)，有些甚至不超過(guò)2km或直接跨越斷層。因直接震害導(dǎo)致?lián)p毀或嚴(yán)重破壞的橋梁達(dá)51座，其中直接跨越發(fā)震斷層的10座橋梁中，除土耳其地震中的Bolu 1號(hào)高架橋外，汶川地震中的映秀順河橋、小魚(yú)洞大橋，集集地震中的北豐橋、一江橋、烏溪橋、名竹大橋、桶頭橋，土耳其地震中的Arifiye跨線橋、Sakarya跨河橋等9座橋梁均因落梁而喪失通行能力。這些近斷層橋梁典型震害特征表現(xiàn)為：全橋垮塌；主梁橫縱向嚴(yán)重移位或落梁；墩柱開(kāi)裂、壓潰、剪斷或傾斜移位；支座變形滑移或滑脫失效；主腹拱裂縫貫通、主拱橫撐嚴(yán)重開(kāi)裂、拱座開(kāi)裂或塌陷。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這些近斷層橋梁嚴(yán)重震害的原因大致歸為以下幾類：跨越斷層時(shí)地表位錯(cuò)引起的大變形效應(yīng)；強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)效應(yīng)；橋臺(tái)結(jié)構(gòu)因強(qiáng)度不足被破壞后失去了對(duì)主梁的縱向約束使縱向位移累積；主梁位移不協(xié)調(diào)引起碰撞；振動(dòng)引起基礎(chǔ)失效而導(dǎo)致墩柱傾斜；彎橋采用了墩梁弱連接的結(jié)構(gòu)體系使滑動(dòng)支座對(duì)主梁彎扭耦合振動(dòng)效應(yīng)約束不足。

致謝：感謝防災(zāi)科技學(xué)院郭迅教授和西南科技大學(xué)孟慶利教授提供的第一手震害照片；感謝《汶川地震公路震害調(diào)查》編委西南交通大學(xué)趙燦輝教授提供了該著作的電子版照片，使文中部分橋梁震害照片更具代表性；感謝臺(tái)灣國(guó)家地震工程研究中心提供921集集地震調(diào)查報(bào)告的免費(fèi)下載。文中關(guān)于橋臺(tái)破壞對(duì)主梁縱向位移約束不足甚至導(dǎo)致縱向落梁的觀點(diǎn)是和郭迅教授討論后得到的。

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中圖分類號(hào)：P315.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8047（2016）02-0041-13

收稿日期：2016-04-07

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51208107，51308118）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（ZY20120103）

作者簡(jiǎn)介：于淼（1987—），女，助教，本科，主要從事土木工程防災(zāi)研究。

通信作者：劉必?zé)簦?983—），男，講師，博士，主要從事橋梁抗震研究。震害受損的兩類橋梁進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，一類是上部梁體已全部或部分垮塌、墩柱剪斷或壓潰，全橋承載能力損失殆盡且完全喪失通行能力的損毀橋梁；另一類是上部梁體嚴(yán)重移位、主拱裂縫貫通、墩柱及拱座開(kāi)裂嚴(yán)重，全橋承載能力損失嚴(yán)重，震后需進(jìn)行抗震加固才能繼續(xù)使用的嚴(yán)重破壞橋梁。

Damage Characteristics of Near-fault Bridges

Yu Miao，Liu Bideng，Wang Wei
（Institute of Disaster Prevention，Sanhe，Hebei 065201，China）

Abstract：Most girder and arch bridges near fault in 10km were damaged in Wenchuan，Chichi and Turkey earthquakes.A statistical analysis of 51 bridges which were severely damaged and even collapsed caused by direct damages is described in this paper.The main damages include collapse，girder displacement or falling，pier inclination or crushing，or failure by shear force，bearing moved out，arch ribs and abutment cracking.Preliminary damage mechanisms are fault dislocation，strong ground motion，pounding effect，foundation failure，insufficient constraint of damage abutment for girder displacement，insufficient constraint of the sliding bearings for curved bridge.

Keywords：near-fault bridge；across-fault bridge；girder falling；fault dislocation；Wenchuan earthquake；Chichi earthquake；Turkey earthquake