交通系统抗震防灾规划_苏经宇

4 徐州市交通系统抗震防灾主干网
消防、医院的布置 是决 定抗震 减灾 主干网 的关 键因素, 同 时 考虑供水关 键节 点, 水 池分 布, 防 灾公 园、疏 散场 地 的分 布等 因 素, 交通系统在保证这些 关键节点 灾后正常运 行中起着至 关重要 的作用, 所以交通系统的正常运行为灾后救援和人们自救提供保障。
软弱地基, 在 强烈的地震作用下, 产生不均 匀沉陷和砂土液化 等, 导致路基的沉降, 造成路面纵横 向开裂。这是地 震中路基 遭受破 坏的主要 原因。此 外, 路 肩与行 车道在 施工中 压实的 差异, 还有 老旧路 的 翻 新改 建 造 成 的 结 合 差 异, 都 会 导 致 路 基 路 面 的 破 坏[ 2] 。在不同的路基类 型中, 以 桥头路 基的 破坏最 为严 重, 根据 震害经验, 取基本烈度、路基土、场地 类别、地基失效程 度、路 基类 型、路基高程、设防烈度为震害因子, 并量化( 见表 3) 。
3. 2 桥梁系统薄弱环节分析
在小震情况下, 公路 桥梁 的 破坏 状态 为 基本 完好 和 轻微 破 坏, 其中 有 12 座桥梁 发生轻 微破坏, 这些 桥梁都 是建于 20 世纪 80 年代~ 90 年代, 其抗震性能 相对较差, 其余桥 梁均表现了 较好 的抗震能力。
在中震情况下, 共 11 座桥梁发生中等 破坏, 占 所计算的 桥梁 总数的 20. 7% , 其 他桥梁 除几 座基本 完好 外其 余仅发 生轻 微破 坏, 基本满足抗震要求。必要时需要 对这些桥梁 进行改造 加固或 新建。
在大震情况下, 公 路桥 梁发生 了轻 微破坏、中 等破 坏和 严重 破坏 3 种 状态。发生 中等破 坏的桥 梁共 24 座, 中等 破坏比 例约 为 45. 3% , 其他桥梁基本满足抗震要求。
从桥梁震害预测结论来看, 提出以下建议 : 1) 震害 预测表 明: 在 小震情 况下, 徐州市 重要桥 梁结构 基本 都是完好 的, 即使出 现局部 的轻微破 坏, 也会相 对很轻。中 震情 况下, 有 11 座 桥梁 发生 轻 微破 坏以 上 的震 害。在 大震 情 况 下, 45. 3% 的桥 梁已经 中等破坏 , 从 阪神地 震交通 系统震 害经验 看, 上述震害预测的情况 与神户 市对 外交通 几乎 中断 是一致 的。徐 州市属于 7 度地震 设防 区, 桥梁为 生命 线工程, 按 烈度 为 8 度稍 强预测, 从总体上看, 徐州市的桥梁结构能够保证抗震能力。 2) 桥梁震害受地基 条件影响较大, 而砂土液化是 导致桥梁震 害的基本因 素, 在地震 作用 下, 部分地 区将 会出 现中等 及严 重液 化, 使地基失效, 对于桥 梁的影响很大, 往往会导致桥 梁的严重破 坏或倒塌。
第 34 卷 第 22 期 20 0 8 年8 月
山西 建筑
SHA N XI AR CH ITECTU R E
V ol. 34 N o. 22 A ug. 2008
# 1#
#专家专稿#
文章编号: 1009-6825( 2008) 22-0001- 03
交通系统抗震防灾规划
苏经宇 苏君超
摘 要: 根据 徐州市城市建设综 合防灾规划大纲要求 , 给出了 徐州市规划区内交通 系统中建筑物、道路和桥梁 的震害预
1< H [ 2 1. 05
未设防 1. 00
3 8度 1. 05 粉土、细砂土 1. 1 Ó类 1. 10 中 1. 15 挖填结合 1. 30
2< H [ 3 1. 10
已有损坏 1. 20
4 9度 1. 15 分期施工路基 1. 2 Ô类 1. 30 重 1. 40 沿河路基 1. 35
H> 3 1. 40
测结果, 并在 此基础上结合建筑 物倒塌的瓦砾堆积情 况, 计算 了道路的通行可靠概 率, 对徐 州市交通系统的抗 震薄弱环
节提出了减灾对策及建议。
关键词: 可靠性, 交通系统, 通行能力
中图分类号: T U 352
文献标识码: A
1 交通系统震害预测方法
针对交通系统建筑 物的震害分析主要采 用有限元方法, 利用 现有的有限元分析程 序或者 自己 编制的 程序 进行 分析。具 体步 骤如下[ 1] :
收稿日期: 2008-03-26 作者简介: 苏经宇( 1955- ) , 男, 教授, 北京工业大学防灾减灾研究所, 北京
苏君超( 1982- ) , 男, 北京工业大学硕士研究生, 北京 100022
100022
#2#
第 34 卷 第 22 期 2 0 08 年 8 月
山西建筑
为分界数, 即当震 害指数 小于 0. 15 时, 为 基本完 好; 当震害 指数 介于 0. 15 和 0. 30 之间时 , 为轻微破坏; 当震害指数大于 0. 30 时, 为中等破坏, 具体见表 5。
平均震害指数 0. 10 0. 30
0. 50
在 交通系统网路的震害预测中, 需要计算每 条路段的 通行概 率, 本文 考虑这 种通行 概率由 三部分 组成, 就是道 路本身、桥梁 , 还有路边建筑倒塌瓦砾的影响。
计算公路 路基路 面的震 害预测过 程如下[ 5] : 首先, 将收 集到 的道路进行参数分类, 主要依据表 3 的方式分别 列出每条 路段的 基本烈度、路 基土、场 地类 别、地 基失 效程 度、路基 类型、路基 高 程、设防烈度; 然后依 据表 3 的 量化标 准对 列出的 具体 参数 进行 量化; 最后利用公式计算出平均震害 指数[ 6] , 与分类 数值相比较 , 进而得出震害 的破 坏状 态。本次震 害预 测中 采用 0. 15, 0. 30 作
3) 引桥和主桥相比抗 震能力比较低, 建议在今后的 地震区桥 梁的抗 震设计中引桥和主桥采取同样的设 防标准, 否则地 震时引 桥的破坏同样会导致主桥丧失功能。
4) 对于市区内的部分 小桥都会发生中等 破坏以上的震害, 所 以震后 可能会造成部分道路的中断, 建议对一些 关键的桥 梁进行 维修加固, 或是增建道路, 为震时救灾工作提供更大的空间。
通过对单体道路震害 预测结果的分析, 可以发现徐 州市高速 公路和 快速路能 够抵 抗大 震 的侵 袭, 大震 发 生后 表 现为 轻微 破 坏, 基本上可以正常运 行, 同时 高速公 路是 本市与 外界 连接 的重 要通道, 高速公路的正常运行为灾后 外界救援物 资的及时 运送提 供保障 。快速路 能否正常运行, 是决 定整个城市 灾后能否 快速恢 复的最主要因素 , 所以 必须 保障快 速道 能够 经受大 震的 破坏, 同 时快速道也是整个抗震减灾主干网的关键网络。
表 5 公路路基路面破坏等级划分表
破坏等级 基本完好 轻微破坏
中等破坏
震害描述
路面完好无损或出现少量裂缝, 不影响交通 运输
路基路面出现不同程度的裂缝、壅包、沉陷、 塌滑或喷砂冒水, 但一般车辆仍可正常行驶
路基路面出现比较严重的裂缝、壅包、沉陷、 塌滑或喷砂 冒水, 已 经影 响车 辆 的行 驶速 度, 交通运输量明显减少, 需要及时抢修
按结构 有限元分析计 算得 到的建 筑物 层间 变形为 主要 指标
的震害预测判别见表 1, 表 2。 表 1 框架结构震害等级与层间位移角的关系
基本完好
轻微破坏
中等破坏
严重破坏
毁坏
H[ 1/ 400 1/ 400< H[ 1/ 250 1/ 250< H[ 1/ 125 1/ 125< H[ 1/ 50 H> 1/ 50
主干道在经受 中震 的情况 下, 共有 4 条中 等破 坏, 不 影响 整 个交通 系统的运作, 但是在发生大 震情况下, 有 16 条发生中 等破 坏, 其中包括淮海西路、淮海东路、黄河西路等一些重要道路 。
次干道由于其路面材 料和路基等因素, 其抵御地震 的能力相 对较弱, 在发生大震的情况下, 50% 的次干 道发生中等 破坏, 整个 次干道系统几乎瘫 痪, 灾和 供水关 键节 点之 间的连 通、小批 救灾
从结构形式上看, 城市内的路段可以分为 以下两大类[ 3] : 1) 包含桥梁在内的路段。 这种路段相当于/ 路段单元0 和/ 桥梁单 元0的 串连。这样, 其 通行概率就相当于/ 路段单元0 和/ 桥梁单元0 的通行概率之积。 / 桥梁单元0 的通行概率规定见表 4。
表 3 公路路基路面震害预测量化表
震害因子 基本烈度 路基土 场地类别 地基失效程度 路基类型 路基高度/ m 设防烈度
1 6度 0. 20 坚硬土 0. 9 Ñ类 0. 9 无 1. 00 低矮路基 1. 00
H[1 1. 00 已设防 0. 90
2 7度 1. 00 黏土 1. 0 Ò类 1. 00 轻 1. 05 路堤路堑 1. 10
1) 根据收 集的 重 要建 筑的 竣 工图 资 料, 提取 结 构的 计算 参 数, 如结构各层 平面布置尺寸、梁柱截面尺寸 、各层混 凝土强度和 钢筋强度、场地类别等。
2) 建立结构 二维 或三 维有限 元模 型。结构 振动分 析模 型采 用杆系模型, 以梁、柱、剪力墙肢作为分析的基本单元。
3) 分析计算。由于重 要建 筑和重 点建 筑大 部分是 框架 和框 剪结构, 所以我们主要 根据 结构 的屈服 强度 系数或 变形 能力, 来 判断结构在设定地震烈度下的震害情况, 并给出 结构薄弱 层的位 置, 为今后的抗震加固提供直接的依据。
中震时, 高速公 路 基本 完好 0 条, 轻 微破 坏 4 条, 中 等破 坏 0 条, 快速道基本完好 0 条, 轻微 破坏 10 条, 中等 破坏 0 条, 主干 道基本完好 1 条, 轻微破 坏 51 条, 中等破 坏 4 条, 次干 道基 本完 好 17 条, 轻 微破坏 57 条, 中等 破坏 8 条 。
根据道路路基路面 及其网络震害预测原 理, 本文 编制了相应 的计算机程 序, 分别计 算了 在小 震、中 震和 大震 影响下 的徐 州市 规划区主要道路的震害和可靠性。