汶川地震百花大桥震害分析

收稿 日期 ：２ ０ １ ４— ０ ９— ２ ３ 修改稿收到 Ｅ ｌ 期： ２ ０ １ ４— １ ２— ０ ５ 第一作者 宋飞 男 ， 博士生 ， １ ９ ８ ４年生
通信作者 李建 中 男 ， 博士 ， 教授 ， １ ９ ６ ３年生
振 动 与 冲 击
２ ０ １ ５年第 ３ ４卷
２ ． ４ 桥 台
１ 结构概 况和主要震 害
１ ． １ 结构概 况
秀 匕 Ｊ Ｊ Ｊ 断裂带的下盘 ， 该桥距离微观震 中 １ ０ ． ６ ｋ ｍ， 距地 表破 裂 带 的最 近 距 离 １ ． ５ ｋ ｍ， 在地 震 中 遭 到严 重 破坏 ， 第五联发生了整体倒塌（ 如图 １ ） ， 其他多联也发 生了梁体 的位移 、 转动 ， 墩柱压 溃、 开裂以及挡块 、 支座
因素。
关 键词 ：汶川地震 ； 百花大桥 ； 震 害分析 ； Ｉ Ｄ Ａ
中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ２ ． ５＋５ 文献标志码 ：Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １Ｖ ８ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ８ ． ０ ２ １
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座、 钢筋混凝 土挡块 、 伸缩缝和 桥台等构件非线性力学 性能的数值模 型 ， 采 用距桥址 最近 的卧龙 台记 录 ， 使用 增量 动力 分 析法 （ Ｉ Ｄ Ａ） 对其进行分 析 ， 结果表 明 ： １ ８跨牛腿搭 接长度偏小是直接导致 ５联发生整体倒塌 的原因 ， 而不合理 的支座布置 方式导致双 柱式 固定墩无法共 同受力 ， 使一侧 桥墩过早发生严重损伤从 而无 法为主梁提供足够的纵 向约束也是 不可忽视
（ 第ｌ ８ 跨间） 采用牛腿构造搭接。平面上大桥第一联 位于 Ｒ＝ １ ５ ０ ｍ左偏圆曲线内 ， 第五联位于 Ｒ＝ ６ ６ ｍ右 偏圆曲线内。总体布置如图 ２ 所示。 ２ ＃ 、 ７ ＃ 、 １ ２ ＃ 、 １ ６ ＃ 与１ ９ ＃ 墩为 固定墩 ， 两侧墩顶分别
设 置纵 向滑 动 支 座 与 固定 支 座 ， 各 交界 墩 （ 包括牛腿 ）
暑 ， 器
式中根据填土类型采用不 同的等效刚度。
力
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ｔ ／ ｓ
ｔ ／ ｓ
（ ａ ）Ｅ Ｗ向加速度时程曲线 （ ｂ ）Ｅ Ｗ向加速 度反应谱
１ ｔ ／ ｓ
振 第３ ４卷第 ８期
动
与
冲
击
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ Ｉ ＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
汶 川地震百花大桥 震害分析
宋 飞 ，李建 中 ，管 仲国
２ ０ ０ ０ ９ ２ ）
（ 同济大学 桥梁 工程系 ， 上海
摘 要 ：以在汶川地震中遭到严重破坏的百花大桥为研究对象， 结合其震害建立了考虑墩柱、 系梁、 板式橡胶支
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模拟 见本 文 ２ ． １ 、 ２ ． ２节 所述 。图 ９中所 示 为 ２ ０ ＃ 桥 台 有 限元 模 型示 意 图 。
桥 台作 为支 承桥 梁上 部 结 构 并 与路 堤 相 衔 接 的结 构物 ， 在 历次 地震 中均表 现 出较 为 严 重 的震 害 ， 如桥 台 倾 斜滑 移和 护 坡 垮 塌 、 上部 结 构 和 桥 台 碰 撞 导 致 的 台 身 强度 破坏 等 。汶川 地震 中百 花 大 桥 的桥 台也 发 生 了 较 为严 重 的损伤 ， 震后 调 查 发现 ， ０ 撑 桥 台肋 板 开 裂 ， ２ ０ ＃ 桥 台背 墙及 挡墙 出现 了破坏 。 强烈地 震会 导 致 桥 台发 生 破 坏 ， 桥 台响 应 又会 对
川 地震 震 中 ２ ２ ． ２ ｋ ｍ， 断层 距 和震 中距 与百 花大 桥 最 为
全桥的地震反应产生影 响， Ａ ｖ ｉ ｒ ａ ｍ等 对 比了桥台采 用 不 同模 拟方 法 时 全桥 的 非 线 性 地 震 反 应 结 果 ， 认 为
地 震 作用 下桥 台 行 为 对 全 桥 的 地 震 反 应 有 显 著 影 响 ，
Ｓ Ｏ ＮＧ Ｆ ｅ ｉ ，Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ － ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ，ＧＵ Ａ Ｎ Ｚｈ ｏ ｎ ｇ — ｇ ｕ ｏ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｔ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ２ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
等 的破 坏 。
百花大桥又称 牛圈沟高架桥 ， 位于映秀镇下游 约 ２ ｋ ｍ处 ， 建成 于 ２ ０ ０ ４年 ｌ ２月 ， 全 桥长 ４ ９ ６ ｍ， 桥宽 ８ ｍ， 墩高最大为 ３ ０ ． ３ ｍ， 最小为 ７ ． １ ｍ 。上部构 造分为 ６
联， 跨 径 组合 为 ４×２ ５＋５×２ ５＋５ Ｏ＋３×２ ５＋５×２ ０＋ ２× ２ ０ ｍ， 除第 ３联 采 用 简 支 Ｔ梁 外 ， 其余 各 联 均 为 连 续 梁 空心 板 ， 第一 、 二联 （ 第 ５跨 间 ） 与第 五 、 六 联 之 间
现行 的 Ｃ Ａ Ｌ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ Ｓ抗 震 设 计 标 准 （ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｃ ｉ ｒ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ， Ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ １ ． ７ ， ２ ０ １ ３ ） ¨ 。 。 中对 “ 背墙一 填 土 ” 体 系 的力 一 位移关 系 进 行 双 线 性 简 化 （ 如图 ８ ） ， 在 等 效 公
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３ 地震动选择及 工况设置
数值 模 拟采 用 卧龙 波 （ 国家 强地 震 台 中心 ２ ０ ０ ８年 ５月 １ ２日 １ ４时 ２ ８分 ４秒 汶川 地震 在 汶 川 卧龙 台获 得 的加 速 度 时程 记 录 ） 作 为 地 震 动输 入 。 因为 在 汶 川 地 震所 有 获得地 震 波 的台站 中 ， 卧龙 台 （ Ｎ ３ １ ． ０ 。 Ｅ ｌ ０ ３ ． ２ 。 ） 距 离百 花 大桥最 近 ， 约２ ６ ． ７ ｋ ｍ， 距断层 １ ． ０ ９ ｋ ｍ， 距 汶
在汶 川地 震 中受 损 的 所 有 桥 梁 中 ， 百 花 大 桥 距 离
微观震源距离最近， 结构损伤严重 ， 其震 害特征具有梁 式 桥震 害 的代 表性 ， 深 入 研究 百花 大 桥 震 害 表 现 ， 对 总
基金项 目：国家 ９ ７ ３项 目（ ２ ０ １ ３ Ｃ Ｂ ０ ３ ６ ３ ０ ２ ）
发生 于 ２ ０ ０ ８年 的“ ５ ． １ ２ ” 汶 川 大 地震 中 ， 大量 的桥 梁 受损 或 破坏 ， 不仅 造 成 了巨 大 的经 济 损 失 ， 也 严 重 影 响 了应 急 救灾 工作 。 百 花大 桥是 一 座 典 型 的曲线 连续 梁 桥 ， 位 于 映
结梁式结构桥梁 的抗 震经验教训 ， 提高梁式体 系桥梁 的抗震 设计 水平 ， 具 有重 要 意义 。
接近 ， 可 以考虑 断层 和震 源对 地震 动 特征 的影 响 。 汶川 卧龙 波各 方 向分量 的加 速 度 时 程 曲线 和 阻 尼
比０ ． ０ ５条 件下 的反 应谱 曲线 如 图 １ ０所 示 。
特别是对 中小跨径桥梁进行地震反应分析时 ， 考虑桥
台 的非线 性 刚度 非常 必要 。