台湾海峡跨海大桥抗震设计的思考

(总第93期) 2005年第3期

福 建 建 筑

Fujian A rchitecture&Constructi on

Vol・93

No3・2005台湾海峡跨海大桥抗震设计的思考3

卓秋林　卓卫东

(福州大学土木建筑工程学院　福州　350002)

摘　要:台湾海峡大桥是21世纪的一项伟大工程,由于台湾海峡所处的地质条件和台湾海峡跨海大桥的功能作用,台湾海峡大桥的抗震设计十分重要。本文分析比较了各种大跨桥型的抗震特点,并讨论了地震地面运动的空间性对各桥型地震反应的影响,进而提出了台湾海峡大桥在方案比选时应注意的一些抗震设计问题。

关键词:台湾海峡　桥型方案　抗震设计

中图分类号:U44215 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2005)03-0089-03

Con si dera ti on s of se is m i c D esi gn for Large-span Br i dges over the Ta i wan Stra it

Zhuo Q iu-lin　Zhuo W ei-dong

(College of Civil and A rchitectural Engineering,Fuzhou University,350002)

Abstract:The B ridge acr oss the Tai w an Strait is a great p r oject in21century1Because of the geol ogical structure of the l ocati on and the i m portance of the bridge,the seis m ic design of the bridge is very i m portant1The characteristics of earthquake resistance of different types of large-s pan bridges are compared in this paper1The effects of s patial variability of earthquake gr ound moti on on seis m ic res ponses of large-s pan bridges are als o discussed1Some considerati ons of seis m ic design for the bridge acr oss the Tai w an Strait in the stage of p r oject selecti on are p resented1

Keywords:Tai w an Strait;p r oject selecti on of bridges;seis m ic design

1　概述

台湾海峡位于中国大陆东南,连接于东海与南海之间,呈北东、南西走向,长度375k m,宽度约120～350k m,东北段较窄,西南段较宽。海峡地形总体上的特征是:西南(台湾浅滩)高,水深在10～30m之间;东北(台湾海峡盆地)低,水深在40～60m之间;东南部分则更低。澎湖水道最大水深为185m,台湾岛西南侧海底峡谷水深达200～1000m以上。台湾海峡的大地构造位于欧亚板块东角边缘,属东海大陆架的一部分,处于菲律宾板块和欧亚板块碰撞带中的前沿后侧,居于板块内部。台湾海峡的地质构造为不对称状、西北高而东南低的半堑型断陷盆地,其边界的主要断层大都为平行海峡的北东向断层,盆地南北两端为北西及东西向断层所切割。台湾海峡的大构造特征以及历史和现状地震特征,都说明了台湾海峡地震属于浅源地震,震源深度只有几十千米。

由于台湾海峡的断层基本上都是平行海峡的北东向断层,因此,海峡大桥工程的部分桥跨不可避免会穿越这些断层,而这些断层对台湾海峡大桥的抗震是极其不利的。这就要求台湾海峡大桥在方案比选时就需要考虑抗震设计的问题,以保证大桥在地震作用下保持其应有的功能。本文通过对各种大跨桥型抗震特点的分析比较,以及地震地面运动的空间性对各桥型地震反应的影响分析,探讨了台湾海峡大桥在方案比选时应注意的一些抗震设计问题。

2　大跨桥梁的震害

台湾海峡大桥是跨海大桥,其方案的选择只能是大跨度桥梁。大跨桥梁因结构上的柔性,一般具有较好的抗震性能。尽管如此,在最近的几次中强地震中,历来声誉较好的大跨度桥梁也有不少遭受震害的实例,主要表现为边跨脱落、支承系统以及细部结构破坏等。例如,在1989年美国的Loma Prieta 地震中,奥克兰海湾大桥引桥公路桥面脱落;在1995年阪神地震中,位于震区的四座大跨度桥梁也发生了不同程度的震害,其中西宫港大桥(主跨252m的钢系杆拱桥)第一跨引桥脱落,另一座主跨485m的斜拉桥边跨锚墩上的钢摇轴支座栓钉脱落,而主跨为1990m的明石海峡大桥,当时已完成的结构部分虽未见损伤,但桥塔和锚台均发生较大的位移;1999年台湾9121大地震中,一座斜拉桥的主塔根部也遭到严重破坏。

历史震害现象表明,对位于强震区的大跨度桥梁进行抗震设计是必需的。通过对大跨桥梁震害的进一步分析,可将其震害的起因分为以下几类[1]:

1)由于砂土液化、地基下沉、岸坡滑移或开裂而引起基础的破坏,从而导致桥梁的倒塌。

2)因桥梁结构形式、构造或连接措施不当而引起上部结构脱落等震害。

3)桥梁各支承点的地面运动不一致引起的震害。

4)桥墩本身抗震能力不足引起的破坏,包括强度和延性不足。

实际上,造成大跨桥梁震害的原因是复杂的,往往是由多方面的因素共同起作用。因此,在台湾海峡方案比选时就需要从抗震设计概念出发,认真研究不同桥型方案的抗震设计要点。

3　各种大跨度桥梁的抗震特点

连续刚构、拱桥、斜拉桥和悬索桥等桥梁结构形式均能实