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路人@行者

一个散漫的路人,欣赏一路的风景; 一个匆匆的行者,收罗行走的乐趣......

 
 
 

日志

 
 

[原创] 桥梁 不是荣耀地标 应为灾难脊梁(30P)  

2011-03-23 22:40:24|  分类: 13桥梁工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  桥梁,承载着人类祈求沟通的心愿,鼓舞着人们追求跨越的梦想,一座功能明确、造型精美、技术先进的桥梁,建成以后往往成为一个地方的地标建筑,人们为之庆贺、为之欢呼!与此同时,张弛着力学之美的桥梁,每当灾难不期而至的时候,也很容易成为那场灾难的标志建筑,饱含几多伤痛、几许哀思!

桥梁 不是荣耀的地标 应为灾难的脊梁 路人@行者
  2008年5月12日14时28分,四川发生了7.8级的汶川大地震,顷刻间地裂城摧、生灵涂炭,作为抗震救灾生命线的都江堰至汶川公路损毁严重,救灾部队、人员和医疗、生活物资迟迟不能进入。这其中,地处漩口镇和映秀镇交界处的百花大桥桥面断裂、桥墩震毁,最终整体性倒塌。如今,残存的桥面及桥墩遗址,已成为“5.12”特大地震灾害的著名实体和宝贵遗迹。
桥梁 不是荣耀的地标 应为灾难的脊梁 路人@行者

桥梁 不是荣耀的地标 应为灾难的脊梁 路人@行者 阪神大震災で倒壊した阪神高速道路の高架橋。神戸市内の交通インフラは寸断され、都市としての機能は不全状態に陥った(写真:三島 叡)

  无独有偶,1995年1月17日晨5时46分,日本发生了7.2级的阪神淡路大地震,这场大规模直下型地震瞬间夺走了许多宝贵的生命,阪神高速公路桥梁、连接大阪神户的要道以及山阳新干线倒塌,公路和铁路网络被摧毁。这其中,位于神户市东难区深江地区的阪神高速公路上连续17个桥墩倾倒、635米桥面坍塌,其场面之壮观尤其令人触目惊心,无疑也成为了阪神淡路大地震的“地标”建筑。
桥梁 不是荣耀的地标 应为灾难的脊梁 路人@行者

  实事求是地讲,大地震中桥梁不受损坏是不可能的,但是在地震来临之时,如果能够保证墩台不倒塌、桥面不落梁,就可以极大地方便抢险救灾,同时最大限度减少灾区损失。灾情一旦发生,时间就是生命,而交通就是生命线。在日本,以下桥梁抗震办法十分常见:①钢筋砼墩柱:主筋直通墩顶,加密加粗箍筋或用钢板外包;②钢制墩柱:钢管中填砼及增加纵向筋;③增加防落梁措施:增强梁与柱、梁与梁之间的联系,并设置双重防落梁(水平和垂直方向);④减轻上部结构重量,砼桥面改钢桥面;⑤简支梁改为连续或多跨梁等。日本高架桥中的多层桥多、高桥多,为地震时避免直接和间接次生灾害影响,均需考虑抗震且抗震等级较高。对大跨径的桥梁均进行了特殊的动力分析,如地震时程分析、耐风振的模型实验等,确保安全畅通。
深江地区深江地区深江地区减轻桥面并加宽桥墩

橋脚の強化强化桥墩钢筋构造

落橋防止装置设置防落梁装置

免震ゴム支承の採用采用抗震支座

桥梁 不仅是荣耀的地标 更应为灾难的脊梁 - 路人@行者 - 路人@行者
桥梁 不仅是荣耀的地标 更应为灾难的脊梁 - 路人@行者 - 路人@行者
桥梁 不仅是荣耀的地标 更应为灾难的脊梁 - 路人@行者 - 路人@行者

  灾害是不能准确预测、无法真正制伏的,直面灾难,才是制服灾难的最好途径。在日本,除了结构抗震,各种各样的防震措施也十分周全,道路沿线的地震检测装置可以随时检测出可能发生的灾害,监控中心可以随时根据灾情及时采取科学对策并传达到每一个道路使用者。这其中,还有每隔一公里一对的“非常口”(紧急逃生门) ,就是灾害一旦发生时供道路使用者疏散、逃生的通道。值得敬佩的是,即便这样一种只有在紧急状态下才会偶然启用的设施,他们从材料选取、设备配置、使用便利、安全防护等各个环节都做得尽善尽美,甚至在紧急逃生门的出口,还醒目地标识出附近可供使用的避难场所的地图。

[原创] 走访阪神高速 看道路管理与交通管制(15P) - 路人@行者 1电视摄像机 2紧急照明灯 3道路信息情报板与道路信息广播 4综合防灾中心 5地震仪 6紧急逃生门 7紧急停车带 8紧急电话

[原创] 直视灾难 日本桥梁地震逃生装置详解 路人@行者
  看日本的桥梁,一般在梁下、在墩侧,总设置有花样繁多的楼梯。究其用途,主要分为三类:维护用楼梯、逃生用楼梯、观景用楼梯。下面这张摄于阪神高速道路株式会社办公楼前的照片中,图右侧近处的桥墩上设置了供桥梁维修养护的楼梯,而图中部不远处的桥墩上可以清晰地看到“非常口”——一种直达桥面供紧急避难时使用的楼梯。

  2011年3月11号日本发生了里氏9.0级的东北地方太平洋近海地震(日语:平成23年东北地方太平洋冲地震;英语:The 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake),日本气象厅称这是世界观测史上最高震级地震。美国加州理工学院13日发表报告指出,地震致使日本东部向北美洲方向移动了3.6米;意大利地球物理和火山研究所数据显示,此次强震使地球地轴发生了25厘米偏移;美国宇航局专家测算,日本强震推动地球转得更快,使每天缩短了1.6微秒;日本国土地理院19日发表数据显示宫城县的牡鹿半岛向东南方向移动了5.3米、下沉了1.2米......值得欣慰的是,在这场史无前例的浩劫面前,除陆前高田市与南三陆町之间的国道45号线上发现6座大桥因海啸倒塌(包括陆前高田市的气仙大桥、川原川桥和气仙沼市的小泉大桥等)外,桥梁已经不再是灾害的“地标”(截止3月21日20时50分,千叶、宫城县、岩手、东京地区共发现51个座桥梁出现损坏)。
桥梁 不仅是荣耀的地标 更应为灾难的脊梁 路人@行者

[组图] 日本九级大地震 海啸山崩路难行 路人@行者 左图:3月12日,位于日本茨城霞浦的鹿行大桥(右)因地震而倒塌,旁边一座在建中的大桥也受到波及。

  地震本非恶意,灾情更见人心。我们无法改变我们赖以生存的地球,但我们可以直面灾害尽可能降低损失。关于这一点,上至国家领导,下至黎民百姓,无不同仇敌忾、异口同声,我们也曾在灾情发生后齐心协力、共度难关,也曾有多少英雄事迹、感人至深。但仅有事后的感动那是远远不够的,认真思考一下事前能做什么才更为重要。
  按理说,我们的每一处桥梁工程都应该是当代人馈赠给子孙后代的宝贵财富,我们在建设阶段付出的每一份关心、每一份用心,都会在灾害来临时刻给道路使用者带来一份爱心、一份安心。可现实生活中,总有那么一些桥梁,即便地处地震断裂带附近,总会因为资金筹措的原因致使抗震措施不到位、因建设工期的原因致使防震设施不周全,甚至因局部利益的诉求而降低工程品质。5.12大地震过后,我们也曾轰轰烈烈地走了一个过场,但许多在建工程、已建工程最终因投资体制等原因未能筹集到足够的专项治理经费,一座座饱含着社会大众沟通心愿与跨越梦想的建筑地标,一旦面临灾害,极有可能面对着大家那份希冀、盼望的眼光而轰然倒地。
  中国,同样属于多地震的国家,我们在建设,我们在发展,我们更应该珍惜我们的家园,珍惜我们的生命。我们衷心地希望,中国的桥梁不仅是繁华时期的荣耀地标,更能成为灾难时刻的坚强脊梁!!


参考资料:日本阪神.淡路大震災之探討(Ⅰ)──交通運輸系統
陳振川、張國鎮 台灣大學土木工程學系

  1995年元月十七日之日本阪神.淡路大震災,造成工程結構物重大損壞。本文將就交通建設(包括橋梁與車站等)之損壞進行介紹與原因探討,並提出結論與建議。此次大地震之特色為:
  (1)規模達7.2級,使神戶地區之最大地表加速度,水平方向達817.8gal,垂直為332.2gal(一般設計水平最大為400gal,垂直不考慮);
  (2)發生於都市人口交通密集區之垂直型大地震;
  (3)發生於活動斷層上,在沖積層與填海地區有嚴重之土壤液化現象,地震波之活動與當地地質有密切關係;
  (4)火災等二次災害,造成嚴重之人命財產損失(5,500人死亡,16萬間房屋倒塌,財務損失超過一千億美元)。

  大地震所造成之交通建設破壞衝擊則為:
  (1)神戶地區交通網密集於背山面海之狹長地區,不論公路、鐵路(含高速鐵路)、捷運等建設均遭到嚴重損害,對外交通幾乎完全中斷,並影響救災活動。
  (2)百餘年建造,日本第二大港之神戶港的護岸、防波堤、碼頭、貯存設施(總數415座,其中25%傾斜受損)、吊運起重設施、閘門等,遭到全面性破壞,使神戶港的運輸完全成為停頓狀態。

  至於對交通工程建設上之重大影響,則包括了:
  (1)阪神高速公路因多處嚴重損壞而封閉,包括深江地區由17支鋼筋混凝土墩柱支撐長達635公尺之橋梁,全數傾倒;
  (2)於1994年四月啟用,以最新規範(1990年)設計具各類新型橋梁之阪神高速公路灣岸線,亦有數座橋梁受損,全線無法通行;
  (3)地下結構物(車站等)與共同管溝等,亦首次於世界地震破壞紀錄中嚴重毀損;
  (4)結構物基礎施工是否妥當,嚴重影響地震中之結構損害。

  本文特就各項交通設施結構損壞之狀況與原因,依項探討於後。

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  公路橋梁
  如圖一所示,為公路橋梁之主要震害分布,其中最嚴重者為聯接大阪與神戶地區之阪神高速公路3號神戶線(約在1970年完成)與1994年初才通車使用之阪神高速公路5號灣岸線。另有名神高速公路、國道2號、43號與171號公路亦有不等規模與程度之損壞。主要破壞之情況包括:鋼筋混凝土橋墩之剪力破壞、鋼筋混凝土橋墩之撓曲破壞、簡支橋桁之落下、橋墩傾斜或下沉、支承破壞、橋桁端移動等現象。
  依據日本道路公團之調查顯示,共有九處發生落橋(見圖一),造成上部結構之損壞並阻絕交通。落橋發生原因主要為大梁移動位移太大、橋墩傾斜、防止落橋裝置破壞等(見圖二),而主要原因為支承部之損傷。橋梁現地調查指出,支承部位之損害均為硬碰硬型式之金屬支承(見圖三),橡膠支承則幾乎未受損傷,這也是目前復建工作大幅採用橡膠支承替代之原因。
  日本松井保教授調查顯示,橋梁下部結構受土壤液化影響其結構行為,這些現象特別發生於海岸邊之橋梁。圖四顯示其所調查損害橋梁,均與橋墩周圍之土壤液化、邊坡崩壞有密切關係(例如:灣岸線西宮港大橋之落橋)。
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  另外,在橋墩損壞方面,受損較嚴重之橋墩約有500支,全地區約有13%之鋼製橋墩受損,鋼筋混凝土橋墩則約占14%。值得重視的是,損害橋墩中的83%是依據1964年或以前之日本橋梁設計規範所設計,依據1971年規範設計者占7%,1980年為8%,1990年則為2%。這些統計資料顯示,依據1980年以後耐震規範設計者損壞比例較少,但顯示仍有相當改進空間。
  除支承損壞外,部分鋼橋亦發生橫梁挫屈(見圖五)與鋼拱構材挫曲(見圖六)現象,並有鋼橋墩發生嚴重挫屈壓垮(見圖七)及鋼索鬆脫之情形(見圖八)。惟整體而言,以鋼結構建造上部結構較輕之橋梁損壞較輕,而頭重腳輕之單柱型混凝土結構之損害較為嚴重。
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  阪神高速公路神戶線深江地區橋梁崩塌探討
  位於神戶市東灘區深江本町附近,橋長635公尺,採用PILZ工法(蘑菇狀工法)之17座RC橋墩全數崩倒(圖九,見封面裡),令世人觸目驚心。日本《產經新聞》自二月八日起,有連續五篇專文探討;日本道路公團並於當時成立「應急對策檢討委員會」以進行調查,並協助擬定對策。今依參考資料1、3、5顯示,此段橋梁崩塌原因,可包括以下四點:
  (1)倒塌位置靠近活斷層,地表加速度大。惟左右兩側30公尺高層建築均安然無恙,顯示高地震加速度並非惟一之因素。
  (2)為配合日本萬國博覽會之開幕而急於1970年二月通車。住有建設引入德國之PILZ工法以加速施工。和其他工法比較,本工法墩柱之上部結構重量較大。日本工程界檢討指出,由無地震考量之德國引入之工法,可能不適於強震地區之日本。
  (3)施工不良。由現場結構檢測發現,部分橋柱施工時模板(或柱筋)不正,致橋柱兩側保護層厚度厚薄不一,影響RC耐久性。鋼筋熔接於同一高程,而且品質亦可能不佳。混凝土有鹼骨材反應,而有垂直承載強度減損。部分橋柱表面層僅有砂漿,混凝土品質不均勻。鋼筋變化處過於突然,應力傳遞不佳;混凝土中,發現留置其中之木塊。檢測結果顯現,此項僅以一年十個月完成之橋段,施工過於匆促,影響品質。
  (4)設計問題。採用1971年前之耐震設計基準,對於地震力之考量不足,箍筋配置與抗剪能力均有所不足。
  因此,依據參考資料1指出,此段橋墩受損之機構推測如圖十,顯示於鋼筋量變化處先產生撓曲裂縫(圖a~b),再逐次因結構左右振動而發展成斜向剪力裂縫(圖(c)),並因保護層混凝土剝落與變位之加大,使瓦斯壓接處之主鋼筋斷裂,終於導致上部結構之傾塌(圖d~e)。日本復建速度頗快,本部分橋梁結構,預計於八月中旬即可完成復建工作而再使全線通車。

  鐵路橋梁
  鐵路橋梁震害的分布,包括日本鐵道JR(山陽新幹線、車海道本線、山陽本線、福知山線)123公里、阪急電鐵、阪神電鐵、神戶電鐵、山陽電鐵、神戶高速鐵道、神戶市營地下鐵、神戶新交通(中運量捷運系統)等單位,合計296公里交通之斷絕,各民營公司均有不等程度之橋梁損壞。幸因地震發生時間較早,使用極為頻繁忙碌之鐵路系統僅有5位乘客重傷與36位輕傷,工作人員則有3位死亡與一位輕傷。
  至於鐵路橋梁損壞情況,則包括鋼筋混凝土柱剪力破壞、橋版掉落、橋台柱剪力破壞、簡支梁之掉落、兩層高架柱之剪力破壞等。鐵路橋梁與設施損壞可謂相當嚴重,然而在建設省於二月十七日確定補強準則(即以1990年頒布之道路橋示方書耐震設計標準,再加上本次大地震地表加速度之考量)後,各單位即發揮民營公司之「時間即是金錢」精神,全力投入補強復舊工程,各項鐵路運輸系統除仍有民間鐵路30公里外,終能再於四月八日恢復營運。

  地下構造物
  此次直下型地震所引致之地下構造物破壞,極受各界矚目。依工程設計實務,地下結構物耐震設計標準均遠低於地表結構物;在世界歷次大地震中,亦鮮少見到地下結構物之破壞,惟本次地震亦有部分地下結構物損壞。其中,有隧道十餘公里受損封閉檢查,惟僅有輕微受損,損傷比較嚴重者為下述之車站。40公分,4公尺高)全部破壞(見圖十一);地面寬30公尺、長100公尺之區域發生沈陷,沈陷最深處達3~4公尺(見圖十二)。依中間柱挫屈壓壞狀況觀察,顯示當初垂直荷載設計考量不足。
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  神戶地下鐵三宮車站
  三宮車站覆土約3公尺,為地下三層之鋼筋混凝土結構物(見圖十三),也採用明挖覆蓋工法。地下一層與二層之機械室,30支鋼筋混凝土矩形柱(90×70公分,4公尺高)發生挫屈壓壞,保護層剝離,鋼筋外露。垂直荷載設計似亦考量不足。

  神戶高速鐵路大開車站
  大開車站覆土為4.8公尺,是地下二層之鋼筋混凝土結構物,採用明挖覆蓋工法(cut-and-covermethod)施工。車站地下一樓之一矩形柱(70×40公分,2.6公尺高)挫屈壓壞,數支柱混凝土剝離鋼筋外露。地下二層車站中間矩形支柱25支(100×

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  復舊加固對策
  日本對此次震災後的各項橋梁復建速度極快,地震發生後各項加固復舊工作即刻展開。拆除作業亦連夜進行,支撐加固設備並由各處運至工地,使崩垮橋梁儘速清理(圖十四,見封面裡)。快速作業有其必要,其目的在於:
  (1)爭取時間,避免後續餘震引致受損之橋梁再倒塌,造成更大之人命財產損失;
  (2)使橋下交通流暢與安全,便利救災工作進行;
  (3)避免開裂構件因環境溫溼度影響及外物滲入(雨水等),影響鋼筋混凝土構造物之耐久性;
  (4)儘速修復,提早營運;
  (5)減少神戶地區百姓震災陰影造成之心理壓力。

  針對結構物損壞,日本建設省於二月二十七日提出各項主要對策,包括:
  (1)混凝土橋墩全柱箍筋補強,鋼橋墩則於其內填充至頂之混凝土,以增加橋墩之韌性。
  (2)使用橡膠支承或減震支承,以消減地震能量。
  (3)確保橋墩帽梁有足夠寬度,配合防止落橋裝置使用以避免落橋發生。
  (4)考慮軟弱地盤與地質之影響。
  (5)使用電腦分析地震時橋梁之動態行為,並考量垂直地震力之影響。
  (6)避免柱鋼筋量變化突然,原切斷筋仍配置至柱頂部。

  結論與建議
  綜觀這次日本阪神大地震所造成的災害,筆者們於實地考查、了解之後,對於國內公共工程建議,提出以下的看法。
  一、重要結構物應加強耐震設計:
  (1)跨越公路、高架橋梁或鐵路之高層橋梁,應提高耐震設計標準,以避免崩垮後,造成更大之交通阻礙。
  (2)貯放易燃性、污染性材料之碼頭與貯存槽亦同,以避免造成二次污染。
  (3)凡不符合現有規範之橋梁,均應加以耐震補強,否則終難逃一劫。
  二、施工方式、品質與細部(耐震)設計,均與結構物之耐震能力密切相關,均應納入考量。即若以營建工程品質見長於世界之日本,在1970年代大興土木之際,亦發生施工品質不佳之狀況,值得國人參考。
  三、應從隔減震方式考量結構設計,使耐震設計合理可行。
  四、垂直地震效應之影響應適度,反映於現有耐震規範中。
  五、區域性土壤與地質特性影響(土壤液化、地震放大效應、斷層影響等),應納入耐震設計與分析。
  六、填海造地之人工島或港區之填埋過程與使用,應就耐震問題嚴加考量。
  七、地下結構物之耐震設計標準應再予探討。地下結構物設計之考量應就其形狀、尺寸、材質、施工法、土壤等做綜合考量。
  八、海邊之橋墩設計應就海邊護岸、側坡、土壤液化、海水入侵等,做合理考量。
  九、產官學界應持續深入追蹤,了解日本在規範方面之修訂作業與工程技術提升之努力。


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