本文目的為以921地震橋梁震害相片為例,說明地震中常見之破壞模式。橋梁主要由橋跨結構(主梁)、支承系統、橋墩、橋台和基礎等結構構件組成,其傳力系統也是依循這些構件,所以地震中常見的破壞模式包括整體的穩定性喪失,以及各構件的損傷。
橋梁主要由橋跨結構(主梁)、支承系統、橋墩、橋台和基礎等結構構件組成,所以地震中常見之破壞模式,包括整體橋梁的穩定性喪失,以及各構件的損傷。其中我們最不願意見到的破壞模式就是穩定性突然喪失引致之落橋,所謂的落橋就是橋跨結構(主梁)突然崩塌,這樣的破壞模式容易導致橋上的人員傷亡,所以橋梁耐震設計的目標就是避免這樣的破壞模式,其他的破壞模式包括橋面的損傷,橋墩的損傷,橋台的損傷等等,只要不落橋,這些損傷都可以消散地震的能量,只是地震過後為了行車安全,以及避免下次地震或餘震再來時落橋的可能性,橋梁也得進行維修、補強或重建。
表1所示為常見的震損橋梁破壞模式,其中各構件所在位置可參考圖1所示之梁式橋構件示意圖。此外,為便於說明,本文以九二一地震震損橋梁相片為例[1-2],簡述梁式橋常見之破壞模式。
常見之橋梁破壞模式中最嚴重者為整體穩定性喪失,如落橋,圖2至圖6所示為數座921地震時發生落橋的橋梁,橋梁經過斷層將難以避免落橋,橋墩傾斜或傾倒等,此類破壞模式也是921大地震造成落橋最主要的原因。其他橋梁構件的損傷,包括在橋面上即可觀察到之橋面隆起(圖8)、伸縮縫開離、錯動(圖9-10),欄杆、緣石之錯開或彎折(圖11)、進橋板引道的下陷(圖23)等,這些也是常見的震損模式,這類的損傷比較沒有立即的危險,但會影響行車安全,所以若地震後橋梁發生此類的損傷也須暫時封閉交通,進行緊急的維修。其他得到橋下才觀察得到的損傷包括主梁的移位(圖12),主梁結構的損傷(圖13),如混凝土裂縫剝離、鋼筋斷損挫屈等,支承裝置受損、滑移(圖14),防落裝置的損傷(圖15-16),橋墩結構的損傷(圖17至圖20)、基礎(圖21)、橋台結構(圖22)的損傷等。上述這些結構都屬於橋梁的主要結構,也就是橋梁主要的傳力系統,若其嚴重損傷,也將提高整體橋梁落橋的可能性。所以地震後的檢測即是判斷這些構件的損傷程度,以決定震後是否需進行維修補強或重建。
表1 震損橋梁破壞模式
構件
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損傷模式
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整體穩定性 |
- 落橋 (圖2至圖6)
- 結構傾斜(圖5、圖6)
- 沉陷、土壤液化(圖7)
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橋面 |
- 橋面隆起(圖8)
- 縱斷面線型之折角、伸縮縫開離、錯動、落差、擠壓破壞 (圖9、圖10)
- 欄杆、緣石之錯開或彎折(圖11)
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上部結構 (主梁) |
- 主梁移位(圖12)
- 混凝土梁混凝土裂縫、剝離、鋼筋斷損 (圖13)
- 鋼樑挫屈、變形及斷損
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支承/防落裝置 |
- 支承裝置受損、傾斜滑動(圖14)
- RC座受損、防落裝置受損(圖15-16)
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橋墩 |
RC橋墩 |
- 混凝土橋混凝土裂縫、剝離、鋼筋斷損、挫屈、接頭破壞(圖17)
- 剪力破壞(圖18)
- 撓曲破壞(圖19)
- 撓剪破壞(圖20)
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鋼橋墩 |
鋼鈑凹陷、鼓脹、裂縫及斷損
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基礎 |
- 基礎結構破壞(圖21)
- 基礎傾斜、沉陷、殘餘水平變位
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橋台 |
- 翼牆損壞、胸牆損壞、背牆損壞(圖22)
- 橋台傾斜位移、護坡坍滑
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進橋版 |
- 傾斜位移、引道下陷(圖23)
- 結構受損
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附屬設施 |
- 照明設施受損倒塌
- 外露管線受損、排水設施受損
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圖2 埤豐橋落橋(斷層通過)
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圖3 一江橋落橋(斷層通過)
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圖4 名竹橋落橋(斷層通過)
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圖5 石圍橋落橋(由於橋柱傾斜)
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圖6 廣德橋橋柱傾倒
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圖7 萬崙橋橋柱傾斜(由於液化)
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圖8 台三線林森橋因擠壓而橋面隆起
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圖9 光龍橋伸縮縫處開裂
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圖10 台21線龍神橋伸縮處錯位
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圖11 台21線十八重溪橋護欄受損
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圖12 東豐橋主梁移位(無止震塊)
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圖13 炎峰橋主梁破壞
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圖14 新溪南橋支承破壞
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圖15 台21線陳有蘭橋防落裝置損壞
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圖16 台8線長元橋防落裝置受損
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圖17 炎峰橋接頭破壞
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圖18 烏溪橋橋柱剪力破壞
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圖19 烏溪橋橋柱撓曲破壞
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圖20 信義橋橋柱撓剪破壞
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圖21 烏溪橋基礎破壞
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圖22 延平橋橋台破壞
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圖23 台三線人和橋進橋版沉陷
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參考文獻
1. 張國鎮,1999,九二一集集大地震全面勘災報告-橋梁震害調查,國家地震工程研究中心報告,報告編號:NCREE-99-055
2. 國家地震工程研究中心、林同棪工程顧問股份有限公司,2004,橋梁震後特別檢測與緊急補強作業研究報告,高公局委託研究計劃。