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地震中橋梁常見之破壞模式

  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

損傷模式

整體穩定性
  1. 落橋 (2至圖6)
  2. 結構傾斜(圖5、圖6)
  3. 沉陷、土壤液化(圖7)
橋面
  1. 橋面隆起(圖8)
  2. 縱斷面線型之折角、伸縮縫開離、錯動、落差、擠壓破壞 (9、圖10)
  3. 欄杆、緣石之錯開或彎折(11)
上部結構 (主梁)
  1. 主梁移位(圖12)
  2. 混凝土梁混凝土裂縫、剝離、鋼筋斷損 (圖13)
  3. 鋼樑挫屈、變形及斷損
支承/防落裝置
  1. 支承裝置受損、傾斜滑動(圖14)
  2. RC座受損、防落裝置受損(圖15-16)
橋墩 RC橋墩
  1. 混凝土橋混凝土裂縫、剝離、鋼筋斷損、挫屈、接頭破壞(圖17)
  2. 剪力破壞(圖18)
  3. 撓曲破壞(圖19)
  4. 撓剪破壞(圖20)
鋼橋墩

鋼鈑凹陷、鼓脹、裂縫及斷損

基礎
  1. 基礎結構破壞(圖21)
  2. 基礎傾斜、沉陷、殘餘水平變位
橋台
  1. 翼牆損壞、胸牆損壞、背牆損壞(圖22)
  2. 橋台傾斜位移、護坡坍滑
進橋版
  1. 傾斜位移、引道下陷(圖23)
  2. 結構受損
附屬設施
  1. 照明設施受損倒塌
  2. 外露管線受損、排水設施受損

圖2 埤豐橋落橋(斷層通過)

 

圖3 一江橋落橋(斷層通過)

 

圖4 名竹橋落橋(斷層通過)

 

圖5 石圍橋落橋(由於橋柱傾斜)

 

圖6 廣德橋橋柱傾倒

 

圖7 萬崙橋橋柱傾斜(由於液化)

 

圖8 台三線林森橋因擠壓而橋面隆起

 

圖9 光龍橋伸縮縫處開裂

 

圖10 台21線龍神橋伸縮處錯位

圖10 台21線龍神橋伸縮處錯位

 

圖11 台21線十八重溪橋護欄受損

 

圖12 東豐橋主梁移位(無止震塊)

 

圖13 炎峰橋主梁破壞

 

圖14 新溪南橋支承破壞

 

圖15 台21線陳有蘭橋防落裝置損壞

 

圖16 台8線長元橋防落裝置受損

 

圖17 炎峰橋接頭破壞

 

圖18 烏溪橋橋柱剪力破壞

 

圖19 烏溪橋橋柱撓曲破壞

 

圖20 信義橋橋柱撓剪破壞

 

圖21 烏溪橋基礎破壞

 

圖22 延平橋橋台破壞

 

圖23 台三線人和橋進橋版沉陷

 

 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。