2014年公路監(jiān)理師道路與橋梁考點:抗震設計思想

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　　橋梁抗震設計思想

　　在以上各國的抗震規(guī)范中，其共同點是在強震情況下不容許出現(xiàn)坍塌，但一定程度的損壞是可以接受的，即我們所說的“大震不倒，中震可修”，AASHTO 規(guī)范中定義了可接受的破壞程度，即指柱子中的撓曲屈服(沒有剪力破壞)，而且此破壞必須是可以檢測及修復的(在地面及水平線以上)，所有其它的破壞(指基礎、橋臺、剪力鍵、連接構造、支座、上部結構的梁及橋面板的破壞)都是不能接受的。這一定義被其它規(guī)范廣泛采用，尤其在撓曲破壞的類型方面。然而一些規(guī)范放松了對位置的要求，特別是容許在樁身、樁排架、橋臺臺背翼墻處的屈服。對強震的定義，即使在AASHTO規(guī)范中都很模糊，但一般認為是475年一遇的地震可稱為強震。在頻繁出現(xiàn)但規(guī)模小得多的情況下，要求橋梁基本上保持彈性運營狀態(tài)(無破壞)，對于這種狀態(tài)沒有特別的校核規(guī)定。?

　　明確要求或最起碼部分要求雙水準設計的規(guī)范有日本規(guī)范、Caltrans/ATC修正規(guī)范，所謂雙水準設計即“中震”作用下的截面承載能力設計和“強震”作用下的變形能力設計。每種情況都為二個不同的重現(xiàn)期定義了二套地震荷載，而且對橋梁在二種荷載情況下的性能作了明確的檢驗標準。在加州運輸部的規(guī)范中，對重要橋梁和一般橋梁在功能性評估地震(發(fā)生概率30%～40%)和安全性評估地震(現(xiàn)場可能發(fā)生的最大強度地震，重現(xiàn)期為1000年)作用下，可接受的破壞程度和使用狀態(tài)作了定性的規(guī)定。除日本外，所有規(guī)范的設計思想都是一種能力設計，最近美國應用技術委員會完成了一個科研項目(ATC-18)，查閱了世界各國公路工程抗震設計規(guī)范，并提出了改進美國公路橋梁抗震設計規(guī)范的若干建議，其中最主要的建議是要采用兩個水平的抗震設計方法。一般認為要求橋梁在強震時處于彈性狀態(tài)是不經濟的，而非彈性狀態(tài)是不可避免的，結構的極限承載能力用來將構件的內力限制在規(guī)定值內，然而相應的結構位移要求可能比較高，可能發(fā)生的特殊構件延性要求(如塑性鉸的轉動)，都需要對塑性鉸附近作專門的設計，以防止塑性鉸的破壞和結構的倒塌。所有基于能力設計的地震規(guī)范的一個共同特征是對構件細節(jié)的關心，以確保結構進入塑性變形后的整體性。歷次地震中發(fā)生的橋梁震害使人們認識到，要提高橋梁抗震能力不能單純依靠結構的強度，同時對增強結構的延性(變形能力)也應給予充分重視，從各國規(guī)范修訂中可以看到抗震設計的方法正從傳統(tǒng)的強度理論向延性抗震理論過渡。?

　　我國現(xiàn)行的橋梁抗震設計規(guī)范還很不完善，無論是鐵路橋或公路橋，還是采用基于強度設防基礎上的設計方法，即根據(jù)折減后的彈性地震反應進行抗震設計，而結構的延性要求沒有明確規(guī)定，僅從墩柱的箍筋配筋率及構造方面提出要求，以保證結構的延性。因此對我國現(xiàn)行震規(guī)進行修訂和補充，使其提高到一個新的先進水平已是刻不容緩。同濟大學土木工程防災國家重點實驗室橋梁抗震學科組在范立礎教授帶領下進行橋梁抗震研究工作已有20余年，研究的內容包括大跨度橋梁、城市立交及城市高架橋的抗震設計方法，橋梁的減隔震設計以及相應的計算機軟件的編制。90年代初在上海南浦大橋的抗震設計中，首次提出了二水平的抗震設計方法。之后，用同樣方法先后對20余座大橋、城市立交橋和城市高架橋進行了抗震研究，20余年來積累了很多科研成果，對橋梁抗震的設計思想也日趨成熟。在此基礎上于1998年開始，范立礎教授將正式主持“城市橋梁抗震設計規(guī)范”的制訂工作。?

　　減震和隔震設計思想是利用材料或裝置的耗能性能，達到減小結構地震反應的目的，是一種經濟有效的方法。近年來世界各國在結構的減隔震設計方面也做了很多研究，如彈性支座隔震體系是目前能采用的最簡單的隔震方法，其中普通板式橡膠支座構造簡單、性能穩(wěn)定，已在橋梁上廣泛應用，法國跨度320m的伯勞東納(Brotonne)預應力混凝土斜張橋的兩個塔墩頂上各用了12塊橡膠支座，該橋已通車20年，使用情況良好。另外幾種具有耗能裝置的橡膠支座也已有了研究成果，如新西蘭學者在1975年研制的鉛芯橡膠支座，我國袁萬城博士研制的利用弧形鋼板條耗能的橡膠減震支座等。聚四氟乙烯滑動支座是另一種應用得較多的隔震支座。通過選擇適當?shù)臏p隔震裝置與設置位置來達到控制結構內力大小和分布的目的。目前，減隔震和結構控制已成為工程抗震的熱點之一，在第9、 10、11屆世界地震工程會議上，減隔震和結構控制被列為對未來地震工程有重要影響的先進技術。