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2013年6月第6期
城市道桥与防泆
桥梁结构97
现代城市桥梁抗震性能评估及其安全对策
刘鑫
上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海20002
摘要:我国是地震频发的国家,唐山汶川、玉树等地震给人民的生命财产造成了严重的损失。由地震引起的城市桥梁结构破坏
除了造成直接损失外,还会切断救援生命线,致使救援队伍和救授物资难以及时到达灾区,严重影响了灾后的救授工作。该文就
现代城市桥梁的抗震性能评估方法和桥梁抗震设计的安全对策进行探讨,希望能够给以后的桥梁建设工作提供一些借鉴。
关键词:现代桥梁;抗震性能评估;安全对策
中图分类号:U442.55文献标识码:B文章编号:1009-7716(2013)06-0097-02
不佳。第二类是在1977-2008年修建的,这类桥梁
0前言
修建时是按照1977年及1989年年颁布的《公路桥
随着经济的不断发展和城市人口的加速增长,梁抗震设计规范》修建的。这类桥梁虽然考虑了抗
人们对由城市道路桥梁构成的交通线的依赖性在震设防,但是还存在各种结构损伤,不满足现行规
不断增强。当交通受到破坏时,就会给人们的生命范的要求。第三类是按最新《公路桥梁抗震设计细
财产带来严重的损失。纵观历史上的大地震可以则》和《城市桥梁抗震设计规范》的抗震设计要求
发现,有好多次都是发生在城市之中,比如我国的设计并修建的桥梁。这类桥梁在修建时充分考虑
唐山大地震、美国的旧金山大地震、日本的十胜冲了抗震性能,但经过一段时间的运营使用后,需要
大地震等。发生在城市中的地震会导致建筑物和加强监测与维护。因此对现有桥梁进行抗震性能
桥梁的倒塌,而桥梁的倒塌会导致救援队伍无法评估,并采取适当的抗震加固措施,是极为必要
及时到达灾区,大量的救援物资也难以及时运送的,且具有重要的意义。
到需要的地方;灾后救援工作不能顺利进行使受
灾人员难以在最快的时间内脱离危险,增加了射2能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的应用
灾难度,扩大了人民的生命财产损失。因此,对现
般情况下,桥梁抗震性能的评估分为两部
代城市桥梁进行抗震性能评估及有效的抗震设分,一部分是桥梁在地震作用下的反应评估;另
计,并采取一定的安全对策具有极其重要的意义。部分是桥梁所具有的抗震能力的评估。通常通过
↑城市桥梁抗震性能的现状和桥梁抗震性硚梁的结构强度、位移延性、刚度等参数指标来确
定桥梁在特定震动下的抗震性能。桥梁结构抗震
能评估重要性
性能评估是工程抗震学科的重要组成部分,是抗
据统计表明,我国现状有几十万座桥梁。在这击地震这一自然灾害,减轻地震损失的重要环节。
几十万座桥梁中,大约有60%的桥梁位于地震强在抗震性能评估中,位移延性是重要的指标之一,
度在七级以上的地区,其中又有相当大比例的桥以 Pushover分析为基础的能力谱方法能够考察结
梁位于城区中心和近郊。一旦这些地区发生地震,构在地震下的弹塑性位移响应,是抗震性能评估
桥梁结构难免会受地震作用的影响,造成一定程的一种有效手段。
度甚至严重的损坏。因此有必要对城市桥梁采用2.1能力谱方法的原理
可靠的抗震性能评估方法进行抗震性能评估,并
将桥梁结构由 Pushover分析得到的荷载位移曲
依据抗震性能评估结果采取相应的设计和加固措线转化为能力谱( Capacity Spectrum)曲线,并与由加
施,以提高桥梁的抗震能力,确保能够在地震灾害速度反应谱通过A-D转换得到的需求谱( Demand
下降低损失,保障结构安全和人民生命财产安全。 Spectrum)曲线绘制在同一张图上,通过图解或数
我国现有城市桥梁基本可以分为三类,第
值方法寻找能力谱与需求谱交点。能力谱和需求
类是在1977年之前修建的,这类桥梁修建时我国谱曲线的交点称之为性能点( Performance Poin),它
还没有公路桥梁抗震设计规范,因此这类桥梁对表示结构在地震激励下的位移峰值和对应的加速
地震的影响没有统一的标准,随机性大,抗震性能度响应。
所谓A-D转换,即
收稿日期:2013-04-01
作者简介:刘鑫(1981-),男,江苏镇江人,工程师,从事桥梁
工程设计工作。
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98桥梁结构
城市道桥与防洪
2013年6月第6期
式中:T表示结构周期;S。表示反应普加速度
由此可知,图1a.所示的弹性反应谱不能在地
S。表示谱位移。那么就可以用S为横轴,S。为纵轴震体系为弹塑性体系中应用求解。现阶段,能力谱方
绘出地震需求谱的曲线,如图1所示。需求谱是由法中较为常用的有两种,一种是等效线性化方法,另
地震加速度反应谱得到的,因此能力谱方法适用一种是基于弹塑性反应谱的改进能力谱方法。
于单自由度体系(SDOF)
2.2能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的优势
(1)能力谱方法可以针对指定地震波进行分析,
能够在在实桥中指出不同条件和地震烈度对桥梁
0.8
8赵微
结构的要求,为桥梁抗震性能评估提供了方法和
0.6
定量判断。
(2)能力谱方法从原则上说适应于单自由度体
系,对于高阶振型影响不可忽视的结构,可将结构
0.2
T=.0s
振型分解为若干个等效的单自由度体系后再采用
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能力谱方法求解性能点,最后在对各部分组合,得
周期T7
到整体的地震响应,达到抗震性能评估作用。
a. EL Centro波加遠度反应谱
(3)在桥梁的抗震设计中考虑目标位移,引入
多级抗震设防水准,能力谱方法可以定量描述结
0.1
构性能水平,并对地震引起的结构的弹塑性做出
响应。
8幽鹚
0.6
T=1 s
(4)经应用计算证实,能力谱方法得到的结构
位移响应峰值弹塑性时程分析很相近。因此,能
力谱方法可以解决弹塑性体系中存在的问题,且
0.2
不需要进行迭代计算。
3城市桥梁抗震设计的安全对策
谱位移Dmm
如果只是通过被动的强度抗震设防是不可能
b. EL Centro波A-D格式需求谱
起到很好的效果的,这是因为地震造成的地面运
图1地震需求谱曲线图
动具有无规律的随机运动性。有相关文献通过假
在发生地震的震荡过程中,有些桥梁结构满定地震强度相同,同时加入一些不利因素,使得实
足1阶振型,所以等效的单自由度体系( ESDOF)可际的地震力增强到以前的4倍。然后再在以前地
以由下式建立,将 Pushover分析得到的荷载,位移震勘测的基础上对结构强度进行特定的设计,并
曲线转换成能力谱曲线。
在此基础上加人不利因素,这时实际地震力就会
达到之前的8倍左右,甚至会达到10倍以上。因
M
此判断,单纯根据结构强度来进行抵御地震的设
计是不现实,不科学的。而通过分析实际的地震灾
害,就可以发现,较大的地震水平力也是造成城市
在弹性体系中,求解结构地震响应的反应谱桥梁损害严重的因素之一。
方法就是能力谱方法。弹性体系的地震响应不但
因此目前的《城市桥梁抗震设计规范》(CJ166
与输人地震的特性有关,而且结构的屈服强度和2011)在设防标准方面采用多种级别,同时将能力
位移延性能力都会影响到它。位移延性不同,自然设计引入到