基于性能的桥梁抗震设计方法

#294#第35卷第13期西建筑Vol.35No.13山2009年5月May.2009SHANXIARCHITECTURE文章编号:1009-6825(200913-0294-02基于性能的桥梁抗震设计方法曲慧李振兰摘要:对我国现行的桥梁抗震设计方法进行了分析,并对基于性能的抗震设计方法的理论进行了阐述,最后分析比较了我国现行桥梁抗震设计方法与基于性能的抗震设计方法,为完善桥梁抗震设计方法提供理论依据。关键词:基于性能,桥梁抗震设计,目标性能中图分类号:U442.55我国是世界上的多地震国家之一,因此桥梁结构的抗震设计一直受到社会重视。基于性能的抗震设计被各国广泛讨论,并被认为是将来抗震设计的主要发展方向。目的就是在未来的抗震设计中,希望在不同强度地震水平的作用下,能够有效地控制桥梁的破坏和使用功能丧失的状态,使结构实现明确的不同性能水平。文献标识码:A1定义一组合适的桥梁结构的抗震性能水平。所谓性能水平是指一种有限的破坏状态,性能水平的确定涉及到结构构件和非结构构件的破坏等因素,应综合考虑给定破坏状态所引起的安全、经济和社会等方面的后果,即应全面考虑桥梁本身的安全和桥梁的正常使用功能。我国在JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则中规定了类似的性能水平,即/一般不损坏、不需修复可继续使用和不致倒塌或产生严重结构损伤、经临时加固后可供维持应急交通使用0两性能水平。只不过这种/一般不损坏、不需修复可继续使用和不致倒塌或产生严重结构损伤、经临时加固后可供维持应急交通使用0的表述过于含糊,都是定性的描述,使得业主、设计者和使用者对结构的性能没有明确的了解。2定义了一组参照的地震风险和相应的设计水平。基于性能的结构抗震设计的目标就是控制结构的抗震风险在一个可接受的限度内,而地震风险取决于结构所受到的给定烈度地震发生的概率及该地震引起的结构破坏损失。Vision2000提出的报告将地震设防水准划分为4个等级:常遇地震、偶遇地震、少遇地震、罕遇地震,每一等级的划分是根据不同重现期或超越概率为基础的[4]。美国应用技术委员会在ATC-18(1997年中,从功能和破坏程度两个方面定义了桥梁结构在两级设计地震水平下的性能准则。这两级设计地震水平分别为:用于功能性评价的地震(发生概率为30%~50%和用于安全性评价的地震(发生概率为10%。我国JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则中规定了两种地震风险水平:E1地震作用(工程场地重现期较短的地震作用和E2地震作用(工程场地重现期较长的地震作用[1]。3确定桥梁结构抗震设计的目标性能。结构的目标性能是指在一定超越概率的地震发生时,结构期望的最大破坏程度。基于性能的结构抗震设计中确定适合的目标性能是结构设计过程中实践[M].北京:人民交通出版社,2005.[6]杜景艳,苏堂营.桥梁工程大体积混凝土裂缝分析[J].山西建筑,2007,33(23:337-338.1目前桥梁抗震设计规范中采用的抗震设计方法1.1设计方法概述2008年10月1日正式实施的JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则中,采用/两水平设防,两阶段设计0的设计思想,改善了JTJ004-89公路工程桥梁抗震设计规范中采用的单一的基于强度的抗震设计方法造成的弊端。并在设计地震动参数中,取消了老规范中的综合影响系数,反映谱的周期也由5s增加到10s。将桥梁的抗震设防类别分为4类,A类桥梁为单跨跨径超过150m的特大桥;B类桥梁为单跨跨径不超过150m的高速公路、一级公路上的桥梁、单跨跨径不超过150m的二级公路上的特大桥、大桥;C类桥梁为二级公路上的中桥、小桥、单跨跨径不超过150m的三、四级公路上的特大桥;D类桥梁为三、四级公路上的中小桥。新规范中将单跨跨径超过150m的特大跨径桥梁、混凝土斜拉桥、悬索桥和拱桥专门归为一类,给出了抗震设计的原则和有关规定,增加了减隔震桥梁的设计原则和有关规定[2]。1.2局限性JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则虽然采取了/两个水准、两个阶段0的设计,但是没有具体量化这些设计水准。桥梁结构的抗震性能没有用来进行经济评估[3]。2基于性能的抗震设计方法2.1基于性能抗震设计的目标性能[2]CECS146B2003,碳纤维布加固修补混凝土结构技术规程[S].[3]CECS25B90,混凝土加固技术规范[S].[4]杨文渊.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社,1989.[5]周志祥,范亮,吴海军.预应力混凝土桥梁新技术探索与ThecrackmaintenanceandrepairengineeringofChangjiangroadBridgeinDeyangcityLIYu-hongLIUChang-xiAbstract:Combinedwithspecificengineeringexample,theengineeringgeneralsituationandmaindiseaseofbridgewereintroduced,andthebridgediseasegeneratingreasonswereanalyzed.Themaintenanceandrepairmethodsagainsttodifferentagreediseaseswereproposedanditsconstructiontechnologywasillustrateddetailed,whichaccumulatedbridgemaintenancereinforcementexperience.Keywords:bridge,disease,reasons,maintenance收稿日期:2009-01-04作者简介:曲慧(1984-,女,同济大学桥梁与隧道工程专业硕士研究生,上海200092李振兰(1961-,女,工程师,辽宁省抚顺市城市管理局市政园林管理中心,辽宁抚顺113006第35卷第13期曲慧等:基于性能的桥梁抗震设计方法2009年5月#295#的前提和基础。它综合考虑了多种因素,采用基于可靠度的优化设计理论进行决策。我国JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设[1]计细则中规定的目标性能如表1所示。表15公路桥梁抗震设计细则6中规定的目标性能桥梁抗震设防类别A类B类C类D类设防目标E1地震作用一般不受损坏或不需修复可继续使用一般不受损坏或不需修复可继续使用一般不受损坏或不需修复可继续使用一般不受损坏或不需修复可继续使用E2地震作用可发生局部轻微损伤,不需修复或经简单修复可继续使用应保证不致塌陷或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用应保证不致塌陷或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用性能的设计中,明确了桥梁的性能要求,而且可以用不同的方法和手段去实现这些性能要求,这样可以使新材料、新结构体系、新的设计方法等更容易得到应用。有望通过其缩短工期、降低建设成本。无论是设计者还是投资者和承包方都可以了解实际所设计安装的结构具有哪些性能。业主可以通过结构的生命周期,从成本及环境影响等角度来选择最符合自己要求的性能等特点。4目标性能等级化。在设计时,将所有规定的性能,即目标性能分出等级,分别针对不同的人群来对目标性能进行表述。通过这样的方法使不同的人群对结构的目标性能都有明确的认识,也能够实现对结构目标性能的控制。其中初级和中级所表述的要求性能会尽可能不与目前的技术生产联系,但是,高级表述的要求性能则需要反应最新技术,并且会随着技术的进步而不断发展,即是具有指导性的。5目标性能矩阵。目标性能矩阵是指通过矩阵来计划赋予结构的要求性能,设计者根据结构的重要性从该矩阵中选择出应赋予结构的性能来进行设计。以我国JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则为例,将细则中规定的抗震性能通过目标性能矩阵的形式表示出来,如表2所示。表2目标性能矩阵3结语目前JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则采取的/两个水准0就是一种目标性能,只是目前规范中采用的设防水准划分不够详细,目标性能的表述不够具体,不能满足人们对结构抗震的要求。而基于性能的抗震设计方法,不但可以改善现行抗震设计方法存在的问题,而且还可以根据投资效益理论使安全、经济和社会等多方因素达到一个最好的平衡。但是基于性能的抗震设计还处于起步阶段,还有很多工作要做,人们应该具有长远的眼光,看到基于性能的抗震设计方法对未来防震减灾工作的贡献,努力克服推广基于性能抗震设计方法时面临的困难。参考文献:[1]JTG/TB02-01-2008,公路桥梁抗震设计细则[S].[2]JTJ004-89,公路工程抗震设计规范[S].[3]李刚,程耿东.基于性能的结构抗震设计理论、方法与应用[M].北京:科学出版社,2001:4-12.目前世界各国对基于性能的抗震设计方法没有达成共识。[4]马宏旺,吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题这里给出一种性能化设计的流程,只是将其作为一个示例,见图1。[J].同济大学学报,2002(30:1429-1434.2.3基于性能的抗震设计的意义[5]张志强.延性与抗震设计[J].山西建筑,2008,34(12:93-94.基于性能的设计思想克服了目前抗震设计的局限性。在基于2.2设计方法Performance-basedseismicdesignapproachesinbridgesQUHuiLIZhen-lanAbstract:TheseismicdesignapproachesincurrentbridgecodesusedinChinaareanalyzed,besidestheperformance-basedseismicdesignap-proachesareelaboratedon.IntheendtheseismicdesignapproachesincurrentChinesebridgecodesandperformance