2014年公路监理师道路与桥梁考点:抗震设计思想

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　　桥梁抗震设计思想

　　在以上各国的抗震规范中，其共同点是在强震情况下不容许出现坍塌，但一定程度的损坏是可以接受的，即我们所说的“大震不倒，中震可修”，AASHTO 规范中定义了可接受的破坏程度，即指柱子中的挠曲屈服(没有剪力破坏)，而且此破坏必须是可以检测及修复的(在地面及水平线以上)，所有其它的破坏(指基础、桥台、剪力键、连接构造、支座、上部结构的梁及桥面板的破坏)都是不能接受的。这一定义被其它规范广泛采用，尤其在挠曲破坏的类型方面。然而一些规范放松了对位置的要求，特别是容许在桩身、桩排架、桥台台背翼墙处的屈服。对强震的定义，即使在AASHTO规范中都很模糊，但一般认为是475年一遇的地震可称为强震。在频繁出现但规模小得多的情况下，要求桥梁基本上保持弹性运营状态(无破坏)，对于这种状态没有特别的校核规定。?

　　明确要求或最起码部分要求双水准设计的规范有日本规范、Caltrans/ATC修正规范，所谓双水准设计即“中震”作用下的截面承载能力设计和“强震”作用下的变形能力设计。每种情况都为二个不同的重现期定义了二套地震荷载，而且对桥梁在二种荷载情况下的性能作了明确的检验标准。在加州运输部的规范中，对重要桥梁和一般桥梁在功能性评估地震(发生概率30%～40%)和安全性评估地震(现场可能发生的最大强度地震，重现期为1000年)作用下，可接受的破坏程度和使用状态作了定性的规定。除日本外，所有规范的设计思想都是一种能力设计，最近美国应用技术委员会完成了一个科研项目(ATC-18)，查阅了世界各国公路工程抗震设计规范，并提出了改进美国公路桥梁抗震设计规范的若干建议，其中最主要的建议是要采用两个水平的抗震设计方法。一般认为要求桥梁在强震时处于弹性状态是不经济的，而非弹性状态是不可避免的，结构的极限承载能力用来将构件的内力限制在规定值内，然而相应的结构位移要求可能比较高，可能发生的特殊构件延性要求(如塑性铰的转动)，都需要对塑性铰附近作专门的设计，以防止塑性铰的破坏和结构的倒塌。所有基于能力设计的地震规范的一个共同特征是对构件细节的关心，以确保结构进入塑性变形后的整体性。历次地震中发生的桥梁震害使人们认识到，要提高桥梁抗震能力不能单纯依靠结构的强度，同时对增强结构的延性(变形能力)也应给予充分重视，从各国规范修订中可以看到抗震设计的方法正从传统的强度理论向延性抗震理论过渡。?

　　我国现行的桥梁抗震设计规范还很不完善，无论是铁路桥或公路桥，还是采用基于强度设防基础上的设计方法，即根据折减后的弹性地震反应进行抗震设计，而结构的延性要求没有明确规定，仅从墩柱的箍筋配筋率及构造方面提出要求，以保证结构的延性。因此对我国现行震规进行修订和补充，使其提高到一个新的先进水平已是刻不容缓。同济大学土木工程防灾国家重点实验室桥梁抗震学科组在范立础教授带领下进行桥梁抗震研究工作已有20余年，研究的内容包括大跨度桥梁、城市立交及城市高架桥的抗震设计方法，桥梁的减隔震设计以及相应的计算机软件的编制。90年代初在上海南浦大桥的抗震设计中，首次提出了二水平的抗震设计方法。之后，用同样方法先后对20余座大桥、城市立交桥和城市高架桥进行了抗震研究，20余年来积累了很多科研成果，对桥梁抗震的设计思想也日趋成熟。在此基础上于1998年开始，范立础教授将正式主持“城市桥梁抗震设计规范”的制订工作。?

　　减震和隔震设计思想是利用材料或装置的耗能性能，达到减小结构地震反应的目的，是一种经济有效的方法。近年来世界各国在结构的减隔震设计方面也做了很多研究，如弹性支座隔震体系是目前能采用的最简单的隔震方法，其中普通板式橡胶支座构造简单、性能稳定，已在桥梁上广泛应用，法国跨度320m的伯劳东纳(Brotonne)预应力混凝土斜张桥的两个塔墩顶上各用了12块橡胶支座，该桥已通车20年，使用情况良好。另外几种具有耗能装置的橡胶支座也已有了研究成果，如新西兰学者在1975年研制的铅芯橡胶支座，我国袁万城博士研制的利用弧形钢板条耗能的橡胶减震支座等。聚四氟乙烯滑动支座是另一种应用得较多的隔震支座。通过选择适当的减隔震装置与设置位置来达到控制结构内力大小和分布的目的。目前，减隔震和结构控制已成为工程抗震的热点之一，在第9、 10、11届世界地震工程会议上，减隔震和结构控制被列为对未来地震工程有重要影响的先进技术。