基于性能的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法

#294#第35卷第13期西建筑Vol.35No.13山2009年5月May.2009SHANXIARCHITECTURE文章編號:1009-6825(200913-0294-02基于性能的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法曲慧李振蘭摘要:對我國現(xiàn)行的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析,并對基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法的理論進(jìn)行了闡述,最后分析比較了我國現(xiàn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)方法與基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法,為完善橋梁抗震設(shè)計(jì)方法提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:基于性能,橋梁抗震設(shè)計(jì),目標(biāo)性能中圖分類號:U442.55我國是世界上的多地震國家之一,因此橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)一直受到社會重視?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)被各國廣泛討論,并被認(rèn)為是將來抗震設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。目的就是在未來的抗震設(shè)計(jì)中,希望在不同強(qiáng)度地震水平的作用下,能夠有效地控制橋梁的破壞和使用功能喪失的狀態(tài),使結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)明確的不同性能水平。文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A1定義一組合適的橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能水平。所謂性能水平是指一種有限的破壞狀態(tài),性能水平的確定涉及到結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞等因素,應(yīng)綜合考慮給定破壞狀態(tài)所引起的安全、經(jīng)濟(jì)和社會等方面的后果,即應(yīng)全面考慮橋梁本身的安全和橋梁的正常使用功能。我國在JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則中規(guī)定了類似的性能水平,即/一般不損壞、不需修復(fù)可繼續(xù)使用和不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷、經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用0兩性能水平。只不過這種/一般不損壞、不需修復(fù)可繼續(xù)使用和不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷、經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用0的表述過于含糊,都是定性的描述,使得業(yè)主、設(shè)計(jì)者和使用者對結(jié)構(gòu)的性能沒有明確的了解。2定義了一組參照的地震風(fēng)險(xiǎn)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)水平?；谛阅艿慕Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是控制結(jié)構(gòu)的抗震風(fēng)險(xiǎn)在一個(gè)可接受的限度內(nèi),而地震風(fēng)險(xiǎn)取決于結(jié)構(gòu)所受到的給定烈度地震發(fā)生的概率及該地震引起的結(jié)構(gòu)破壞損失。Vision2000提出的報(bào)告將地震設(shè)防水準(zhǔn)劃分為4個(gè)等級:常遇地震、偶遇地震、少遇地震、罕遇地震,每一等級的劃分是根據(jù)不同重現(xiàn)期或超越概率為基礎(chǔ)的[4]。美國應(yīng)用技術(shù)委員會在ATC-18(1997年中,從功能和破壞程度兩個(gè)方面定義了橋梁結(jié)構(gòu)在兩級設(shè)計(jì)地震水平下的性能準(zhǔn)則。這兩級設(shè)計(jì)地震水平分別為:用于功能性評價(jià)的地震(發(fā)生概率為30%~50%和用于安全性評價(jià)的地震(發(fā)生概率為10%。我國JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則中規(guī)定了兩種地震風(fēng)險(xiǎn)水平:E1地震作用(工程場地重現(xiàn)期較短的地震作用和E2地震作用(工程場地重現(xiàn)期較長的地震作用[1]。3確定橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)性能。結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能是指在一定超越概率的地震發(fā)生時(shí),結(jié)構(gòu)期望的最大破壞程度?；谛阅艿慕Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中確定適合的目標(biāo)性能是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中實(shí)踐[M].北京:人民交通出版社,2005.[6]杜景艷,蘇堂營.橋梁工程大體積混凝土裂縫分析[J].山西建筑,2007,33(23:337-338.1目前橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的抗震設(shè)計(jì)方法1.1設(shè)計(jì)方法概述2008年10月1日正式實(shí)施的JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則中,采用/兩水平設(shè)防,兩階段設(shè)計(jì)0的設(shè)計(jì)思想,改善了JTJ004-89公路工程橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的單一的基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法造成的弊端。并在設(shè)計(jì)地震動參數(shù)中,取消了老規(guī)范中的綜合影響系數(shù),反映譜的周期也由5s增加到10s。將橋梁的抗震設(shè)防類別分為4類,A類橋梁為單跨跨徑超過150m的特大橋;B類橋梁為單跨跨徑不超過150m的高速公路、一級公路上的橋梁、單跨跨徑不超過150m的二級公路上的特大橋、大橋;C類橋梁為二級公路上的中橋、小橋、單跨跨徑不超過150m的三、四級公路上的特大橋;D類橋梁為三、四級公路上的中小橋。新規(guī)范中將單跨跨徑超過150m的特大跨徑橋梁、混凝土斜拉橋、懸索橋和拱橋?qū)ｉT歸為一類,給出了抗震設(shè)計(jì)的原則和有關(guān)規(guī)定,增加了減隔震橋梁的設(shè)計(jì)原則和有關(guān)規(guī)定[2]。1.2局限性JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則雖然采取了/兩個(gè)水準(zhǔn)、兩個(gè)階段0的設(shè)計(jì),但是沒有具體量化這些設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能沒有用來進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評估[3]。2基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法2.1基于性能抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)性能[2]CECS146B2003,碳纖維布加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].[3]CECS25B90,混凝土加固技術(shù)規(guī)范[S].[4]楊文淵.橋梁維修與加固[M].北京:人民交通出版社,1989.[5]周志祥,范亮,吳海軍.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁新技術(shù)探索與ThecrackmaintenanceandrepairengineeringofChangjiangroadBridgeinDeyangcityLIYu-hongLIUChang-xiAbstract:Combinedwithspecificengineeringexample,theengineeringgeneralsituationandmaindiseaseofbridgewereintroduced,andthebridgediseasegeneratingreasonswereanalyzed.Themaintenanceandrepairmethodsagainsttodifferentagreediseaseswereproposedanditsconstructiontechnologywasillustrateddetailed,whichaccumulatedbridgemaintenancereinforcementexperience.Keywords:bridge,disease,reasons,maintenance收稿日期:2009-01-04作者簡介:曲慧(1984-,女,同濟(jì)大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)碩士研究生,上海200092李振蘭(1961-,女,工程師,遼寧省撫順市城市管理局市政園林管理中心,遼寧撫順113006第35卷第13期曲慧等:基于性能的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法2009年5月#295#的前提和基礎(chǔ)。它綜合考慮了多種因素,采用基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論進(jìn)行決策。我國JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)[1]計(jì)細(xì)則中規(guī)定的目標(biāo)性能如表1所示。表15公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則6中規(guī)定的目標(biāo)性能橋梁抗震設(shè)防類別A類B類C類D類設(shè)防目標(biāo)E1地震作用一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用E2地震作用可發(fā)生局部輕微損傷,不需修復(fù)或經(jīng)簡單修復(fù)可繼續(xù)使用應(yīng)保證不致塌陷或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷,經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用應(yīng)保證不致塌陷或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷,經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用性能的設(shè)計(jì)中,明確了橋梁的性能要求,而且可以用不同的方法和手段去實(shí)現(xiàn)這些性能要求,這樣可以使新材料、新結(jié)構(gòu)體系、新的設(shè)計(jì)方法等更容易得到應(yīng)用。有望通過其縮短工期、降低建設(shè)成本。無論是設(shè)計(jì)者還是投資者和承包方都可以了解實(shí)際所設(shè)計(jì)安裝的結(jié)構(gòu)具有哪些性能。業(yè)主可以通過結(jié)構(gòu)的生命周期,從成本及環(huán)境影響等角度來選擇最符合自己要求的性能等特點(diǎn)。4目標(biāo)性能等級化。在設(shè)計(jì)時(shí),將所有規(guī)定的性能,即目標(biāo)性能分出等級,分別針對不同的人群來對目標(biāo)性能進(jìn)行表述。通過這樣的方法使不同的人群對結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能都有明確的認(rèn)識,也能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能的控制。其中初級和中級所表述的要求性能會盡可能不與目前的技術(shù)生產(chǎn)聯(lián)系,但是,高級表述的要求性能則需要反應(yīng)最新技術(shù),并且會隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展,即是具有指導(dǎo)性的。5目標(biāo)性能矩陣。目標(biāo)性能矩陣是指通過矩陣來計(jì)劃賦予結(jié)構(gòu)的要求性能,設(shè)計(jì)者根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性從該矩陣中選擇出應(yīng)賦予結(jié)構(gòu)的性能來進(jìn)行設(shè)計(jì)。以我國JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則為例,將細(xì)則中規(guī)定的抗震性能通過目標(biāo)性能矩陣的形式表示出來,如表2所示。表2目標(biāo)性能矩陣3結(jié)語目前JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則采取的/兩個(gè)水準(zhǔn)0就是一種目標(biāo)性能,只是目前規(guī)范中采用的設(shè)防水準(zhǔn)劃分不夠詳細(xì),目標(biāo)性能的表述不夠具體,不能滿足人們對結(jié)構(gòu)抗震的要求。而基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法,不但可以改善現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)方法存在的問題,而且還可以根據(jù)投資效益理論使安全、經(jīng)濟(jì)和社會等多方因素達(dá)到一個(gè)最好的平衡。但是基于性能的抗震設(shè)計(jì)還處于起步階段,還有很多工作要做,人們應(yīng)該具有長遠(yuǎn)的眼光,看到基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法對未來防震減災(zāi)工作的貢獻(xiàn),努力克服推廣基于性能抗震設(shè)計(jì)方法時(shí)面臨的困難。參考文獻(xiàn):[1]JTG/TB02-01-2008,公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].[2]JTJ004-89,公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].[3]李剛,程耿東.基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論、方法與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2001:4-12.目前世界各國對基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法沒有達(dá)成共識。[4]馬宏旺,呂西林.建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題這里給出一種性能化設(shè)計(jì)的流程,只是將其作為一個(gè)示例,見圖1。[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2002(30:1429-1434.2.3基于性能的抗震設(shè)計(jì)的意義[5]張志強(qiáng).延性與抗震設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(12:93-94.基于性能的設(shè)計(jì)思想克服了目前抗震設(shè)計(jì)的局限性。在基于2.2設(shè)計(jì)方法Performance-basedseismicdesignapproachesinbridgesQUHuiLIZhen-lanAbstract:TheseismicdesignapproachesincurrentbridgecodesusedinChinaareanalyzed,besidestheperformance-basedseismicdesignap-proachesareelaboratedon.IntheendtheseismicdesignapproachesincurrentChinesebridgecodesandperformance