現役橋梁抗震性能初步評估研究

梁 洪 昌

(亳州市公路管理局，安徽 亳州 236800)

·橋梁·隧道·

現役橋梁抗震性能初步評估研究

梁 洪 昌

(亳州市公路管理局，安徽 亳州 236800)

結合國內外先進研究成果，進行了系統的抗震性能初步評估方法的研究，通過某三跨連續梁主橋工程實例分析，計算評估了該橋的抗震性能，以供類似工程參考。

現役橋梁，抗震性能評估，初步評估方法

0 引言

早期建設的舊橋無相關抗震設計規范作依據，很少考慮抗震防災問題，即使按新刊布的《公路橋梁抗震設計細則》[1]進行設計，但經過一段時間運營使用后，許多橋梁抗震性能仍然不足。因此對現有橋梁進行抗震性能評估是極為必要的。

在橋梁抗震性能評估方面美國和日本的研究位居世界前列。美國于2006年修訂已出版的《Seismic Retrofitting Manual for Highway Structures》手冊[2]，該手冊涵蓋了詳細的評估流程。日本在進行多次實例抗震性能評估后出版了《既有公路橋梁抗震加固參考》一書[3]。我國在公路橋梁抗震評估方面雖然有一定的研究，但研究成果較少，至今還沒有制定出一套可用于抗震性能評估的手冊。陳海全[4]、劉漢歆等人[5]從地震的危害大小和結構本身的易損程度兩個方面來判定橋梁結構的抗震評定等級，為制訂我國的抗震評定及加固手冊提供了借鑒。

綜上所述，我國橋梁抗震性能評估急需提出一套系統的、有效的評估方法，從而能準確地評判現役橋梁的抗震性能是否滿足要求，進而為后續抗震加固的優先順序及資金合理投入提供依據。

1 橋梁抗震性能初步評估方法

抗震性能初步評估旨在篩選出現役橋梁中抗震性能不足的橋梁，以期能對這種抗震性能給出一個定量的評價，更為直觀的判定該橋是否需要進一步的評估和加固維修。按照橋梁等級分值越高，其加固優先權等級越高的原則，也能對區域內抗震性能不足的橋梁進行加固優先排序。

當前已有不少初步評估的流程，但是出于地質環境，橋梁結構特點等限定條件無法形成一套通用的評估方法。文章針對安徽省地質構造及橋梁結構的使用年代、重要性及自身結構等特點出發，在大量的研究及結合國內外先進研究成果后，最終提出了一套系統的適合安徽省省情的城市橋梁抗震性能初步評估方法。該抗震性能初步評估工作流程如圖1所示。

由圖1可知，初步評估分為兩個階段：抗震加固類別和優先加固等級確定。根據橋梁重要性及所處橋址地震活動性和預期服役類別判別是否需要進行加固。當確定需要進行加固后，從橋梁易損性和地震危險級別量化計算出橋梁等級，最終給出優先加固級別。

以一座連續梁橋為例，對其進行抗震性能初步評估，展示整個評估的流程。

2 工程實例——某連續梁橋抗震性能初步評估

2.1 工程概述

某連續梁橋主橋為60 m+100 m+60 m三跨預應力混凝土變截面連續箱梁，左右幅分離布置，單幅箱梁采用單箱單室截面形式。根部梁高5.5 m，跨中梁高2.2 m，箱梁頂板寬16.65 m，底板寬8.0 m，翼緣板懸臂長為4.275 m，梁高按二次拋物線線形變化。箱梁橫橋向頂板設2%的橫坡。下部主墩采用矩形墩，墩身采用C40混凝土,基礎采用直徑1.8 m鉆孔灌注多排樁。過渡墩采用樁柱式橋墩，墩身和蓋梁采用C30混凝土。總體布置如圖2所示。

2.2 抗震性能初步評估

按以上初步評估流程，分別對該橋在E1和E2兩水準地震作用下進行抗震性能初步評估。

初步評估結果如表1所示。

遠空的白影終于飛近了云浮山，抬眼望，卻是一群白色的鷲。它們大概有數十只，通體雪白，羽色鮮亮，最小者翼展不足三尺，最大者翼展怕是要超過一丈。它們圍著山巔，高高地盤旋，不時發出一聲聲嘶啞刺耳的鳴叫。

2.2.1 抗震加固類別

根據橋梁結構形式和在交通網絡中的重要性確定該橋抗震設防分類、預期服役類別和抗震最低性能水平；以結構自振周期對應的加速度反應譜Sη和Sg為衡量標準，劃分不同的地震危險性水平，最后由地震作用和地震危險性水平確定抗震加固等級。該橋計算結果E1作用下Smax=0.096 8g，Sη=0.096 8g，Sg=0.033 9g；E2作用下Smax=0.292 5g，Sη=0.292 5g,Sg=0.102 4g。查表知E1和E2作用下地震危險性水平分別為H1和H3，抗震加固等級均為L3。

表1 抗震性能初步評估結果

2.2.2 易損性級別

易損性級別V由各構件易損性級別共同決定，主要為連接部位的易損性級別V1和橋墩、橋臺、場地液化的易損性級別V2。按圖3所示的計算過程，易損性級別V取V1和V2的較大值，其值范圍為0～10。

1)易損性級別V1。

由于支座為盆式支座且支座未失效，所以橫向易損性級別VT=0。支承長度L=95 cm,大于最小支承長度N=70+0.5×30=85 cm，0.5N

對于抗震加固等級為L3的橋梁，橋墩會因剪切破壞或由搭接缺陷引起損傷。由剪切破壞引起的橋墩易損性CVR1=Q-PR=5.2，由搭接缺陷引起的橋墩易損性CVR2取7，所以橋墩易損性級別CVR=7。中低強度地震時，橋臺易損性級別AVR一般不大于5，這里取5。本橋不涉及場地液化，所以液化易損性級別LVR

取0。則易損性級別V2=CVR+AVR+LVR=12,取10。

3)易損性級別V。

該橋易損性級別V=max(V1,V2)=10。

2.2.3 橋梁等級

最終得到的橋梁抗震性能的定量評定就是橋梁等級，用R來表示，其取值是由易損性級別V和地震危險性級別E相乘得到的，即：

R=VE

(1)

其中，E為地震危險性級別，由式E=10Sg來確定。這里E取0.34和1.02。

總結國內外評估經驗和實例，得到橋梁等級的參考標準為：R<7時，地震作用下橋梁不會發生破壞；R=7～10時，地震作用下橋梁發生破壞的可能性較小；R=10～15時，地震作用下橋梁發生破壞的可能性為中等；R>15，地震作用下橋梁發生破壞的可能性較大。由上計算得E1作用下R=3.4，E2作用下R=10.2。

根據以上初步評估，E1作用下R=3.4，評定結果小于7，則E1地震作用下橋梁不會發生破壞；E2作用下R=10.2，評定結果在10～15，則對應E2地震作用下橋梁發生破壞的可能性為中等。

3 結語

文章提出了一套有效的抗震性能初步評估方法，并運用該方法評估一座現役橋梁的抗震性能，主要得出以下幾點結論：

1)該橋在E1地震作用下橋梁等級為3.4<7，抗震性能滿足要求不會發生破壞；E2作用下橋梁等級為10.2<15，表面抗震性能不足，橋梁發生破壞的可能性為中等。

2)通過對一連續梁橋進行抗震性能初步評估，清晰地展示整個初步評估的流程和步驟，最終給出一個定量的評定數值，驗證了該方法的可操作性。

3)關于橋梁抗震性能不足時發生破壞，具體的可能性大小還需要大量的工程實踐和更深入的研究來進一步地界定。

[1] JTG/T B02—01—2008,公路橋梁抗震設計細則[S].

[2] Buckle I G,Friedland I,Mander J,et al.Seismic Retrofitting Manual for Highway Structures[J].Highway Bridges,2007(3)：18-19.

[3] Japan Road Association.Reference for Seismic Retrofit of Existing HighwayBridges[M]．Maruzen，Tokyo，Japan，1998.

[4] 陳海全,謝 劍.美國公路橋梁抗震初步評定方法及實例[J].山東建筑大學學報,2008,23(1):74-79.

[5] 劉漢歆,周建春.橋梁抗震加固初定評估研究[J].中國水運,2009,9(1):201-202.

Preliminary evaluation of seismic behavior of existing bridges

Liang Hongchang

(BozhouHighwayAdministrationBureau,Bozhou236800,China)

Combined with advanced research results at home and abroad, the preliminary evaluation method of seismic performance of the system is carried out. Finally, calculating and evaluating a bridge’s seismic performance by analyzing a three-span continuous beam bridge project, provided reference for similar engineering.

active bridge, seismic performance evaluation, preliminary evaluation method

1009-6825(2017)20-0162-02

2017-05-08

梁洪昌(1963- )，男，高級工程師

U442.55

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