基于橋梁延性抗震設計方法前沿研究

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400041)

一、引言

目前，我國已經由交通大國向交通強國邁進。一部橋梁史就是一部人類進步發展的歷史，近些年來，橋梁領域方面理論與技術研究日新月異，涌現出更多創新性的理論、技術與經驗。但是，在這樣的大背景下，我國處在多個地震板塊之間，東西部差異巨大，江河湖海、峽谷溝壑眾多，勢必會帶來嚴重的地震災害。一旦發生地震災害，將會給整個橋梁帶來無法估量的破壞[3]。怎樣優化橋梁抗震設計理論方法、有效提升橋梁的抗震能力，這些問題怎樣解決擺在了工程師的面前。特別對于橋梁而言，橋梁作為交通運輸生命線工程，橋梁結構是組成整個生命線工程的重要部分，在抗震救災中處于極其重要的地位。合理的抗震設計必須使設計的結構在強度、剛度和延性方面具有最理想的組合。

二、抗震設防水準震害分析

(一)抗震設防水準的完善

對于地震設防水準，最近半個世紀以來，從早期階段的單一類型的抗震設防標準來保證結構的安全實用功能，隨著人們對地震不確定性的深入研究以及對結構成本與結構抗震功能的研究和一大批科學家們對于地震產生的機理和地震產生的動力性能，地震作用下對于工程結構的動力特性和以此為基礎的破壞機理的研究[13]。提出來多級抗震設防的思想。但是，目前而言，大多數橋梁抗震設防標準都是建立在建筑抗震標準之上，而且一般較建筑抗震設計規范更新緩慢，其在使用功能和結構受力方面有很大不同[12]。展開鋼筋混凝土橋梁結構抗震設計研究和對于橋梁設防水準尤為重要[4]。

(二)橋梁地震震害分析

對于自然災害來說地震是最具有突發性和毀滅性的，鄧育林[1]等在所編著的教材中對橋梁震害做了詳細的描述：橋梁的震害主要是由地震損傷引起的地表損傷和損傷。目前，對于大多數橋梁抗震的研究都是在以中小橋的基礎上進行的，但是隨著我國大跨徑橋梁的不斷增加，研究其震害分析機理將會給我們橋梁抗震設計方法帶來一定的突破。一般而言地震會引起地表破壞，地表破壞是由地震引起地面開裂、錯層、岸坡滑移和砂土液化引起的[3]。這些將會使橋梁基礎產生一定程度的傾斜，給橋梁整體帶來結構損壞。在陡峭的山地或沙土和軟土岸坡上，由強震引起的崩塌、泥石流和崩塌會在一定程度上造成橋梁的破壞。在斜坡岸坡或古河道中，地震往往會發生滑動、開裂和塌陷。橋梁的震害是由于地震殘生的縱波和橫波對于橋梁所引起的水平和豎向振動，導致整個全橋系統帶來各個構件受力性能發生變化。此外，有些橋梁雖然在設計當中強度和剛度上能夠使橋梁滿足整體構件不被破壞的要求，但橋梁上部結構和下部部分會產生一定程度的破壞，這些由于沒有考慮到結構延性的影響，一旦地震來臨，從而導致橋梁破壞[6]。

三、橋梁延性抗震設計

在自然災害中地震作用是一種非線性、不規則的循環往復荷載運動，且具有很強的隨機性，而對于橋梁結構的地震破壞機理十分復雜[2]。目前人們對地震動和震后結構地震破壞的認識尚不充分，因此，要進行精確的抗震設計目前還不成熟[9]。

(一)延性抗震設計方法

延性抗震設計采用能力設計方法主要是針對橋梁結構當中構件與構建之間的結構承載力受力差距。特別是鋼筋混凝土結構當中形成梁鉸機構和滿足橋梁結構延性較大的正截面設計方法。對于延性抗震設計主要基于計算機結構分析軟件當中以非線性動態為依據，主要研究在橋梁結構在地震作用下構件之間不發生完全破壞和整體橋梁喪失結構穩定的前提下。主要提升橋梁構件的滯回耗能能力、塑性鉸的設置與極限變形能力。

(二)延性抗震設計兩個階段

(1)從整體橋梁結構體系出發，對橋梁的布置形式進行分析，在設計階段要考慮到橋梁塑性鉸最不利的位置，根據最不利的部位進行結構建模分析，在此基礎上進行配筋設計。

(2)依據目前結構分析軟件里邊的地震模態分析，進行地震來臨時橋梁施工狀態下和成橋狀態下模態分析，在此基礎上進行橋梁抗震性能的計算與驗算，提升整體橋梁結構體系的抗震性能。

在整個橋梁設計當中，根據可能出現的不同問題，以上兩階段可以反復的論證，以至于滿足最終的橋梁抗震設計標準。達到橋梁在施工階段和今后橋梁服役期間符合橋梁整個橋梁抗震性能[5]。

(三)延性抗震設計總結及研究

在橋梁延性抗震設計的整個過程當中，如果橋梁整個結構體系出現某種屈曲狀態，則橋梁在變形過程當中就要通過塑性鉸來滿足傳動的能力，故需要根據屈曲模態的形式對于橋梁塑性鉸的位置進行調整。特別的在塑性鉸區，就需要對塑性鉸進行配筋的橫向設計和縱向設計。結構關鍵截面的曲率延性系數一般要大于結構的位移延性系數。

四、總結

目前對于地震的機理研究科學家也正在努力，相信在深入了解之后，在延性抗震方面會有更大的突破，雖然目前對于地震的研究我們還有很長的路要走，其實在目前的工程領域當中，我們只是減少震害而不是抗震，隨著新技術的出現和與工程領域相關交叉學科的出現，可以幫助我們很好地模擬地震來臨時的橋梁模態分析，將地震帶來的危害降到最小。