橋梁結(jié)構(gòu)中的橋墩抗震設(shè)計方法

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1、探討橋梁結(jié)構(gòu)中的橋墩抗震設(shè)計方法摘要：基于性能的抗震設(shè)計提出了多級設(shè)計理念，注重滿足已定性能目標(biāo)，是未來規(guī)范發(fā)展的方向。本文從抗震性能目標(biāo)及橋墩損傷狀態(tài)、基于性能的抗震設(shè)計步驟及方法和基于性能抗震設(shè)計算例三個方面詳細(xì)探討了基于性能的橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，具有參考和借鑒意義。關(guān)鍵詞：橋墩損傷；抗震設(shè)計；方法abstract:basedontheperformanceoftheproposeddesignmultilevelseismicdesignconcept,payattentiontomeetgoalshasqualitative,i

2、sthedevelopingdirectionoffuturestandard.thispaper,fromtheseismicperformancetargetsandbridgedamagestatus,basedontheperformanceoftheseismicdesignprocedureandthemethodbasedonperformanceandseismicdesignexamplethreeaspectswerediscussedbasedonthecapabilitybridgestructureseism

3、icdesign,ithasreferenceandthesignificance.keywords:bridgedamage;seismicdesign;methods中圖分類號：s611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：性能目標(biāo)的確定及基于性能的抗震設(shè)計方法是基于性能抗震設(shè)計理論的兩個主要組成部分?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計提出了多級設(shè)計理念，注重滿足已定性能目標(biāo)，是未來規(guī)范發(fā)展的方向。對于建筑結(jié)構(gòu)已提出的：正常使用、可使用、生命安全和接近倒塌這四級性能目標(biāo)已被研究者接受。而對于橋梁結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)[1]采用損傷指數(shù)把鋼筋混凝土墩柱的性能目標(biāo)定義為四級，文

4、獻(xiàn)[2]則定義為三級，因此橋梁結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。通過控制位移來控制結(jié)構(gòu)的性能水平，實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能目標(biāo)的基于位移的抗震設(shè)計受到研究者的關(guān)注較多[3]。在地震作用下結(jié)構(gòu)有首超破壞及累積損傷破壞兩種破壞形式。而位移指標(biāo)僅考慮了首超破壞而無法反映地面運(yùn)動持續(xù)時引起的累積損傷破壞，有可能過高估計結(jié)構(gòu)的抗震性能，致使結(jié)構(gòu)設(shè)計偏于不安全，故在橋墩設(shè)計時如何考慮累積損傷效應(yīng)還須要探討。此外抗震設(shè)計方法的可操作性也是基于性能抗震設(shè)計存在的主要問題之一。本文給出了鋼筋混凝土橋墩的性能水準(zhǔn)及其量化指標(biāo)，以彈性反應(yīng)譜法和簡化的能力譜法為基礎(chǔ)，同時考

5、慮結(jié)構(gòu)的首超破壞及累積損傷破壞，給出了可以實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)“小震不壞”、“中震損傷可控”及“大震不倒”三級性能目標(biāo)的基于性能抗震設(shè)計方法。該方法有一定的可操作性。1抗震性能目標(biāo)及橋墩損傷狀態(tài)1.1抗震性能目標(biāo)及指標(biāo)量化本文將鋼筋混凝土橋墩的抗震性能目標(biāo)定義為三級：1.1.1正常運(yùn)營：地震后橋墩基本處于彈性階段，地震不對交通運(yùn)營產(chǎn)生影響；1.1.2有限運(yùn)營：地震后橋墩產(chǎn)生的損傷可修復(fù)，部分使用功能需修復(fù)才能繼續(xù)維持；1.1.3停止運(yùn)營：地震后橋墩不會產(chǎn)生毀滅性損傷，但使用功能徹底喪失。各性能目標(biāo)對應(yīng)橋墩的宏觀破損狀態(tài)、相應(yīng)鋼筋及混凝土的損傷

6、指標(biāo)，列于表1。表中為鋼筋應(yīng)變εs為混凝土應(yīng)變；εr為箍筋屈服強(qiáng)度；fy為體積配箍率。1.2橋墩損傷狀態(tài)的宏觀表示1.2.1性能水準(zhǔn)i性能水準(zhǔn)i要求橋墩處于基本彈性狀態(tài)，參考現(xiàn)行鐵路抗震規(guī)范，本文仍用強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則來表述。該準(zhǔn)則的表述如下：(1)式中：σ為地震下橋墩控制截面的混凝土(鋼筋)應(yīng)力;[σ]為混凝土(鋼筋)的容應(yīng)力；y為地震時的容許應(yīng)力提高系數(shù)。1.2.2性能水準(zhǔn)ii性能水準(zhǔn)ii下允許橋墩處于非彈性狀態(tài)，此時強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則已不能反映結(jié)構(gòu)的非線性性質(zhì)。但該性能水準(zhǔn)下要求橋墩的損傷可修，因此橋墩只允許產(chǎn)生有限的損傷故可用最大變形破壞

7、準(zhǔn)則進(jìn)行判定。本文采用位移延性系數(shù)來表述該準(zhǔn)則：(2)式中：為橋墩的最大位移延性比；為橋墩容許的位移延性比。1.2.3性能水準(zhǔn)iii性能水準(zhǔn)iii允許橋墩進(jìn)入強(qiáng)非線性、產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷，此狀態(tài)下橋墩可能已經(jīng)歷一定的耗能過程。最大位移延性系數(shù)驗(yàn)算僅能控制首超破壞，而無法反映地面運(yùn)動持續(xù)時引起的累積損傷破壞?？紤]到可用能量標(biāo)識結(jié)構(gòu)的累積損傷，本文采用的判定準(zhǔn)則如下：(3)式中：dm和[dm]分別為實(shí)際的和允許的地震損傷指數(shù)，它們是最大變形和滯回耗能的函數(shù)。筆者建議的損傷指數(shù)dm計算公式為研究者使用較多的park—ang地震損傷模型，如下：式

8、中：為構(gòu)件最大延性系數(shù)；為構(gòu)件在單調(diào)荷載作用下的破壞極限延性；為屈服力與屈服位移；為組合參數(shù)，可在0.1o～0.15之間近似取值，也可按式(5)計算；為滯回耗能；為剪跨比，當(dāng)時取1.7；為軸壓比，小于0.2時取0.2。p