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1、1 / 5 基于性能抗震设计在桥梁设计中的应用分析摘要 : 本文作者主要通过对我国现行的桥梁抗震设计方法及基于性能抗震设计方法的理论做了阐述。同时就现行桥梁抗震设计方法与基于性能的抗震设计方法进行了比较分析。关键词 : 桥梁结构;基于性能, 抗震设计1我国目前桥梁抗震设计规范中采用的抗震设计方法1.1 设计方法概述我国自 2008年 10月1日正式实施的 JTG/TB0220182008公路桥梁抗震设计细则中, 采用“两水平设防 , 两阶段设计”的设计思想, 改善了 JTJ004289公路工程桥梁抗震设计规范中采用的单一的基于强度的抗震设计方法造成的弊端。并在设计地震动参数中, 取消了老规范中
2、的综合影响系数, 反映谱的周期也由5s增加到 10s。将桥梁的抗震设防类别分为4类,A类桥梁为单跨跨径超过150m 的特大桥。 B类桥梁为单跨跨径不超过150m 的高速公路、一级公路上的桥梁、单跨跨径不超过150m 的二级公路上的特大桥、大桥。C类桥梁为二级公路上的中桥、小桥、单跨跨径不超过150m 的三、四级公路上的特大桥。D类桥梁为三、四级公路上的中小桥。新规范中将单跨跨径超过150m 的特大跨径桥梁、混凝土斜拉桥、悬索桥和拱桥专门归为一类 , 给出了抗震设计的原则和有关规定, 增加了减隔震桥梁的设计原则和有关规定2 。1.2 局限性JTG/TB0220182008公路桥梁抗震设计细则虽然
3、采取了“两个水准、两个阶段”的设计,但是没有具体量化这些设计水准。桥梁结构的抗震性能没有用来进行经济评估3 。2基于性能的抗震设计方法2.1 基于性能抗震设计的目标性能1定义一组合适的桥梁结构的抗震性能水平。所谓性能水平是指一种有限的破坏状态,性能水平的确定涉及到结构构件和非结构构件的破坏等因素, 应综合考虑给定破坏状态所引起的安全、经济和社会等方面的后果, 即应全面考虑桥梁本身的安全和桥梁的正常使用功能。我国在 JTG/TB0220182008公路桥梁抗震设计细则中规定了类似的性能水平, 即“一般不损坏、不需修复可继续使用和不致倒塌或产生严重结构损伤、经临时加固后可供维持应急交通使用”两性能
4、水平。只不过这种“一般不损坏、不需修复可继续使用和不致倒塌或产生严重结构损伤、经临时加固后可供维持应急交通使用”的表述过于含糊, 都是定性的描述,使得业主、设计者和使用者对结构的性能没有明确的了解。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 5 页2 / 5 2 定义了一组参照的地震风险和相应的设计水平。基于性能的结构抗震设计的目标就是控制结构的抗震风险在一个可接受的限度内, 而地震风险取决于结构所受到的给定烈度地震发生的概率及该地震引起的结构破坏损失。Vision 2000 提出的报告将地震设防水准划分为4个等级 : 常遇地震、偶
5、遇地震、少遇地震、罕遇地震, 每一等级的划分是根据不同重现期或超越概率为基础的4 。美国应用技术委员会在ATC218(1997年中, 从功能和破坏程度两个方面定义了桥梁结构在两级设计地震水平下的性能准则。这两级设计地震水平分别为:用于功能性评价的地震( 发生概率为 30 %50 % 和用于安全性评价的地震( 发生概率为10% 。我国 JTG/TB 0220182008 公路桥梁抗震设计细则中规定了两种地震风险水平:E1 地震作用 ( 工程场地重现期较短的地震作用和E2地震作用 ( 工程场地重现期较长的地震作用1 。3确定桥梁结构抗震设计的目标性能。结构的目标性能是指在一定超越概率的地震发生时,
6、 结构期望的最大破坏程度。基于性能的结构抗震设计中确定适合的目标性能是结构设计过程中的前提和基础。综合考虑了多种因素, 采用基于可靠度的优化设计理论进行决策。我国JTG/TB0220182008公路桥梁抗震设计细则中规定的目标性能如表1所示 1 。表 1公路桥梁抗震设计细则中规定的目标性能4目标性能等级化。在设计时, 将所有规定的性能, 即目标性能分出等级, 分别针对不同的人群来对目标性能进行表述。通过这样的方法使不同的人群对结构的目标性能都有明确的认识 , 也能够实现对结构目标性能的控制。其中初级和中级所表述的要求性能会尽可能不与目前的技术生产联系, 但是 , 高级表述的要求性能则需要反应最
7、新技术, 并且会随着技术的进步而不断发展 , 即是具有指导性的。5目标性能矩阵。目标性能矩阵是指通过矩阵来计划赋予结构的要求性能, 设计者根据结构的重要性从该矩阵中选择出应赋予结构的性能来进行设计。以我国J TG/ TB 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页3 / 5 0220182008 公路桥梁抗震设计细则为例, 将细则中规定的抗震性能通过目标性能矩阵的形式表示出来 , 如表 2所示。表 2 目标性能矩阵2.2 设计方法目前世界各国对基于性能的抗震设计方法没有达成共识。这里给出一种性能化设计的流程 , 只是将其作为
8、一个示例, 见图 1。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页4 / 5 图1 基于性能抗震设计流程图2.3 基于性能的抗震设计意义基于性能的设计思想克服了目前抗震设计的局限性。在基于性能的设计中, 明确了桥梁的性能要求 , 而且可以用不同的方法和手段去实现这些性能要求, 这样可以使新材料、新结构体系、新的设计方法等更容易得到应用。有望通过其缩短工期、降低建设成本。无论是设计者还是投资者和承包方都可以了解实际所设计安装的结构具有哪些性能。业主可以通过结构的生命周期,从成本及环境影响等角度来选择最符合自己要求的性能等特点。3
9、结语目前 JTG/TB0220182008公路桥梁抗震设计细则采取的“两个水准”就是一种目标性能,只是目前规范中采用的设防水准划分不够详细, 目标性能的表述不够具体, 不能满足人们对结构抗震的要求。而基于性能的抗震设计方法, 不但可以改善现行抗震设计方法存在的问题,而且还可以根据投资效益理论使安全、经济和社会等多方因素达到一个最好的平衡。但是基于性能的抗震设计还处于起步阶段,还有很多工作要做, 人们应该具有长远的眼光, 看到基于性能的抗震设计方法对未来防震减灾工作的贡献, 努力克服推广基于性能抗震设计方法时面临的困难。参考文献 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页5 / 5 1JTG/TB0220182008,公路桥梁抗震设计细则S. 2JTJ004289,公路工程抗震设计规范S. 3 李刚 , 程耿东 . 基于性能的结构抗震设计理论、方法与应用M. 北京 : 科学出版社,2001:4212. 4 马宏旺 , 吕西林 .建筑结构基于性能抗震设计的几个问题J 同济大学学报,2002(30:142921434. 5 张志强 . 延性与抗震设计J.山西建筑 ,2008,34(12:93294. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页
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