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第八届技术论坛获奖成果介绍之三:国内外桥梁抗震设计现状概述
2018-03-20公司要闻

宝马娱乐游戏网站第八届技术论坛于2018年1月26日在公司三层大会议室召开。本篇为二等奖获奖成果《国内外桥梁抗震设计现状概述》介绍,作者为桥隧分公司赵亚龙。



 

 

 近20年来,发生在抗震技术处于世界先进水平的美国和日本的几次中等强度地震造成的严重灾害,促进了抗震技术的深入发展,提出了更先进的概念和具体的措施。

一、 近20年国内外抗震设计的发展历程

日本1995年神户地震后,对结构抗震的基本问题重新进行了大量研究,并十分重视减振、耗能技术在结构抗震设计中的应用。桥梁、道路方面的抗震设计规范已经重新编写,并于1996年颁布实施;美国也相继在联邦公路局和Caltrans等的资助下开展了一系列与桥梁抗震设计规范修订有关的研究工作,已经完成了多部系统的抗震技术研究报告和技术指南(ATC18、ATC32和ATC40)。

在美国诺斯雷奇地震和日本神户地震中,处于强震区的桥梁遭受到超过设计地震加速度3~4倍甚至更大的地面运动加速度,按早期规范规定仅进行强度抗震设计的桥梁,因无法抵御如此巨大的地震力作用而均遭受严重破坏;相反地,处于同一地区、按新规范进行强度和延性设计或者经过延性抗震加固的桥梁,则都表现出良好的抗震性能。

我国于2008年10月颁布施行了《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01—2008);于2014年2月颁布施行了《公路工程抗震规范》(JTG/T B02—2013)。此两本规范在设计思想、安全设防标准、设计方法、设计程序和构造细节等诸多方面均有很大的变化,内容更加深入,吸取借鉴了国内外研究成果和标准规范,修订、增加的主要内容有:

(1)采用两阶段设防标准,由单一的强度抗震设计,改为强度和变形双重指标控制的抗震设计;

(2)增加了延性抗震设计、减隔震设计;

(3)增加了抗震分析建模原则和抗震分析方法的有关规定。

二、国内外抗震规范及抗震设计方法

现在的抗震方法有:静力法,包括弹性静力法和非线性Push-over分析方法;反应谱法,分为单振型、多振型、等效线性化方法;动态时程分析方法,包括弹性和非线性两种。

多振型反应谱法、弹性动态时程法是现在各国规范普遍采用的方法;非线性动态时程法,运用于特别复杂的或关键桥梁。

各国抗震规范中关于地震作用的描述一般均采用反应谱的形式,但由于其抗震水准和抗震目标不同,各国抗震规范中提及的表达式和各参数的取值也不同,即使抗震标准所规定的重现期相同(超越概率相同),由于各国的背景、经济和技术实力以及地域条件的不同,地震力的取值大小也会有很大差别。

各国抗震分析方法对比

国家

规范名称

设计方法

计算方法

美国

AASHTO

三级二次设计

等效静力、线性动力、

非线性动力

Caltrans

等效静力、线性动力

ATC-32

等效静力、非线性静力、

非线性动力

日本

日本抗规

三级二次设计

等效静力、线性动力、

非线性静力、非线性动力

新西兰

NZS4203

三级三次设计

等效静力、线性动力、

非线性静力、非线性动力

欧洲

EC8

引入延性抗震

进行多次设计

等效静力、线性动力、

非线性动力

中国

铁路工程抗震设计规范

三水准三阶段设计

等效静力、线性动力、

非线性动力

公路桥梁抗震设计细则

二水平设防

二阶段设计

等效静力、非线性静力、

非线性动力

三、国内外基于性能的抗震设计思想的研究

基于性能的结构抗震设计方法是以结构抗震性能分析为基础的设计方法,根据建筑物的重要性和用途的不同及业主的特殊要求确定其性能指标,并根据不同的性能目标提出不同的抗震设防标准,使设计的建筑物在未来的地震中具备预期的性能。这是针对具体的结构制定的,反映了结构抗震设计的“个性”。但是对于基于性能的抗震设计,现在还没有一个统一的定义,比较有权威性的是美国SEAOC,ATC和FEMA等组织给出的基于性能设计的描述。

我国桥梁抗震设计采用两水平设防、两阶段设计方法源自于《建筑结构抗震设计规范》(GBJ11.89)提出的“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标和两阶段设计方法,实际上已经包含了某种基于性能的抗震设计理念,但我国的抗震规范尚未形成一套比较完整的以性能为基础的抗震设计思路。

目前国内外在结构性能抗震设计方面的研究主要集中在结构性能目标、性能水准的确定、抗震性能评估方法的研究上。

四、目前国内外桥梁抗震的若干热点问题

(1)基于可恢复抗震设计中的研究

2017年1月举行的第16 届世界地震工程大会本次会议的口号是“可恢复性,地震工程的新挑战”( Resilience,the new challenge in earthquake engineering),基于地震可恢复性的各种减震隔震措施研究,如:能够自复位的预应力钢筋混凝土墩柱、隔震设施、附加阻尼器,可恢复性是地震工程的下一个新挑战。

(2)预制节段拼装桥墩抗震性能研究

近年来国外关于预制节段拼装桥墩的抗震研究较为丰富,如:提出强震下预制拼装桥墩以适当方式连接,可以形成摇摆墩,使其成为低损伤、自复位结构构件,满足可恢复性设计的理念。国内相关研究成果、文献尚不多见。

(3)新的地震保护装置在抗震设计中的应用

较之于传统的阻尼器、减隔震支座,新的地震保护装置更着力于可体现恢复性设计的理念,如:防屈曲支撑BRB(Buckling Restrained Braces)、自复位耗能器SCED( Self-centering energy-dissipative)、预应力弹簧阻尼器PDS( Prestressed Spring Damper)、半主动双向摩擦装置等。


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