基于桥梁延性抗震设计方法前沿研究

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400041)

一、引言

目前，我国已经由交通大国向交通强国迈进。一部桥梁史就是一部人类进步发展的历史，近些年来，桥梁领域方面理论与技术研究日新月异，涌现出更多创新性的理论、技术与经验。但是，在这样的大背景下，我国处在多个地震板块之间，东西部差异巨大，江河湖海、峡谷沟壑众多，势必会带来严重的地震灾害。一旦发生地震灾害，将会给整个桥梁带来无法估量的破坏[3]。怎样优化桥梁抗震设计理论方法、有效提升桥梁的抗震能力，这些问题怎样解决摆在了工程师的面前。特别对于桥梁而言，桥梁作为交通运输生命线工程，桥梁结构是组成整个生命线工程的重要部分，在抗震救灾中处于极其重要的地位。合理的抗震设计必须使设计的结构在强度、刚度和延性方面具有最理想的组合。

二、抗震设防水准震害分析

(一)抗震设防水准的完善

对于地震设防水准，最近半个世纪以来，从早期阶段的单一类型的抗震设防标准来保证结构的安全实用功能，随着人们对地震不确定性的深入研究以及对结构成本与结构抗震功能的研究和一大批科学家们对于地震产生的机理和地震产生的动力性能，地震作用下对于工程结构的动力特性和以此为基础的破坏机理的研究[13]。提出来多级抗震设防的思想。但是，目前而言，大多数桥梁抗震设防标准都是建立在建筑抗震标准之上，而且一般较建筑抗震设计规范更新缓慢，其在使用功能和结构受力方面有很大不同[12]。展开钢筋混凝土桥梁结构抗震设计研究和对于桥梁设防水准尤为重要[4]。

(二)桥梁地震震害分析

对于自然灾害来说地震是最具有突发性和毁灭性的，邓育林[1]等在所编著的教材中对桥梁震害做了详细的描述：桥梁的震害主要是由地震损伤引起的地表损伤和损伤。目前，对于大多数桥梁抗震的研究都是在以中小桥的基础上进行的，但是随着我国大跨径桥梁的不断增加，研究其震害分析机理将会给我们桥梁抗震设计方法带来一定的突破。一般而言地震会引起地表破坏，地表破坏是由地震引起地面开裂、错层、岸坡滑移和砂土液化引起的[3]。这些将会使桥梁基础产生一定程度的倾斜，给桥梁整体带来结构损坏。在陡峭的山地或沙土和软土岸坡上，由强震引起的崩塌、泥石流和崩塌会在一定程度上造成桥梁的破坏。在斜坡岸坡或古河道中，地震往往会发生滑动、开裂和塌陷。桥梁的震害是由于地震残生的纵波和横波对于桥梁所引起的水平和竖向振动，导致整个全桥系统带来各个构件受力性能发生变化。此外，有些桥梁虽然在设计当中强度和刚度上能够使桥梁满足整体构件不被破坏的要求，但桥梁上部结构和下部部分会产生一定程度的破坏，这些由于没有考虑到结构延性的影响，一旦地震来临，从而导致桥梁破坏[6]。

三、桥梁延性抗震设计

在自然灾害中地震作用是一种非线性、不规则的循环往复荷载运动，且具有很强的随机性，而对于桥梁结构的地震破坏机理十分复杂[2]。目前人们对地震动和震后结构地震破坏的认识尚不充分，因此，要进行精确的抗震设计目前还不成熟[9]。

(一)延性抗震设计方法

延性抗震设计采用能力设计方法主要是针对桥梁结构当中构件与构建之间的结构承载力受力差距。特别是钢筋混凝土结构当中形成梁铰机构和满足桥梁结构延性较大的正截面设计方法。对于延性抗震设计主要基于计算机结构分析软件当中以非线性动态为依据，主要研究在桥梁结构在地震作用下构件之间不发生完全破坏和整体桥梁丧失结构稳定的前提下。主要提升桥梁构件的滞回耗能能力、塑性铰的设置与极限变形能力。

(二)延性抗震设计两个阶段

(1)从整体桥梁结构体系出发，对桥梁的布置形式进行分析，在设计阶段要考虑到桥梁塑性铰最不利的位置，根据最不利的部位进行结构建模分析，在此基础上进行配筋设计。

(2)依据目前结构分析软件里边的地震模态分析，进行地震来临时桥梁施工状态下和成桥状态下模态分析，在此基础上进行桥梁抗震性能的计算与验算，提升整体桥梁结构体系的抗震性能。

在整个桥梁设计当中，根据可能出现的不同问题，以上两阶段可以反复的论证，以至于满足最终的桥梁抗震设计标准。达到桥梁在施工阶段和今后桥梁服役期间符合桥梁整个桥梁抗震性能[5]。

(三)延性抗震设计总结及研究

在桥梁延性抗震设计的整个过程当中，如果桥梁整个结构体系出现某种屈曲状态，则桥梁在变形过程当中就要通过塑性铰来满足传动的能力，故需要根据屈曲模态的形式对于桥梁塑性铰的位置进行调整。特别的在塑性铰区，就需要对塑性铰进行配筋的横向设计和纵向设计。结构关键截面的曲率延性系数一般要大于结构的位移延性系数。

四、总结

目前对于地震的机理研究科学家也正在努力，相信在深入了解之后，在延性抗震方面会有更大的突破，虽然目前对于地震的研究我们还有很长的路要走，其实在目前的工程领域当中，我们只是减少震害而不是抗震，随着新技术的出现和与工程领域相关交叉学科的出现，可以帮助我们很好地模拟地震来临时的桥梁模态分析，将地震带来的危害降到最小。