公路橋梁合理抗震設(shè)防理念研究

冉淋淋

(浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華市東陽 322100)

公路橋梁合理抗震設(shè)防理念研究

冉淋淋

(浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華市東陽 322100)

本文首先指出了我國是地震活動最強(qiáng)烈和地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，強(qiáng)調(diào)合理抗震設(shè)防對我國橋梁結(jié)構(gòu)的重要性，接著結(jié)合以往地震震害的經(jīng)驗(yàn)對我國的公路橋梁的合理抗震設(shè)防理念進(jìn)行更加深入的探討研究。本文研究成果將對研究公路橋梁的合理抗震設(shè)防理念起到一定的參考作用。

公路橋梁 抗震設(shè)防 合理 設(shè)防水準(zhǔn) 性能目標(biāo)

在《國家防震減災(zāi)規(guī)劃（2006—2020年）》中明確指出，在世界范圍內(nèi)，我國是地震活動最強(qiáng)烈和地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。在2008年，我國的四川省汶川縣曾發(fā)生了8.0級的地震，導(dǎo)致通往汶川地震災(zāi)區(qū)的全部交通受阻，搶險(xiǎn)救災(zāi)工作無法進(jìn)行，災(zāi)區(qū)人民遭受了很大的生命財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)，從事工程抗震研究的工作人員也開始了對此的沉痛的思考。在公路橋梁的設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)防是非常重要的因素，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的選取也對橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與后期使用有很大的影響。在下文中，將結(jié)合以往地震震害的經(jīng)驗(yàn)，并對國內(nèi)外的相關(guān)抗震規(guī)范進(jìn)行橫向的對比，來對我國的公路橋梁的合理抗震設(shè)防理念進(jìn)行更加深入的探討。

1. 級設(shè)防水準(zhǔn)與性能目標(biāo)

橋梁工程的抗震設(shè)防的合理安全度所依照的原則是做到經(jīng)濟(jì)與安全兩者的合理平衡。依照橋梁結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要同時(shí)滿足兩方面的要求，分別是正常使用狀態(tài)下的使用性能要求與極限狀態(tài)下的安全性要求。針對抗震設(shè)防而言，常規(guī)結(jié)構(gòu)需要滿足在高概率的小震作用下不出現(xiàn)損壞，能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)的正常使用功能要求，在小概率的大震發(fā)生后，結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌，以達(dá)到安全性的需求。因此，針對常規(guī)結(jié)構(gòu)而言，依照“小震不壞，大震不倒”的原則同極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論是相協(xié)調(diào)的。然而，不同的橋梁結(jié)構(gòu)的功能期望也有所不同，所以抗震設(shè)防要求要與其實(shí)際需要相一致。比如，高等級的橋梁一般承擔(dān)著重要的經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能，如果因小震的影響必須中斷進(jìn)行搶修，會對本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生很大的影響，所以在進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)，要減小其因中、小地震出現(xiàn)損害的概率；對于擔(dān)任救災(zāi)生命線緊急通行任務(wù)的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)對“大震不倒”的標(biāo)準(zhǔn)作進(jìn)一步的提升，執(zhí)行有條件的可通行性標(biāo)準(zhǔn)，保證抗震救災(zāi)工作的順利進(jìn)行。

因橋梁結(jié)構(gòu)在小震與大震作用下的設(shè)防目標(biāo)的重點(diǎn)不同導(dǎo)致其進(jìn)行設(shè)防的重點(diǎn)對象有有所不同。小震作用下的設(shè)防重點(diǎn)為橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用性能、通行質(zhì)量與通行成本，因此，其設(shè)防的重點(diǎn)對象為高等級的擔(dān)負(fù)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能的橋梁結(jié)構(gòu)；大震作用下就是要確保一般橋梁的安全性能與救災(zāi)生命線的緊急通行的可通行性，因此，其設(shè)防的重點(diǎn)對象是隸屬于救災(zāi)生命線通行計(jì)劃中的所有橋梁。正如之上所言，公路的等級較高并不能說明其整體的震后可通行概率較高，所以，在選擇救災(zāi)生命線緊急通行線路時(shí)，高等級的公路不一定是最好的選擇。因此，從橋梁結(jié)構(gòu)的抗抗震設(shè)防需求來看，一座在小震與大震作用下同時(shí)達(dá)到較高的性能目標(biāo)需要的橋梁是少見的。

圖1 經(jīng)驗(yàn)易損性曲線

圖1為某國家地震研究工作者針對已發(fā)生的地震進(jìn)行研究所作出的經(jīng)驗(yàn)易損性曲線。在整理分析不同損傷情況下的易損性曲線，可以總結(jié)出橋梁結(jié)構(gòu)的地震易損性表現(xiàn)為以下幾個特點(diǎn)：

（1）在同一失效概率下，橋梁倒塌相對應(yīng)的場地峰值加速度要比出現(xiàn)輕微損傷時(shí)的峰值加速度要高很多，從這一點(diǎn)可以看出，針對橋梁結(jié)構(gòu)本身的抗震特性而言，“小震不壞，大震不倒”兩級設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是切實(shí)可行的。

（2）橋梁結(jié)構(gòu)從發(fā)生輕微損傷，到損傷程度逐漸嚴(yán)重，最終迫害的全部工程中，對應(yīng)的失效概率對場地峰值加速度的敏感程度逐漸減弱，從中可以看出提高抗震設(shè)防的加速度水平能夠有效地降低橋梁發(fā)生輕微損傷的失效概率，然而對于倒塌的失效概率影響并不大，所以，在小震作用下，依據(jù)橋梁的等級不同要選擇不同的重要性修正系數(shù)，這種方法對于小震而言是科學(xué)合理并行之有效的，而對于大震設(shè)防卻并非很必要。

（3）將可修復(fù)的中等損傷與輕微損傷、倒塌易損性曲線進(jìn)行對比，可以看出其與輕微損傷的易損性曲線更接近，這表示對在緊急通行計(jì)劃中的橋梁的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該進(jìn)行針對性的研究，因?yàn)槠涫艽笳鹣碌目尚迯?fù)損傷指標(biāo)的影響較大。

綜上所述，考慮到設(shè)防目標(biāo)需求與結(jié)構(gòu)抗震性能兩個方面的因素，橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)選用“小震不壞，大震不倒，救災(zāi)生命線可通”的抗震設(shè)防理念。

2. 梁抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)的合理分類

針對實(shí)際的震害進(jìn)行調(diào)查研究，可以發(fā)現(xiàn)地震作用的發(fā)生具有一定的偶然性且地震水平也具有一定的隨機(jī)性，因此，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)采取一定的抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)是有很大必要的，抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)一方面能夠提升結(jié)構(gòu)塑性區(qū)的延性能力，另一方面可以避免落梁等震害的發(fā)生。抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)為概念設(shè)計(jì)中的重要組成部分，其比抗震分析計(jì)算更加重要。所以，對于橋梁抗震設(shè)防理念而言，針對不同的橋梁提供合理的抗震構(gòu)造措施設(shè)計(jì)是非常有必要的。

橋梁結(jié)構(gòu)與一般的建筑結(jié)構(gòu)部有所不同，其質(zhì)量一般集中于上部結(jié)構(gòu)，同時(shí)沒有建筑結(jié)構(gòu)中的墻體來提供側(cè)向剛度與承載力，整體有著“頭重腳輕”的特征，所以橋梁結(jié)構(gòu)的基本周期較長。與建筑結(jié)構(gòu)的“強(qiáng)柱弱梁”的抗震設(shè)計(jì)理念有所不同，橋梁結(jié)構(gòu)按照“彈性梁，塑性墩”進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，在強(qiáng)震作用下，墩身會進(jìn)入明顯塑性狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)周期有所延長。這表示橋梁結(jié)構(gòu)與一般建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特性有所不同，中、長周期頻段的地震能量對其影響較大。

3. 語

綜上所述，可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）在進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)，公路選用較高的重要性修訂系數(shù)并不能表示其震后可通行概率會相應(yīng)的提高，想要做到合理的抗震設(shè)防，不僅要針對路網(wǎng)等級，還要考慮到公路所在地區(qū)的緊急通行計(jì)劃。

（2）橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)?shù)氐脑O(shè)防目標(biāo)要求以及抗震性能特點(diǎn)，并遵循“小震不壞，大震不倒，救災(zāi)生命線可通”的抗震設(shè)防理念。小震情況下，橋梁等級不同所選用的重要性修訂系數(shù)也有所不同，以此來降低經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行秩序的影響；在大震的情況下，以是否以救災(zāi)緊急通行線路為標(biāo)準(zhǔn)來依照不倒塌與可修復(fù)兩種抗震性能目標(biāo)進(jìn)行橋梁的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。

（3）針對基本周期為中或者長的橋梁結(jié)構(gòu)而言，是不能僅僅按照場地設(shè)防基本烈度來判斷本地區(qū)的地震危險(xiǎn)性程度的，這種方式存在著一定的不合理性。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該考慮到基本烈度、特征周期與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)三個重要參數(shù)，并將這三個參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合乘積，以此作為控制指標(biāo)來選擇所需要的抗震構(gòu)造措施。

[1]管仲國,李建中,范立礎(chǔ). 公路橋梁合理抗震設(shè)防理念研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào),2010,04:99-104.

[2]陸本燕,劉伯權(quán),邢國華,吳濤. 中歐橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)條文的比較與研究[J]. 世界地震工程,2010,03:109-114.

[3]王瑩,王燦. 國內(nèi)外橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的發(fā)展及對比研究[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù),2012,04:31-34.

[4]王克海,韋韓,李茜,李悅. 中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)理念[J]. 土木工程學(xué)報(bào),2012,09:115-121.

[5]王志謙,王詠梅. 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)研究分析[J]. 黑龍江交通科技,2014,11:120.

[6]曾武華,崔秀琴,王逢朝. 論公路橋梁的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)[J]. 三明學(xué)院學(xué)報(bào),2015,02:85-90.

[7]夏修身,陳興沖,王常峰,丁明波. 橋梁震害分析與合理抗震體系研究[J]. 工程抗震與加固改造,2011,06:132-136.

[8]唐光武,蘭海燕. 中國公路橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和評價(jià)[J]. 公路交通技術(shù),2011,06:39-43+48.

U45

B

1007-6344（2015）11-0325-01

冉淋淋，男，1987-04，湖北省松滋市人，浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，西華大學(xué)學(xué)士，研究方向：橋梁設(shè)計(jì)