現(xiàn)役橋梁抗震性能初步評估研究

梁 洪 昌

(亳州市公路管理局，安徽 亳州 236800)

·橋梁·隧道·

現(xiàn)役橋梁抗震性能初步評估研究

梁 洪 昌

(亳州市公路管理局，安徽 亳州 236800)

結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)研究成果，進(jìn)行了系統(tǒng)的抗震性能初步評估方法的研究，通過某三跨連續(xù)梁主橋工程實(shí)例分析，計(jì)算評估了該橋的抗震性能，以供類似工程參考。

現(xiàn)役橋梁，抗震性能評估，初步評估方法

0 引言

早期建設(shè)的舊橋無相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范作依據(jù)，很少考慮抗震防災(zāi)問題，即使按新刊布的《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》[1]進(jìn)行設(shè)計(jì)，但經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)營使用后，許多橋梁抗震性能仍然不足。因此對現(xiàn)有橋梁進(jìn)行抗震性能評估是極為必要的。

在橋梁抗震性能評估方面美國和日本的研究位居世界前列。美國于2006年修訂已出版的《Seismic Retrofitting Manual for Highway Structures》手冊[2]，該手冊涵蓋了詳細(xì)的評估流程。日本在進(jìn)行多次實(shí)例抗震性能評估后出版了《既有公路橋梁抗震加固參考》一書[3]。我國在公路橋梁抗震評估方面雖然有一定的研究，但研究成果較少，至今還沒有制定出一套可用于抗震性能評估的手冊。陳海全[4]、劉漢歆等人[5]從地震的危害大小和結(jié)構(gòu)本身的易損程度兩個(gè)方面來判定橋梁結(jié)構(gòu)的抗震評定等級，為制訂我國的抗震評定及加固手冊提供了借鑒。

綜上所述，我國橋梁抗震性能評估急需提出一套系統(tǒng)的、有效的評估方法，從而能準(zhǔn)確地評判現(xiàn)役橋梁的抗震性能是否滿足要求，進(jìn)而為后續(xù)抗震加固的優(yōu)先順序及資金合理投入提供依據(jù)。

1 橋梁抗震性能初步評估方法

抗震性能初步評估旨在篩選出現(xiàn)役橋梁中抗震性能不足的橋梁，以期能對這種抗震性能給出一個(gè)定量的評價(jià)，更為直觀的判定該橋是否需要進(jìn)一步的評估和加固維修。按照橋梁等級分值越高，其加固優(yōu)先權(quán)等級越高的原則，也能對區(qū)域內(nèi)抗震性能不足的橋梁進(jìn)行加固優(yōu)先排序。

當(dāng)前已有不少初步評估的流程，但是出于地質(zhì)環(huán)境，橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等限定條件無法形成一套通用的評估方法。文章針對安徽省地質(zhì)構(gòu)造及橋梁結(jié)構(gòu)的使用年代、重要性及自身結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)出發(fā)，在大量的研究及結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)研究成果后，最終提出了一套系統(tǒng)的適合安徽省省情的城市橋梁抗震性能初步評估方法。該抗震性能初步評估工作流程如圖1所示。

由圖1可知，初步評估分為兩個(gè)階段：抗震加固類別和優(yōu)先加固等級確定。根據(jù)橋梁重要性及所處橋址地震活動(dòng)性和預(yù)期服役類別判別是否需要進(jìn)行加固。當(dāng)確定需要進(jìn)行加固后，從橋梁易損性和地震危險(xiǎn)級別量化計(jì)算出橋梁等級，最終給出優(yōu)先加固級別。

以一座連續(xù)梁橋?yàn)槔?，對其進(jìn)行抗震性能初步評估，展示整個(gè)評估的流程。

2 工程實(shí)例——某連續(xù)梁橋抗震性能初步評估

2.1 工程概述

某連續(xù)梁橋主橋?yàn)?0 m+100 m+60 m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，左右幅分離布置，單幅箱梁采用單箱單室截面形式。根部梁高5.5 m，跨中梁高2.2 m，箱梁頂板寬16.65 m，底板寬8.0 m，翼緣板懸臂長為4.275 m，梁高按二次拋物線線形變化。箱梁橫橋向頂板設(shè)2%的橫坡。下部主墩采用矩形墩，墩身采用C40混凝土,基礎(chǔ)采用直徑1.8 m鉆孔灌注多排樁。過渡墩采用樁柱式橋墩，墩身和蓋梁采用C30混凝土。總體布置如圖2所示。

2.2 抗震性能初步評估

按以上初步評估流程，分別對該橋在E1和E2兩水準(zhǔn)地震作用下進(jìn)行抗震性能初步評估。

初步評估結(jié)果如表1所示。

遠(yuǎn)空的白影終于飛近了云浮山，抬眼望，卻是一群白色的鷲。它們大概有數(shù)十只，通體雪白，羽色鮮亮，最小者翼展不足三尺，最大者翼展怕是要超過一丈。它們圍著山巔，高高地盤旋，不時(shí)發(fā)出一聲聲嘶啞刺耳的鳴叫。

2.2.1 抗震加固類別

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式和在交通網(wǎng)絡(luò)中的重要性確定該橋抗震設(shè)防分類、預(yù)期服役類別和抗震最低性能水平；以結(jié)構(gòu)自振周期對應(yīng)的加速度反應(yīng)譜Sη和Sg為衡量標(biāo)準(zhǔn)，劃分不同的地震危險(xiǎn)性水平，最后由地震作用和地震危險(xiǎn)性水平確定抗震加固等級。該橋計(jì)算結(jié)果E1作用下Smax=0.096 8g，Sη=0.096 8g，Sg=0.033 9g；E2作用下Smax=0.292 5g，Sη=0.292 5g,Sg=0.102 4g。查表知E1和E2作用下地震危險(xiǎn)性水平分別為H1和H3，抗震加固等級均為L3。

表1 抗震性能初步評估結(jié)果

2.2.2 易損性級別

易損性級別V由各構(gòu)件易損性級別共同決定，主要為連接部位的易損性級別V1和橋墩、橋臺、場地液化的易損性級別V2。按圖3所示的計(jì)算過程，易損性級別V取V1和V2的較大值，其值范圍為0～10。

1)易損性級別V1。

由于支座為盆式支座且支座未失效，所以橫向易損性級別VT=0。支承長度L=95 cm,大于最小支承長度N=70+0.5×30=85 cm，0.5N

對于抗震加固等級為L3的橋梁，橋墩會因剪切破壞或由搭接缺陷引起損傷。由剪切破壞引起的橋墩易損性CVR1=Q-PR=5.2，由搭接缺陷引起的橋墩易損性CVR2取7，所以橋墩易損性級別CVR=7。中低強(qiáng)度地震時(shí)，橋臺易損性級別AVR一般不大于5，這里取5。本橋不涉及場地液化，所以液化易損性級別LVR

取0。則易損性級別V2=CVR+AVR+LVR=12,取10。

3)易損性級別V。

該橋易損性級別V=max(V1,V2)=10。

2.2.3 橋梁等級

最終得到的橋梁抗震性能的定量評定就是橋梁等級，用R來表示，其取值是由易損性級別V和地震危險(xiǎn)性級別E相乘得到的，即：

R=VE

(1)

其中，E為地震危險(xiǎn)性級別，由式E=10Sg來確定。這里E取0.34和1.02。

總結(jié)國內(nèi)外評估經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例，得到橋梁等級的參考標(biāo)準(zhǔn)為：R<7時(shí)，地震作用下橋梁不會發(fā)生破壞；R=7～10時(shí)，地震作用下橋梁發(fā)生破壞的可能性較小；R=10～15時(shí)，地震作用下橋梁發(fā)生破壞的可能性為中等；R>15，地震作用下橋梁發(fā)生破壞的可能性較大。由上計(jì)算得E1作用下R=3.4，E2作用下R=10.2。

根據(jù)以上初步評估，E1作用下R=3.4，評定結(jié)果小于7，則E1地震作用下橋梁不會發(fā)生破壞；E2作用下R=10.2，評定結(jié)果在10～15，則對應(yīng)E2地震作用下橋梁發(fā)生破壞的可能性為中等。

3 結(jié)語

文章提出了一套有效的抗震性能初步評估方法，并運(yùn)用該方法評估一座現(xiàn)役橋梁的抗震性能，主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)該橋在E1地震作用下橋梁等級為3.4<7，抗震性能滿足要求不會發(fā)生破壞；E2作用下橋梁等級為10.2<15，表面抗震性能不足，橋梁發(fā)生破壞的可能性為中等。

2)通過對一連續(xù)梁橋進(jìn)行抗震性能初步評估，清晰地展示整個(gè)初步評估的流程和步驟，最終給出一個(gè)定量的評定數(shù)值，驗(yàn)證了該方法的可操作性。

3)關(guān)于橋梁抗震性能不足時(shí)發(fā)生破壞，具體的可能性大小還需要大量的工程實(shí)踐和更深入的研究來進(jìn)一步地界定。

[1] JTG/T B02—01—2008,公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[2] Buckle I G,Friedland I,Mander J,et al.Seismic Retrofitting Manual for Highway Structures[J].Highway Bridges,2007(3)：18-19.

[3] Japan Road Association.Reference for Seismic Retrofit of Existing HighwayBridges[M]．Maruzen，Tokyo，Japan，1998.

[4] 陳海全,謝 劍.美國公路橋梁抗震初步評定方法及實(shí)例[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2008,23(1):74-79.

[5] 劉漢歆,周建春.橋梁抗震加固初定評估研究[J].中國水運(yùn),2009,9(1):201-202.

Preliminary evaluation of seismic behavior of existing bridges

Liang Hongchang

(BozhouHighwayAdministrationBureau,Bozhou236800,China)

Combined with advanced research results at home and abroad, the preliminary evaluation method of seismic performance of the system is carried out. Finally, calculating and evaluating a bridge’s seismic performance by analyzing a three-span continuous beam bridge project, provided reference for similar engineering.

active bridge, seismic performance evaluation, preliminary evaluation method

1009-6825(2017)20-0162-02

2017-05-08

梁洪昌(1963- )，男，高級工程師

U442.55

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