基于性能桥梁抗震设计理论发展
桥梁抗震的研究进展
桥梁抗震的研究进展一、本文概述随着全球气候变化的加剧，地震等自然灾害频发，桥梁作为交通网络的重要组成部分，其抗震性能越来越受到人们的关注。
近年来，桥梁抗震研究取得了显著的进展，不仅提高了桥梁的抗震设计水平，也为保障交通畅通和人民生命财产安全提供了有力支持。
本文旨在综述桥梁抗震研究的最新进展，探讨当前研究热点和未来发展趋势，为桥梁抗震设计与实践提供参考。
本文将首先回顾桥梁抗震研究的历程，分析地震对桥梁结构的影响及破坏机理。
在此基础上，重点介绍近年来桥梁抗震设计理论、实验技术、数值模拟等方面的研究进展，包括抗震设计理念的更新、新型抗震材料的研发、智能抗震技术的应用等。
还将对桥梁抗震加固与修复技术、震后桥梁快速评估与恢复等方面进行讨论。
本文还将关注桥梁抗震研究的前沿动态，包括抗震设计规范的更新、新型抗震结构体系的探索、多学科交叉融合在桥梁抗震研究中的应用等。
通过对这些内容的梳理与分析，本文旨在为桥梁抗震研究与实践提供新的思路和方法，推动桥梁抗震技术的持续发展与进步。
二、桥梁抗震设计理论桥梁抗震设计理论是确保桥梁在地震中安全稳定运行的关键。
随着科技的不断进步和研究的深入，桥梁抗震设计理论也得到了显著的发展。
传统的抗震设计主要依赖于静态的力学分析和结构强度评估，但地震是一个高度动态的过程，因此，现代的抗震设计更加注重动态分析，包括时程分析、反应谱分析等方法，以更准确地模拟地震对桥梁的影响。
近年来，基于性能的抗震设计（Performance-Based Earthquake Engineering, PBEE）成为研究的热点。
PBEE强调根据桥梁的特定性能目标来进行设计，而不仅仅是满足某种静态的强度要求。
这种设计方法允许设计师根据桥梁的重要性、使用功能、维护成本等因素，为其设定不同的性能水平，从而在地震中达到预期的抗震效果。
随着计算机科学和人工智能的发展，数值模拟和智能算法在桥梁抗震设计中的应用也越来越广泛。
桥梁抗震理论及设计方法的发展与前景
桥梁抗震理论及设计方法的发展与前景[摘要]在总结地震对桥梁破坏形式及特点的基础上，分析了桥梁抗震理论发展，提出了在桥梁抗震理论方面的研究趋势，对于提高桥梁的抗震能力具有一定的指导意义。
[关键词]桥梁抗震理论设计方法现状与前景中图分类号：u284.15+2 文献标识码：u 文章编号：1009―914x （2013）22―0611―01桥梁是各种交通系统的主要内容，研究和探讨桥梁抗震理论和设计方法，提高桥梁的抗震能力，对于维护公共安全、减轻地震灾害具有非常重要的意义。
1.地震对桥梁破坏的形式和特点地震的破坏性主要是因为巨大的能量使建筑、工程设施等受到破坏甚至倒塌，同时伴随着一引起相应的次生灾害。
对于桥梁来说，要减轻地震灾害，就要研究分析地震对桥梁的破坏形式和特点，有针对性地利用科学的理论和方法进行设计和施工，提高桥梁的抗震能力。
一般来说，桥梁主要有上部结构、下部结构、支座和基础等四部分组成。
在发生地震时，于桥梁的上部结构，可能会因为支撑面小、支承连接件受损、因下部结构破坏而引起桥梁落梁现象。
同时，梁在顺桥向产生坠落过程中，梁端还可能会撞击桥梁的下部结构，使桥墩受到严重的破坏。
对于支座，地震力可能使支座连接件受到破坏，造成桥梁的上下结构分离，形成较大的破坏。
对于下部结构，地震可能会造成桥墩开裂、纵向扭曲、倾斜、剪断甚至倒塌，从而失去承载能力。
地震对于基础的破坏，主要原因是因为不良的地质条件出现沉降、滑移，使桩基础受到破坏。
2.桥梁抗震理论及设计方法的现状由于地震主要从上述四个方面给桥梁带来破坏，所以，对于桥梁抗震理论也主要是从这些角度出发，围绕桥墩延性抗震设计、减隔震措施、防落梁技术、连梁装置等方面开展理论研究和设计的。
在现代桥梁抗震理论方面，国外的研究起步较早。
美国学者在上个世纪后半期就取得了不少成就，形成了反应谱理论、时程分析理论、随机振动分析理论等各种不同的理论，日本也在抗震设计规范方面不断进行修订，提出了一些减隔震理论，采用高阻尼支座进行减隔震的设计和施工，也取得了一定的进展。
基于性能的抗震设计理论研究综述
基于性能的抗震设计理论研究综述摘要：对基于性能的抗震设计理论的发展史作了回顾，总结了当今国内外对这一理论的研究现状，提出了一些需要解决的问题。
关键词：抗震设计，基于性能的抗震理论，性能水平，评价指标，基于位移的抗震设计1 结构的抗震设计局限由于地震和地面运动有很大的不确定性，导致结构在其使用期限内可能遭遇预期强度等级的地震，也有可能遭遇远远大于预期强度等级的地震，这就使结构工程师很难准确了解结构的抗震需求。
当前，多数国家对结构抗震设计原则为：对于一般的工程结构，设计时以本区域内多遇地震作为结构弹性阶段承载力和变形验算依据，以保证结构在小震作用的结构正常使用功能；同时以大震作为结构在极限状态下的验算依据，以满足在结构在强震下不至于倒塌危及生命安全。
虽然这种设计方法较为简单，设计结果较为经济，但也在某种局限了结构的抗震设计。
首先，仅仅以正常使用状态和极限状态作为设计阶段，并不能保证结构在除此两状态之外的处于其它状态时的损伤程度和功能完整性，这就要求我们对结构的其它状态的性能水平进行更深入的研究。
其次，这种设计仅仅要求结构满足基本的抗震设防目标，局限了业主对结构抗震方面提出更高的设防要求，安全度已与目前的经济和社会发展不符，故我们有必要对结构的设防目标进入更进一步的研究。
因此，对结构采用多级性能水平和多级抗震设防目标的基于性能的抗震设计具有重要的理论意义和实用价值。
2 结构的地震反应分析了方法自1899年日本学者大森房吉首次提出用于结构抗震设计的静力法以来，结构的地震反应分析方法经历了从静力法到动力的反应谱法和动力时程分析法这三个阶段的演变过程，在动力阶段中又可分为弹性与非弹性(非线性)两个阶段。
根据所考虑的地震动特点，结构地震反应分析方法可以分为确定性方法和随机振动方法。
确定性方法利用地震记录或由其他方法确定的地震波进行结构的地震反应计算，随机振动方法则把地震视为随机过程，把具有统计性质的地震动作用在结构上来求出结构的反应。
基于性能的抗震设计
固溶淬都能大幅提高其冲击韧性与合金力学性能，但是从性能的优越性方面来比较，Ni/Fe 比设定为9/1的合金的性能明显优于7/3的合金。
6结论①真空退火消除了合金中的氢脆现象，粘结相在钨中的扩散层厚度增加，使界面结合强度大幅提高，因而真空退火有助于改善合金性能。
②合金中钨-钨界面处在固溶淬火后呈现出另一种成分类似于基体的新相———韧性相，使界面结合强度及合金力性能大幅提高。
③经固溶淬火后，Ni/Fe 比为7/3和9/1的合金强度和韧性大大提高，但Ni/Fe 比为9/1时合金的力学性能明显优于Ni/Fe 比为7/3的合金的力学性能。
参考文献:[1]张存信，秦丽柏，米文宇，白志国.我国穿甲弹用钨合金研究的最新进展与展望[J].粉末冶金材料科学与工程，2006，6：1-6.[2]虞觉奇，易文质，陈邦迪等.二元合金状态图集[M].上海：上海科学出版社，1987，10第一版：498.[3]胡兴军.高密度钨合金在弹用材料中的应用及研究进展[J].稀有金属与硬质合金，2009，9：1-3.摘要:汶川等地震的发生让人们看到抗震结构设计的重要性，超限高层结构设计采用基于性能的抗震设计理念和方法是可行的，采取比标准规范更加有效的抗震措施，基于性能的抗震设计理论可完善简化的规范设计，为规范设计的不同性能水准提供一个有效的选择，改进已有建筑的评估和翻新，改进和完善区域损失估算，提高历史地震斟察的适用性，提高地震工程研究的效率，提高抗震性能并保证经济效益。
关键词:抗震结构设计基于性能的抗震设计0引言汶川地震、玉树地震和芦县地震使人们再次看到抗震结构设计的重要性，如何提高抗震性能又保证经济效益，是我们面临的一大问题。
随着经济水平的提高，我国的超限高层建筑工程越来越多。
这些工程在房屋高度、规则性等方面都不同水平地超过现行标准规范的适用范围，如何进行抗震设计缺少明确具体的目标、依据和手段，按照《全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会抗震设防专项审查办法》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》等的要求，需要根据具体工程实际的情况，进行分析、研究，必要时还要进行试验，从而确定采取比标准规范更加有效的抗震措施，设计者的论证还需要超限额审查，以期保证结构的抗震安全性能，这就提出了基于性能的抗震设计。
房屋建筑基于性能的抗震设计理论及方法的研究现状与发展前景
想。
地震灾害是一种常见并且 多发的 自然灾害现象 ， 它是人类 面临 基于性能 的抗震设计 的主要特点 ： 使抗震设 计从宏观定 性 的 目 的主要灾 害之一 。地震 的发生具 有随机性和偶然性 的特 点 ， 其发生 标 向具 体量化的多重 目标 过渡 ， 抗震设计 由以保 障人 员生命安全 将 的时 间和空 间、 强度和持续 的时 间等均不 确定 。随着大量 的震 害分 为基本 目标 转化 为不 同风险水平地震作用下 满足不 同的性 能 目标 ， 析和工程抗震理论及实践经验 的积累 ， 人们对 工程抗震的认识不 断 从 而通 过多 目标 、 多层次 的抗震 安全设计来最大 限度保 障人员生命 深入 ， 并且 基于 目前 的抗 震设计思 想采取 了相应的抗震 措施 ， 在正 安 全和实现 “ 效益 一投资 ” 的优化 平衡 以及满 足对结构 “ 性” 个 的要 常设计 的情况 下能够做 到在一定程度上 保障结构 在遭遇 高于预期 求 。 基于性能的抗 震设 计是在总结传统抗震设计思想 的基础上延伸 地震 的情况下不至于瞬 间倒塌 ， 其抗震设 防的 目标 尚局限在基本保 和发展 。 传统的三水准抗震设计思想也具有基于性能 的抗震设计思 障人员安 全 的水 准 内， 其破坏没 有得到有效 的控制 ， 但 震后 的人员 想 的因素 ， 只不过其是初级 的、 目标不 明确而 已。 目前 ， 世界许多 国 和财产损失是 巨大 的， 往往超过 了社会所 能承受的范 围。由于地震 家都对基 于 胜能的抗 震设计 进行广泛而细致 的研 究 ， 以期将其尽快 和地面运动有很大 的不确定性 ， 结构在其有效 使用期限 内可能遭遇 的 应 用 到 新 的 抗 震 规 范 中 去 。 我 国在 ２ １ ０ ０版 的 抗 震 设 计 规 范 和 预期强度 等级 的地震 ，也有 可能遭遇远 远大于预 期强度 等级 的地 ２ １ ０ ０版高层建筑混凝 土结构技术规程 中将关 于 陛能设计 的最新研 震， 如何确定 符合经 济社 会发展 的抗震设 防 目标 、 并采取行 之有效 究 成果 写入 ， 就体现 了这一新 的思想 。 抗震设计方法保证设 防 目标 的实 现 ， 进而有效 的控制地震灾害发生 ３基 于 性 能 的 抗 震 设 计 理 论 框 架 的范 围和程度 ， 地震 学界和工程抗 震界亟需解决的问题。 是 基 于性能 的抗震设计涉及 地震工程 、 岩土工程 、 结构 工程 、 建筑 目前 国内外工程界 ， 结构抗震设 计实践 中 ， 以本 区域 内预 学 和社会经 济等诸 多学科 ， 在 多 是开放 的 、 多学科交叉 的体系 ， 于性能 基 期地震作为结构弹性 阶段承载力 和变 形验算依据 ， 在特殊情况下采 设计 的挑 战在 于确定各领域 的关键 技术并开展研 究 ， 在探 索研究 中 用结构非线性反应分析进行变形验算 ， 以保证 结构在遭遇高于预期 使性能设计更加接 近实际的工 程应 用和实践 。一 般来 讲 ， 于性能 基 地震下不至于倒塌危及生命安全 。 这是 以生命安全为单一 目标 的设 的抗震设计 主要包括地震设 防水准 的确定 、 结构性能 目标 和性能水 防水准 。 这种设计方法较 为简单 ， 设计结果造价低廉经济 。 国现行 准 、 我 结构反应性能参数 的确定 、 及结 构分 析设计 的方法等内容 。 抗震设计规范 的主要指导思想和工程设计 实践 中也是采用 “ 小震不 ３１地 震 设 防水 准 的确 定 ． 坏， 中震 可修 和大震不倒” 的三水准抗震设 防准则 。 与之对应 的采用 地 震设 防水准是 指未来可 能作用 于场地进 而施 加在 建筑结 构 二阶段抗震设计方法来实现三水准 的抗震 设防要求 的 ： 第一 阶段进 上 的地震作用 的大小 ， 也称地震风 险 『 生水平。地震设 防水 准是抗震 行强度验 算 ， 即取第一水 准烈度 的地震动 （ 小震 ） 参数 ， 采用 弹性反 设计 的基本 问题 ， 地震设防水准直接关 系到结构 的抗震 能力 。对于 应谱计算 结构 的弹性地震作 用及效应 ，并 与其它 荷载效应 进行组 基 于性能 的抗震 设计 ， 为实现 多级抗震设 防水准 ， 控制 不 同地 震作 合， 对结构进 行抗震 承载力和 弹性 变形验算 ， 以满 足必要 的强度 和 用下结构 的破坏状态 ， 就需要细化地震设 防水准 。根据不 同的重现 变形要求 ； 二阶段进行 弹塑性验算 ， 仅局 限于 特别重要 的建筑 期确定可能发生 的不 同水 准或等级的地震动参数 ， 第 但 包括地震 加速度 和地震时易倒塌 的结构 ， 第三水准烈度 的地震 动（ 按 罕遇地震 ） 参数 时程 曲线 、 加速度反应 谱 、 峰值加速度 、 震动 的速度 、 地 位移 和频 率 进行薄 弱层 的弹塑性变形验算 ， 采取相应 的构造措施 以满足 “ 并 大 等 。 我们 国家抗震设计依据 的是 小震 、 中震 、 大震 三级设 防水准 ，从 震不倒” 的设 防要 求 。 超 越概率角度 描述这三级水 准并 以不 同烈度来 相对应 ，基 于烈度 传统 的结 构抗震思 想和手段 ， 有其 明显 的局 限性 ， 可靠水准 （ 其 在设计时转化为地震动加速度） 来设 防。 国内外 的研究成果来看 ， 从 不能与现代社会发展 的需求相适应 。在此背景下 ， 基于性能 的抗震 地震 动 的速度 、 位移 、 持续 时间和频率 等对结构 的安全 性也有很 大 设计被提 出和广泛研究 ， 被认 为是未来房屋 建筑抗震设计 的主要 的影 响， 并 为实现基于 眭能的抗震设计， 以上参 数对结构性 能的影响有 发 展 方 向和 建 筑 抗 震 设 计 规 范 的主 要 指 导 思 想 。 结 构 采 用 多 级 性 待进一 步研究 。 对 能水平 和多级抗震设 防 目标 的基于性能 的抗 震设计 具有重 要 的理 ３ 结 构 性 能 目标 和 性 能 水 准 的确 定 ． ２ 论意义和实用价值 。 结构 性能 目标 ， 是指针对某一个地震设 防等级 而期望结构 达到 ２基于性能 的抗震设计理论研 究发展概述 的结构性能水准 。性 能 目标 的选择非常重要 ， 它为整个设计 和建造 基于性 能的抗震设 计理 论 （ｅｆ ｍａｃ— ａｅ ｅｓ ｃ Ｄ ｓ ｎ 过程设定 了必须遵守 的准则 。 构抗震性 能水 准是指结构在某一特 Ｐ ｒ ｒ ｎｅ ｂ ｓｄ Ｓ ｉ ｅｉ ） ｏ ｍｉ ｇ 结 是 ２ ０世纪 ９ ０年代 由美 国科学家 和工 程师首先提 出的 ， 最早应用 于 定设 防地震等级下预期破坏 的最大程度 。各 国学 者 ， 于性 能设计 基 桥 梁抗震设计 中。 １９ 年 ， 国加州工程 师协会 Ｖ ｓ ｎ ２ ０ ９５ 美 ｉ ｏ ０ ０委员 的思想 提出了不 同的性 能 目标 划分和水准划分 ， ｉ 较传统抗震 目标均 会 提出了发展能够满足多种结构性 能 目标 的、 指导结构抗震性能 的 有 明显 的细分 ， 具有更强 的适应性 和可操作性 。我 国高层 建筑混凝 框架 ；９ ６年 ， 国联邦紧急救援署 （ Ｅ Ａ） 出既有建筑评定 、 土设计规程 中对结构抗震性能 目标 和水准做 出了明确 的规定 ， １９ 美 ＦＭ 提 加 抗震 固 中使用 多重性能 目标 的建议 ， 在 １９ 并 ９ ８年 和 ２ ０ ０ ０年 ， 又发布关 性 能 目标 综合 考虑抗震 设 防类别 、 防烈 度 、 设 场地 条件 、 结构 特殊 于基于 ｌ 生能的抗震设计文件 。自基 于结 构． 的抗震设计理论提 出 性 、 陛能 建造费用 、 震后损失 和修 复的难易程度等 因素 ， 划分 为四级性能 以来 ， 建立 以结构 功能评价 为理论基础 的结构设计 体系是近几年美 目标分为和 五级性能水准 ， 比传统 的“ 相 小震不 坏 、 中震可 修 、 大震 国 、 本 和新 西兰等国家的研究课题 。基 于性 能的抗震设计 出的结 不倒 ”进行 了具体 明确 的量化 ， １ ３ ， 体现 了基于 陛能抗震设计思想 。 构 在未来 的地震灾害下能够维持所预期 的性 能水平 ， 资 一效益准 投 ３ ． ３结构反应性能参数的确定 则 和建筑 结构 目标 性能 的个 性化是基 于性 能 的抗震 设计 的重要思 如何 建立对于不 同性能 目标 的结构地震反应 性能 的评 价标准 ，
基于性能的抗震设计理论及其在抗震加固中的应用研究
目标 、 对安全起控制作 用的 目 标和不能接受的状态进行分类 的 １ ． 基于结构性能的抗震设计方法 ．３ ２ 在我 国现行 的抗震设计规范 中已经考虑 了“ 功能 ” 对结构 的影 响 程度 ， 对结构完成预定功 能的概率进行 了一定 的限制 ． 并 已有 的震 害 表明 ， 现行抗震设计规范在减轻建筑 “ 能” 功 震害损 失方面有 着十分重 要的意思 但 在实 际的抗震设计过程 中． 还未 给一些定性 和定量 的指 标． 对结构的抗震性能状态进行划分 ， 由此缺乏一套思路清晰 、 设计步 骤完整的基于性能 的抗震设计过程 ． 因此工程设计人员不能从基于结 构 眭能” 的方 面着手进行抗震设计 ． 使得抗规 中要求 的“ 功能” 一词变 的相对模糊
基本目标必要122结束语鉴于以上原因我国当前的建筑工程也逐渐的由新建建筑走向既有建筑的维修加固和改造其未来的发展方向也引起了越来越多的研究学者进行研究建筑结构维修加固的发展和应用733科技信息2011规划与设计sciencetechnologyinformation基线解算工作在每天观测结束后进行并进行闭合差重复基线的检核工作gps外业观测数据处理使用随机购置的locusprocessor软件1000比例尺地形测图954km测量范围为江北堤和江南堤两防洪堤堤外测至邕江水边堤内测至堤路园路边背水面坡脚起30参与平差的边长最小13956m最弱边相对中误差最大为129900
２ 基 于性能抗震设计理论在抗震加 固中的应 用
由于出台规范 、 为影响及历史等诸多 因素 ． 人 我国房屋 的建筑质 量有 很大波动 ． 国城 镇房屋多建造 于上 世纪八 十年代左右 ． 全 至今服 役时 间已经在 ３ 年 以上 ． Ｏ 加上业主对建筑使用功能的重视程度不够 ． 甚至 中途改变建筑的使用功能 ． 使得这部分建筑在未来遭遇小级别的 地震作用时 ． 就可能出现严 重的损坏 ． 造成巨大的社会影响 ． 因此急需 采取一定的措施对这 部分建筑进行加 固或拆除 但依据 当前我国的基 本 国情 ， 总体经济水平不高 ． 生产力 发展不完备 ． 这些存 在一定安 如将 全质量 隐患的建筑全部拆 除重建 ． 需要 昂贵 的经 济费用 ． 显然不是 十 分合理的 根据已有 工程经验 的数 据分析表 明 ． 工程项 目 建与新建 改 工程相 比占有很 多优势 ， 如缩短工期 、 节约投 资、 提高材 料的可利用率 等方面。 伴 随着当前 我国市场经济 的发展 和综合 国力 的显著提 高． 国的 我 建筑工程项 目 建设 已经从新建建筑逐 步走入新建 与维修 、 固与改造 加 并重的发展时期 第一 ． 上世纪五十年代之后 ， 国相继颁发了反应相 我 应历史 时期综合 国力水平 的国家标准 ． 且其可靠度水平逐步提高 从 １２ 结 构 抗 震 性 能 水 准 ．． ２ 当前保 护社会公众 的人身安全和生命财产安全 的角度 出发 ． 建造于上 结构 的抗震性能水准是指结构在遭遇某一级 别的地震作用时 ． 结 世纪八 十年代 的既有建筑 中． 其安全度和居住环境大部分都难 以满足 构 可能发生 的最大破损程度 ． 及对结构功 能和人 员伤亡的影响 基于 当前 国家持续稳定发展和人们基本生活水平 的需求 数据显示 ． 当前 性能 的抗震设计理论突 出了由业主选择建筑抗震性 能水准的特点 ， 这 房屋总数量 中的 ３ ％ ８ 建造 于上世 纪 ５ ０年代至 ７ Ｏ年代 ．这类建筑 已 就需要 选择一部分定 量的指标 ． 由业 主对其进 行选择 ． 了能让业主 经成为影 响国家长期稳定发展和社会安全稳定的一大隐患 。 为 急需采用 更清楚选定抗震性能水准下建筑对应的性能状态 ． 于性 能的抗震设 些新 的结构改造方法对其改造 ． 基 以提高建筑人居环境 的舒适性和结 计理论按 照不 同的性 能水准 ． 及遭 遇震害后建 筑造成人员伤亡 、 功能 构 的安全性。 第二 ， 伴随着 当前我 国市场经济的逐步发展 ， 的临街 繁华 影响及经济损失等分别进行分类 有利于业主对结构抗震性能 目标的 商业建 筑物逐渐 的成 为商家共同 的垂青之 地 ． 相关建筑 的维修 、 加固 选取 ． 也有 利于工程设计 人员在抗震工 程设计 中 ． 好的把握建筑 的 更 和改造技术逐渐的成 为促进 和保障我 国第三产业飞速发展 的基石 。 第 抗震性能状态 ． 合理的进行结构布置 三． 随着全球范围内工业化 和科 学技术的快速发展 ， 生产工艺提升 、 设 其次 ． 在抗震 设计过程 中 ． 业主选定 的抗震性 能水 准可 以被视 为 备更新和产业 调整的速度愈来 愈快 ． 这就使得 相关的既有建筑物可以 建筑的最高抗 震性能水 准 ． 按照结构所 在地的抗震设 防要求 ： 结构 震 满足使用功能改变的要求 第 四 ． 为提高一些重要建筑物和构筑物的 后 损坏对社会 和公众 的影 响 ：结构震损破 坏后恢复所需 的时 间等 因 可靠度水 平 ， 需要对其进行一定 的耐久性评估 ， 以便确定是否对其进 素 ． 应为建 筑选 择最低 的抗 震性能水 准 ． 还 当建筑低于 某一抗震性能 行维护和改造 五． 第 随着运输能力的增加和道路 车辆 的迅猛增大 ， 越 水准 时， 可被视 为危 险建筑 ． 不应被社会和公众所接收 。 这一抗震性 能 来 越多的码头 和桥梁 已不堪重负 ． 亟待进行维护和加 固 水 准可 作为工程设计人 员控制结构抗震设计 的最低限制值 ． 对结构 进 行初 步设计 和评估 ．对 于普通 民用建筑 这一抗震设计要求并不重要 ， ３ 结束语 但 对于震后对社 会危害程度 比较大 的建 筑如含有核设施 的设备或建 鉴于以上 原因 ． 我国当前 的建 筑工 程也逐 渐的由新建建筑走向既 筑。 或对社会公众产生严重心理伤害 的建筑 如学 校 、 医院 、 纪念性博物 有建筑 的维修 、 固和改造 加 其未来的发展方 向也引起 了越来越多 的 馆 ． 被视作强 制性要求 目前常见 的最低 地震 抗震设防水准是按 照 应 研究学 者进行研究 ， 建筑结构维修加固的发展和应 用（ 下转第 ３３页） ０ 地震发生 的概率 ， 以及 四种不 同的地震设 防水准包 括 ： 基本 目标 、 必要
桥梁防震设计方法探析
应，不 能 给出 结 构反应 的 全 过 程 及 结 构 各构 件 的 破 坏 机 理，由于 地 震动 持 续 时间是 长 短 不 同 的，因 此，反 应 谱 法 对 这 种 时 间 上 的 差 异 性 考虑 不足；三 是 反 应 谱 法 对 于 非 比例 阻 尼结构及不规则结构都不能得出令人满意的 结果。 2.2 基于位移的桥梁防震设计方法
从实 际 地 震中观 察 到 数 据 结 果 表明，强 度并不是 影 响 地 震 破 坏 程 度 的 唯一 指 标，实 际上，桥 梁 抗击地 震 破 坏 的 关 键 在于 是 否发 生较 大 的 结 构 位 移，只要 不出现由于 非 弹性 变形而导致的结构破坏，建筑物就能在地震 中 保 存 下 来 。例 如，在 1 9 7 1年 美 国旧 金 山 地 震 中，许多 按照 新 的 抗 震 规 范设 计 的 桥 梁受 到了严重 破 坏，但 这 些 桥 梁 结 构 强度并 非 不 高，究其原因，是因为地震引起了巨大的地貌 变 形 和 结 构 位 移，这 种 位 移 超 出了桥 梁 本 身 可 以 承受 的 滞回 延 性，桥 梁 在巨 大 的 撕 扯 作 用力下受到了严重破 坏。在这里，延性的概 念 需 要进 一 步 明 确，这 是 指 在 建 筑 结 构 在 初 始强度没有明显退化情况下进行非弹性变形 的 能 力，延 性 能 力 包含 两 个 方 面 的 内 容，一 是 承受 较 大 的 非 弹性 变 形，同 时 强 度 没有 明 显下 降 的 能 力，二 是 利 用滞回特 性 吸收 能 量 的 能 力。第二 种 能 力 是 建 立在 第一种 能 力的 基 础 上 的，如 果 不 能 承受 地 震 波引致 的 撕 扯 力，那么也无法实现吸收地震波能量的目的。 正 是 基于 延性 的 概 念，早 在 2 0 世 纪中期 就 有 人提出了基于位移的设 计方法，但是，直到 2 0 世 纪 9 0 年代 初 期，美国 加 州大 学伯 克 利 分 校的Moeh le正式构建起了基于位移的抗震 设 计 理 论。这 种 理 论 的 主 要思 路 是，桥 梁 设 计应使得结构塑性变形能力满足可能发生的 地震作用下的变形 要求，只要在地震时，桥 梁 结 构 本 身能 够形成 足够 的 位 移 变 化，则 足 以 抵 消 地 震 的巨 大 破 坏作用。基于 位 移 的 防 震设计主要包括以下几个步骤：首先，根据桥 梁可接 受 的 地 震 破 坏水平，给出 结 构 的 初 始 目标位移；其次，考虑结构延性对阻 尼的影 响及滞回耗能，给出合适的阻 尼 表 示式，并 在 此 基 础 上 选 择合 适 的 设 计 位 移反应谱；再 次 根 据目标 位 移及 阻 尼 水平 确 定等 效 单自由 度 结 构 的 位 移 和 阻 尼，并 根 据 位 移反应谱 确 定 等 效 单自由度 结 构 的 等 效 刚 度 和力度。最 后，考虑 结 构 的 非 线 性 响 应，通 过 计 算 得 出 满 足 容 许 位 移 值 的 结 构 位 移，此 外，在 施 工 中，还 要求 对 设 计 的 截面 及 配 筋 情况 进行 检 验，通过迭代选择合理的截面及配筋率。 2.3 基于性能的桥梁防震设计方法
钢筋混凝土桥墩基于性能的抗震设计研究
震设计 受 到研 究者 的关 注较 多 【 ］ 在 地震作 用下 结构有 首超 破坏及 累积 损伤 破坏两 种破 坏形式 ． ３ ． 而位
移指标仅 考 虑 了首 超破坏 而无 法反 映地面运 动持 续时 引起 的累积 损 伤破 坏 ， 可能 过 高估 计结 构 的抗 有
震 性能 ， 致使结 构设计 偏 于不安全 Ｉ ， ６ 故在 桥墩设 计 时如 何考 虑 累 积损 伤 效应 还须 要 探 讨． 外 抗震 设 ］ 此
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明 确 并 量 化 了桥 墩 的抗 震 性 能 目标 及 验 算 内容 ． 出了 小 震 不 坏 及 可 控 制 中 震 损 伤 的 验 算 方 法 ， 出 了大 震 给 指 时 最 大位 移验 算 的不 足 ， 出 了桥 墩 大 震 时 的 验 算 指 标 应 能 同时 考 虑 最 大 位 移 与 累积 损 伤 影 响 ． 入 滞 回耗 提 引
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地震动水平
(a) μ∆ =5.1 Fig.3
(b) μ∆ =9.4
图 3 墩高对位移延性能力的影响 The Effect of columns height on displacement ductility
修正系数 R 或综合影响系数 Cz 与结构的延性 能力有直接的关系。在进行墩柱的抗震设计时，修 正系数 R 或综合影响系数 Cz 的取值是根据结构的
性系数为 ，则结构可能最大修正系数 R 的理论 值为：
位移延性系数 得到的。 理论上， 如结构的位移延
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力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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当墩高为 8m 时，其位移延性能力约为墩高为 3m 时的一半。但在基于强度抗震设计中，强度折减系 数取值相同，将会导致结构在设计地震作用下的安 全程度(或者损伤程度)存在较大的差异。 3) 在基于强度抗震设计方法中， 没有明确提出 结构的设计目标，在设计过程中又仅体现了结构对 强度的要求，从而容易造成工程技术人员偏重于保 证结构的强度而忽略了对变形的要求。基于强度抗 震设计方法存在的这些局限性，使得工程技术人员 很难对结构的抗震性能进行有效地把握和控制，不 利于实现基于性能的抗震设计思想。
取屈服力 Fy=Fd，进行截面设计
较大的模糊性，这主要表现在以下几方面： 1) 基于强度设计理论需首先确定结构的自振 周期，结构的自振周期与结构的初始刚度直接相 关，但现行抗震规范中，对于截面弹性刚度的取值 没有进行明确的规定，一般在进行桥梁的抗震设计
(a)
水平力 F
弹性地震力 Fe Fe 设计地震力 Fd=Fe /R
PERFORMANCE-BASED SEISMIC DESIGN FOR BRIDGES
*
LI Jian-zhong , GUAN Zhong-guo
(Department of Bridge Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)
计算弹性周期 Te 弹性加速度 反应谱 Sa (T) 计算弹性地震力 Fe 强度折减系数 R 计算设计地震力 Fd =Fe / R
1) 短周期，根据加速度等效原则有： Cz 1 2) 中等周期，根据能量等效原则有： 1 Cz 2 1 3) 长周期，根据位移等效原则有： 1 Cz
(1a)
第 28 卷增刊 II 2011 年 12 月
Vol.28 Sup.II Dec. 2011
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ENGINEERING MECHANICS
文章编号：1000-4750(2011)Sup.II-0024-07
基于性能桥梁抗震设计理论发展
*
李建中，管仲国
(同济大学桥梁工程系，上海 200092)
：对相同的截面形式和尺寸，等效屈服
曲率基本保持不变，钢筋混凝土结构截面的初始刚 度与截面强度是成正比例关系的(如图 2(a))。 2) 影响结构的位移延性能力的因素很多， 但由 结构位移延性能力所确定的强度折减系数非常模 糊。对桥墩，结构的位移延性能力不仅与墩底截面 的轴压比、配箍率有关，而且还要受到墩柱本身的 形状比 L/D、基础变形和橡胶支座柔性等因素的影 响。如图 3 所示的两个单墩结构，其中截面尺寸、 墩底轴压比和配筋均相同，仅墩高不同。经计算，
弯矩 M 弯矩 M EIeff1 EIeff2 My1 My2 My3 EIeff3 O My1 My2 My3
20 世纪 90 年代， 美国应用技术协会(ATC)、 美 国土木工程师协会 (ASCE) 和建筑安全协会 (BSSC) 开始着手编制第一部针对既有建筑物抗震加固的 基于性能抗震规范：FEMA-273[10]。与此同时，美 国应用技术协会受加州抗震安全委员会 (CSSC) 委 托，也开始编制专门针对混凝土结构抗震评估与加 固的 ATC-40[11]规范。在这两部规范中，对性能目 标进行了明确的划分(正常使用状态、 生命安全状态 和避免倒塌状态)，并采用了非线性静力分析方法 (推倒分析方法)来对结构的性能进行评价。 1989 年 Loma Prieta 地震后，美国开展了加州 桥梁抗震设计准则和设计程序评估的研究项目。在 该项目的研究报告 (ATC-18)[12] 中提出了两个地震 设计水平：一个是安全评估地震，为用概率方法衡 量的具有 1000 年~2000 年重现期的地震； 另一个是 功能评估地震，相应的重现期为 72 年~250 年。根 据(ATC-18)的定义，重要桥梁在功能评估地震作用 下只允许发生极小的损伤，而在安全评估地震作用 下允许发生可修复的破坏。对于重要桥梁，通过二 级地震动水平进行直接设计实现其性能目标。建议 的两水平设计准则概括在表 1 中。结合 ATC-18 两 水平设计准则，通过大量研究，美国 ATC-18 还给 出了桥梁结构损伤水平的定量描述，如表 2 所示。
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1 基于强度的抗震设计方法及其 局限性
1.1 基于强度抗震设计方法 我国《公路工程抗震设计规范》 (1989)[6]和美 国 AASHTO(2005)[7]等规范对于规则桥梁的抗震设 计和验算均采用基于强度的抗震设计方法。其主要 的设计过程为：首先，计算结构的自振周期 T0 ，并 根 据 弹 性 加速 度 反 应 谱计 算 结 构 的弹 性 地 震 力 Fe0 ；然后，考虑结构进入塑性状态后与弹性工作 状态的差别， 采用一个强度折减系数 R (我国采用综 合影响系数 Cz ， Cz 1 / R ) 对弹性地震力进行折 减，得到结构的设计地震力 Fd0 ；最后，取结构的 屈服力与设计地震力相等，并据此来进行结构的配 筋设计。基本的设计流程如图 1 所示。
(1b)
(1c)
结构的位移延性能力不仅与墩底截面的轴压 比、配箍率有关，而且还要受到墩柱本身的形状比 L/D、基础变形和橡胶支座柔性等因素的影响。为 了简化计算，各国桥梁抗震设计规范在保证桥墩具 有一定延性能力(通过规定塑性铰区域最小配箍率 及箍筋构造来保证)的情况下， 对同类型构件的强度 折减系数 R 进行了统一的取值。 1.2 基于强度的抗震设计方法的局限性 从以上可以看出，在基于强度抗震设计方法 中，仅体现了结构对强度的要求，没有明确提出结 构的设计目标。近年来，世界上几次大的地震灾害 表明，基于强度的抗震设计方法在保证生命安全方 面虽具有一定的可靠性，但对结构的损伤和由此导 致的经济损失却不能进行有效的控制。另外，基于 强度的抗震设计过程和强度折减系数的取值具有
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收稿日期：2011-06-11 基金项目：国家科技支撑计划项目(2009BAG15B01)；交通部西部科技项目(200731882233)；国家自然科学基金项目(51008222) 作者简介：*李建中(1963―)，男，湖北人，教授，博士，博导，副院长，主要从事桥梁抗震研究(E-mail: lijianzh@)； 管仲国(1976―)，男，辽宁人，副研究员，博士，主要从事桥梁抗震研究(E-mail: guanzhongguo@).
摘
要：首先对基于强度抗震设计理论进行了回顾、分析；阐述了近年来国内外基于性能抗震设计理论研究的进
展，在此基础上，结合我国梁式桥的实际特点，提出了梁桥基于性能设计的目标位移和目标延性的计算公式，研 究、讨论了单自由度和多自由度体系基于位移抗震设计方法。 关键词：桥梁；抗震理论；性能设计；位移设计；单自由度；多自由度 中图分类号：U448 文献标志码：A
时，取墩柱的毛截面刚度作为截面的弹性刚度或者 通过采用一个常系数对毛截面刚度进行折减来考 虑混凝土开裂的影响。这种方法，实际上隐含假定 截面的刚度是与强度互不相关的(如图 2(b))。实际
Fd O Te 周期 T
上，对于钢筋混凝土结构，通过大量的实验理论研 究表明[8
―9]
(b) 图 1 基于强度的抗震设计流程 Fig.1 Strength-based seismic design process
功能评估地震 安全地震
2 基于性能抗震设计
发展概况 在抗震设防的早期阶段，抗震设防是以单一设 防水准，采用基于强度设计方法来保证结构安全为 标准的。但 20 世纪 80 年代以来世界上发生的几次 大的地震； 1989 年美国的洛马·普里埃塔 (Loma Prieta)地震(M7.0)，1994 年美国的北岭(NorthRidge) 地震(M6.7)及 1995 年的日本阪神(Kobe)地震(M7.2) 虽然都是中等震级的地震，但却造成了极为惨重的 经济损失。基于对上述问题的深刻反思，引发了地 震工程界对设防水准、结构安全和经济性之间合理 关系的重新认识，美国学者于 20 世纪 90 年代初提 出了基于性能的抗震设计思想。 2.1
[1]
震设计规范的重要研究课题[2
―3]
。 我国于 2004 年颁
布了《建筑工程抗震性态设计通则(试用)》(CECS 160: 2004)[4]，这是一本自愿采用的试用标准，主要 适用于工业与民用建筑和部分构筑物基于性能的 抗震设计。我国正在编制的《城市桥梁抗震设计规 范》也引进了基于性能的抗震设计思想[5]。基于性 能的抗震设计理论针对不同的结构特点和性能要 求，综合考虑和应用设计参数、结构体系、构造措 施和减震装置来保障桥梁结构在各级地震水平作 用下的抗震性能。 本文主要针对桥梁结构的特点，在对基于强度 抗震设计理论进行回顾的基础上，阐述了近年来国 内外基于性能抗震设计理论研究的进展，探讨了梁 桥抗震性能指标的合理取值，对于基于位移抗震设 计方法进行了研究。
Abstract:
This paper reviews the traditional force-based seismic design method and the newly proposed