在用市政桥梁基于位移的抗震安全评估
桥梁抗震性能评估与改造技术
桥梁抗震性能评估与改造技术随着城市化进程的加快，城市桥梁的重要性也日益凸显。
桥梁作为城市交通的重要组成部分，承担着承载车辆和行人的重要任务。
然而，在地震频繁的地区或者地震发生后，桥梁的抗震性能成为了人们关注的热点问题。
本文将重点讨论桥梁抗震性能评估与改造技术，探讨如何在地震中确保桥梁的安全。
首先，桥梁抗震性能评估是确保桥梁安全的前提。
抗震性能评估是通过综合考虑桥梁的设计参数、材料特性和地震荷载，以及桥梁的使用年限、结构损伤累积等因素，对桥梁的抗震性能进行综合评价的过程。
评估结果将指导后续的桥梁改造措施。
在评估过程中，采用合适的评估方法和理论模型是关键。
例如，可以采用静力弹性方法、动力弹塑性方法或基于先进计算机软件的有限元分析方法来模拟桥梁在地震作用下的响应。
同时，考虑到桥梁所受地震力的不确定性，应通过蒙特卡洛模拟、概率密度函数等方法，对评估结果进行合理的不确定性分析。
其次，桥梁抗震性能评估的结果将指导后续的改造技术。
桥梁的改造技术包括加固和抗震设计两个方面。
加固技术主要针对已有桥梁，在不改变原有结构形式的前提下，通过钢板和加固材料的加固，提高桥梁的抗震性能。
例如，可以在桥梁柱和梁下部设置钢筋混凝土墩套、碳纤维布加固，以增强杆件的抗弯刚度和抗剪承载能力。
抗震设计技术则主要适用于新建桥梁。
抗震设计要充分考虑地震荷载、地震波、基础条件等因素，通过合理的结构设计和材料选择，使桥梁在地震中能够有较好的抗震性能。
例如，可以采用预应力混凝土桥梁、钢筋混凝土拱桥等抗震设防等级较高的结构形式。
此外，桥梁抗震性能评估与改造技术也需要考虑经济性。
在进行桥梁抗震性能评估和改造时，需要综合考虑资金投入和收益的比较。
根据桥梁的重要性和承载能力，可以合理确定抗震设计标准和改造方案，尽量发挥有限的资源的效益。
例如，对于一些交通流量较大、重要性较高的大型桥梁，可以采用较高的抗震设防等级和加固技术，以确保其在地震中能够承受更大的荷载。
桥梁抗震性能分析
桥梁抗震性能分析桥梁是连接两个地理位置的关键结构，因此其对震动的抵抗能力至关重要。
抗震性能分析是评估桥梁在地震中的稳定性和可靠性的过程。
本文将介绍桥梁抗震性能分析的重要性，以及常用的方法和技术。
1. 引言桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其抗震性能直接关系到行车安全和生命财产保护。
因此，对桥梁的抗震性能进行准确评估和分析，对于提高桥梁的抗震能力具有重要意义。
2. 抗震性能分析方法2.1 静态分析法静态分析法是一种常见的桥梁抗震性能评估方法。
该方法基于结构静力平衡方程，通过计算结构在地震作用下的反力和变形来评估其稳定性。
静态分析法对于简单结构和小地震作用适用，但对于复杂结构和大地震作用则存在一定的局限性。
2.2 动力响应分析法动力响应分析法基于结构的动力特性，通过考虑结构的质量、刚度、阻尼等参数来分析桥梁在地震中的反应。
该方法能够更准确地模拟地震的实际工况，但需要准确的结构动力参数和地震输入。
2.3 离散元素分析法离散元素分析法是一种基于元素离散化的数值方法，通过离散化计算结构在地震作用下的变形和应力状态。
该方法适用于非线性结构的分析，能够较好地考虑结构的接触、摩擦和断裂等复杂力学行为。
3. 抗震性能评估指标3.1 振动特性振动特性是衡量桥梁抗震性能的重要指标，包括自振频率、阻尼比等。
自振频率越高，说明结构越刚性，抗震性能越好。
3.2 变形性能变形性能是指桥梁在地震作用下的变形能力。
较小的变形能够减小结构对地震力的响应，提高抗震性能。
3.3 塑性耗能塑性耗能是桥梁在地震中塑性变形所吸收的能量。
较大的塑性耗能能够减小地震对结构的破坏程度，提高结构的抗震能力。
4. 抗震性能改善措施4.1 结构增强结构增强是提高桥梁抗震性能的重要手段之一。
包括加固构件、增加钢筋混凝土覆盖层、使用高性能材料等方法，能够提高结构的刚度和耐震能力。
4.2 减震措施减震措施是通过引入减震器等装置来减小地震作用对桥梁的影响。
减震器能够吸收和消散地震能量，降低结构的响应，提高抗震性能。
地震工程中桥梁结构震害评估与抗震设防要求研究
地震工程中桥梁结构震害评估与抗震设防要求研究摘要：地震是一种自然灾害，对桥梁结构造成的破坏是不可忽视的。
因此，研究桥梁结构在地震中的抗震能力和评估方法是十分重要的。
本文主要对地震工程中桥梁结构的震害评估和抗震设防要求进行研究。
1.引言桥梁作为交通工程的重要组成部分，具有承载交通负荷的功能。
然而，地震时桥梁结构容易受到严重的破坏，造成严重后果。
因此，研究桥梁结构的抗震能力和评估方法对于地震工程至关重要。
2.桥梁结构的震害评估地震引起的桥梁结构破坏可以分为直接破坏和间接破坏两种。
直接破坏主要包括桥梁构件的倒塌、断裂和位移等；间接破坏主要包括桥面的沉陷、侧移和损坏等。
为了评估桥梁结构的震害程度，一般采用破坏指标和评估方法对桥梁结构进行评价。
2.1 破坏指标破坏指标是评估桥梁结构震害程度的重要指标。
常用的破坏指标包括位移、应变、力和能量等。
位移指标主要用来描述桥梁结构的变形和位移情况，如塑性铰区域的变形和位移量；应变指标主要用来描述材料的应变情况，如延性材料的应变量；力指标主要用来描述结构承载力的情况，如构件的受力状况；能量指标主要用来描述结构的能量消耗情况，如桥梁结构的耗能能力。
根据不同的桥梁结构和评估要求，选择合适的破坏指标进行评估。
2.2 评估方法桥梁结构的震害评估方法可以分为经验法、分析法和试验法。
经验法主要依靠经验公式和统计分析，根据过往的地震灾害经验进行评估；分析法主要利用数值模拟和结构分析方法，通过建立合理的结构模型和物理模型进行评估；试验法主要通过实验室试验和场地试验，模拟地震荷载作用下桥梁结构的破坏过程进行评估。
根据不同的评估需求和条件，选择合适的评估方法进行桥梁结构的震害评估。
3.桥梁结构的抗震设防要求地震工程中，桥梁结构的抗震设防要求是确保桥梁结构在地震中具有足够的抗震能力的关键。
根据地震活动的特点和桥梁结构的性能要求，确定合理的抗震设防要求对于提高桥梁结构的抗震能力至关重要。
3.1 设防地震动参数设防地震动参数是根据地震活动特点和桥梁结构性能要求确定的。
基于推倒分析的桥梁抗震性能评估
1 推倒分析方法的基本原理与假设
推倒分析方法是基于性能 / 位移 评价现有结 构和设计新 结构 的一种方法。推倒分析是 结构 分析模 型在 一个 沿结构 高度 为某 种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧 向位移作 用下 , 直至结 构模型控制点达到目 标位移 或是 结构倾 覆为 止的 过程。推 倒分 析可用于建筑物的抗震鉴定和加固 , 以及对新建 结构的抗 震设计 和性能评价。它可以对设 计的 地震运 动作 用在 结构体 系和 它的 组件上的抗震需求提 供充足 的信 息。推倒 分析 方法基 于以 下两 个基本假设 : 1) 结构的响应受单一 振型控制 , 因此 , 可 以将多自由 度体系的弹 塑性反应用 等效 的单自 由度 体系 的响应 来表 达。 2) 结构沿高度的变形由形状向量中表 示。在整个地震 反应过程 中 , 不管结构变形大小 , 中始终保持不变。 从实际的情况 出发 , 这 种假设 存在 不合理 性 , 但是 大多 数的 研究表明 , 对于响应以 第一 振型 为主的 结构 , 该 方法可 以得 到结 构较为合理的最大地震反应。该方法首先假定结构的变形为 : u = ut 将式 ( 1) 代入结构地震运动方程 , 得到 :
山
西
建
筑
SHA N XI
A RCH ITECTU R E
V ol. 35 N o. 8 M ar. 2009
345
狭小空间下小箱梁架设施工方法探讨
叶林法 郭 丹
摘 要 : 详细讨论了在狭小空间环境下 , 岷江一号大桥 1 号孔 、 2 号孔小箱梁架设条件 以及小箱梁 架设施工 过程 , 为 岷江 一号大桥的顺利架设奠定了良好的基础 , 并指出使用该方法既简化了架设设备又达到了架设效果 , 值得推广应用 。 关键词 : 架设施工 , 架桥机 , 拼装 , 小箱梁 中图分类号 : U 445 文献标识码 : A 台、 1 号墩墩顶组拼。架桥机于 1 号孔架设施工时 , 需将 0 号台至 预制场 位置段路 基回 填土 方 作架 桥机 后 支腿 横移 及 运梁、 喂梁 用。但全部回填填方数量较大 , 约需 2 万 m 3 。都江堰土石方取料 均自外江 , 但外江每年 4 月 因灌溉 需要 放水 , 不从 外江 取料 则土 石方运距 较远 , 投入 费用较大 , 于 工期安 排上不 合理。故决 定采 用局部回填 ( 见图 1A 区 ) , 对 1 号孔、 2 号孔的 小箱梁 架设采 用直 接拼装前、 中支腿以龙门吊形式吊装 1 号、 2 号孔 小箱梁。先不考 虑组拼架桥机后支腿。
桥梁结构地震响应分析与评估方法研究
桥梁结构地震响应分析与评估方法研究地震是自然界中一种具有破坏性的自然灾害，对于桥梁结构来说，地震所带来的影响尤为重要。
因此，研究桥梁结构地震响应的分析与评估方法显得十分必要。
本文将探讨桥梁结构地震响应的分析与评估方法，以期提供有效的指导和保障桥梁结构在地震中的安全性能。
一、地震响应分析方法地震响应分析是指利用工程力学原理和地震学原理，对桥梁结构在地震作用下的动力响应进行计算和分析。
常用的地震响应分析方法包括静力弹性分析法、谐波响应分析法、时程分析法和模态分析法。
静力弹性分析法是一种简化的分析方法，假设结构具有线性弹性行为，并忽略结构的非线性效应。
该方法适用于较小震级的地震，对于大震级地震的响应评估则较为不准确。
谐波响应分析法是一种利用谐波激励模拟地震响应的分析方法。
该方法将地震作用看作是一系列正弦波组成的谐波激励，通过对结构在各个谐波激励下的响应进行分析，得到结构的地震反应。
时程分析法是一种基于实际地震波记录对结构进行响应分析的方法。
该方法将实际地震波的时程作为输入，通过数值模拟求解结构在地震作用下的动力响应。
时程分析法考虑了地震波的非线性和非平稳性特征，因此可以更准确地评估结构的地震响应。
模态分析法是一种将结构的地震响应分解为不同模态的分析方法。
该方法通过求解结构的振动模态和模态振型，得到结构在不同模态下的地震响应，并将其叠加得到总体响应。
模态分析法适用于复杂结构和多自由度系统的地震响应分析。
二、地震响应评估方法地震响应评估是指通过对桥梁结构的地震响应进行分析和评估，判断结构的安全性能和耐震能力。
常用的地震响应评估方法包括位移评估、应力评估和能量评估。
位移评估方法主要关注结构的位移响应情况，通过计算和分析结构的最大位移、塑性位移等指标，评估结构的变形程度和塑性变形能力。
位移评估方法更注重结构的整体性能和抗震能力。
应力评估方法主要关注结构的应力状态，通过计算和分析结构的最大应力、剪应力、弯矩等指标，评估结构的承载能力和抗震性能。
跨海大桥的桥梁抗震设计与安全性评估
跨海大桥的桥梁抗震设计与安全性评估随着我国经济的快速发展，大型桥梁在城市间的连接中起着至关重要的作用。
其中，跨海大桥更是承担着连接两岸的重要使命。
而随着地震频率的增加，桥梁的抗震设计和安全性评估显得尤为重要。
本文将对跨海大桥的桥梁抗震设计和安全性评估进行探讨。
首先，对于跨海大桥的抗震设计，首要考虑的是地质条件。
由于大桥横跨海面，海床地质情况对桥梁的地基承载能力有着直接影响。
因此，在设计之初，需要对海底地质进行详细勘察，确保桥梁的地基承载能力符合设计要求。
同时，在桥梁结构设计中，要考虑到台风等自然灾害可能带来的风载和水动力效应，确保桥梁结构能够承受外部荷载。
其次，跨海大桥的抗震设计还需要考虑到桥面结构的抗震性能。
在设计桥面结构时，工程师通常会选用抗震性能较好的材料，如高性能混凝土和钢材等，以提高桥梁的整体抗震能力。
此外，在桥梁结构连接处，需要设计合理的伸缩缝和减震设备，以缓解地震时可能产生的位移和变形，保证桥梁的安全性能。
最后，跨海大桥的安全性评估是保证桥梁安全运行的关键。
安全性评估通常包括定期的结构体检测、监测系统的运行情况检查以及可能的结构加固方案制定等。
通过对桥梁结构的全面评估，可以及时发现潜在的安全隐患，采取措施排除安全隐患，确保桥梁的长期安全运行。
综上所述，跨海大桥的桥梁抗震设计和安全性评估是确保桥梁安全运行的重要环节。
只有在设计和评估过程中充分考虑地质条件、结构抗震性能和安全性评估等因素，才能有效保障跨海大桥的安全性和稳定性，为城市的发展和经济的繁荣提供坚实的基础。
基于位移模式的能力谱法结构抗震性能评估
第 ６ 期
顾 荣 蓉 等 ： 于 位 移 模 式 的 能 力 谱 法 结 构 抗 震 性 能 评估 基
７１ ９
式 中， Ｔ为 结构 周期 ， 得到 Ｓ （ 和 Ｓ （ ） 系 曲线 ， 。 Ｔ） Ｔ 关 即为 ＡＤ格 式 的需求谱 曲线 ． 过考虑 等效 阻尼 比 通
，
建 立强度 折减 系数 Ｒ与延 性 系数 的关 系对 弹性需 求谱 进行 折减 ， 得到 弹塑性 需求谱 ． 于确定 Ｒｔ 关 － Ｌ
基 于结构性 能 的抗震 设计 理论 经过 十几年 的发展 已经被 一些 先进 的规 范和规 程所采 纳［ ］ 建立 简 １．
单 的非线 性方 法确定 结构 的非线 性行 为是其 发 展 的一 种趋 势． 线性 静 力分 析 （ ｕ ｈ ｖ ｒ 方 法 作 为计 非 Ｐ ｓ ｏ ｅ） 算结 构非 线性行 为 的一种 方法 在工程 界 已得到普 遍应 用 ， 中能 力谱 法及 改 进 的能 力 谱 法是 简 化 的非 其 线性 静力 分析 的主要 方法 ． 本文 阐述 了能力 谱法 的基 本原理 ， 出 了基 于位移 模式 的 Ｐ ｓ ｏ ｅ 方 法 ， 提 ｕｈ ｖｒ 采 用基 于水 平位 移模式 控制 加载 过程对 结构进 行 Ｐ ｓ ｏ ｅ 分析 得到 的结构 的能 力 曲线 ， 根据等 效单 自 ｕ ｈｖｒ 再 由度 方法 将结构 等效 为单 自由度 体 系 ， 由等 价线 性化 方法将 结构 等价为 弹性体 系 ， 利用 弹性反 应谱 得到 结构 的位 移需求 ， 以算例 验证 本文 提 出的方法 的有 效性． 并
摘
要 ： 力 谱 法 是 结 构 非 线 性 静 力 分 析 的 主 要 方 法 ， 述 了 能 力 谱 法 的基 本 原 理 ， 出 了 基 于 位 移 模 式 方 法 计 算 结 构 的 能 力 曲线 ； 析 了 等 效 单 自由度 方 法 和 等 价 线 性 化 方 法 ， 立 基 于位 ｕ ｈ ｖｒ 并 分 建 移 模 式 的 等 效单 自由 度体 系 ， 于 位 移 模 式 对 结 构 进 行 往 复 Ｐ ｓｏ ｅ 分析 得 到 等效 体 系 的参 数 ， 结 构 进 行 基 ｕｈ ｖｒ 对
基于桥梁抗震分析方法综述
基于桥梁抗震分析方法综述随着区域的经济和人口的增长，建设桥梁已经成为了一个不可或缺的任务。
然而，地震灾害是造成桥梁破坏和损坏的主要因素之一，因此桥梁结构的抗震性能除了其稳定性和安全性之外，也是至关重要的。
针对桥梁结构的抗震性能，现有许多的方法和技术可以实现桥梁对于地震的防御和保护。
本文将会综述使用桥梁抗震分析方法的一些技术和工具，以及这些方法的优点和局限。
1. 摇摆杆技术摇摆杆技术是一种常用于桥梁抗震分析的方法。
这种方法利用杆的力学性质，调整摇摆杆与桥梁结构之间的距离，从而有效地增加桥梁的承载能力，减小地震对桥梁的影响。
这种方法的优点是简单易实施，对于一些较小的桥梁具有不错的抵抗能力。
但是，这种方法无法应对更大型桥梁的抗震需求，以及一些地质条件较恶劣的区域。
2. 有限元法有限元法是另一种常用于桥梁抗震分析的方法。
这种方法利用结构力学原理，将桥梁结构分割成许多离散的小元素，然后计算每个小元素的受力情况，从而获得整个桥梁的应力分布和变形情况。
这种方法的优点是可以考虑到结构变形和环境因素对抗震性能的影响，并且适用于各种桥梁类型和结构形式。
不过，这种方法需要大量数学和计算工作，且时间成本较高，对于一些实时的抗震需求不适用。
3. IDEFO 方法IDEFO (Integration Definition for Function Modeling) 方法是一种综合性的桥梁抗震分析方法。
这种方法通过对桥梁结构的功能特征进行分析，确定桥梁系统的功能和结构特征，从而定义各种抗震措施、策略和实施步骤。
这种方法的优点是全面考虑桥梁系统的各种因素，能够提出精确的抗震措施和预防策略。
但是，这种方法需要很高的专业技能和信息管理能力，且对实施过程的把控要求较高。
4. 基于AI 的抗震分析方法近年来，基于AI 的抗震分析方法也在桥梁领域得到了广泛应用。
这种方法利用人工智能技术，对桥梁结构和地震数据进行学习和模拟，预测和评估桥梁在地震中的响应情况。
如何应对桥梁施工中的地震风险评估方法
如何应对桥梁施工中的地震风险评估方法地震是一种具有破坏力的自然灾害，当桥梁施工受到地震影响时，对施工安全和工程质量产生了重大挑战。
因此，在桥梁施工中进行地震风险评估是至关重要的。
本文将介绍一种有效的地震风险评估方法，以帮助工程师和相关人员应对桥梁施工中的地震风险。
一、背景介绍桥梁施工中的地震风险评估是指在施工前，对可能发生的地震灾害进行评估，以确定工程可能面临的风险程度，并采取相应的措施来减轻风险。
地震风险评估的目的是确保桥梁的安全性和可靠性，保证施工过程中的人员安全。
二、地震风险评估的步骤1. 收集历史数据首先，需要收集该地区过去发生的地震历史数据，包括地震的震级、震源位置、震中烈度等信息。
这些数据可以用于评估该地区的地震发生频率和强度。
2. 确定设计地震接下来，需要确定适用于桥梁施工的设计地震参数，包括地震等级、地震波特征等。
这些参数会影响到桥梁的设计和施工。
3. 确定地震影响在地震风险评估中，还需要确定地震对桥梁施工可能带来的影响，包括地震引起的振动、液化现象、土壤涉及等。
通过分析这些影响，可以评估桥梁的地震风险。
4. 评估结构易损性结构易损性评估是地震风险评估的重要环节，它涉及到桥梁结构的抗震性能。
通过对桥梁的结构特点、材料性能等进行评估，可以确定桥梁在地震中的承载能力和破坏模式。
5. 评估风险等级最后，根据以上步骤的评估结果，可以确定桥梁施工中的地震风险等级。
根据风险等级，可以采取相应的措施来减轻风险，包括调整设计、加固结构、采用抗震设备等。
三、地震风险评估的意义地震风险评估对于桥梁施工至关重要。
首先，它可以帮助工程师了解并评估桥梁施工中可能面临的地震风险，从而制定相应的施工方案。
其次，通过地震风险评估，可以提前预知可能出现的问题，避免安全事故的发生，保护工地的人员和设备安全。
最后，地震风险评估还可以帮助监理部门和相关单位及时发现和解决问题，确保桥梁工程质量和进度。
四、地震风险评估的挑战与展望地震风险评估仍面临一些挑战，包括地震数据的获取、模型的建立、评估方法的选择等。
基于位移的非规则梁桥抗震设计
试析基于位移的非规则梁桥抗震设计本文探讨了基于位移的非规则桥梁抗震设计，首先运用推倒分析法研究能力谱的建立，而后探讨了简化梁桥抗震设计的方法。
关键词：位移；非规则；梁桥；抗震中图分类号：k928文献标识码： a 文章编号：1研究对象图1为最常见的一类非规则梁桥。
这类非规则梁桥表面上比较规则，墩高分布基本对称、基本等跨径，而且其他很多方面都满足规则梁桥的构造要求，但由于部分因素的影响，这类连续梁桥横桥向动力响应往往由两阶或两阶以上振型控制，常见的有以下两种情况:(1)各墩墩高相差较大，同时“梁墩刚度比”较小。
(2)即使各墩高度基本相同，若为防止桥台在地震作用下产生过大的内力和变形，桥台处有时全部设置双向滑动支座（横桥向一般设置剪力装置以满足常规荷载要求，较大地震下，剪力装置允许失效），同时“梁墩刚度比”较小，横向地震下每个桥墩实际承受的上部质量不同。
图1非规则梁桥2位移需求预计基于位移的抗震设计一般包括位移需求的预计、目标位移的确定以及位移需求与目标位移的平衡迭代三个部分。
对于非规则梁桥，高阶振型影响显著，位移需求的预计是其基于位移抗震设计的难点。
下面采用推倒分析建立非规则梁桥的能力谱，并通过与非弹性需求谱组合来简化预计桥梁的地震位移需求，最后进行参数分析验证。
2.1能力谱的建立非规则梁桥横桥向的地震反应由多阶主要振型控制，若采用振型推倒，需推倒多次，过程繁琐；这里根据等效体系的概念，仅推倒一次建立能力谱:(1)建立桥梁有限元模型，采用反应谱分析计算某地震作用下的结构弹性位移向量δ。
(2)采用分布力mδ推倒桥梁至一定的塑性状态，得到vb-ur曲线，其中，vb为各墩墩底剪力之和；ur为结构上位移参考点的位移；m为质量矩阵。
为了解决位移参考点位置的不同给sa-sd曲线塑性段带来的影响，采用另外一种推倒方法建立sa-sd曲线。
对于连续梁桥，梁墩刚度比ri越大，连续梁桥的规则性越好；对于地震下的非规则梁桥，取桥墩屈服后的割线刚度为桥墩的瞬间刚度，随着桥墩屈服，当梁墩瞬间刚度比ri’≥1．5时，桥梁的瞬间地震反应主要由一阶瞬间主要振型控制。
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第23卷增刊I V ol. 23 Sup. I 工 程 力 学 2006年 6 月 June 2006 ENGINEERING MECHANICS194—————————————————收稿日期：2005-11-20；修改日期：2005-12-27作者简介：*钱稼茹(1946)，男，江苏无锡人，教授，从事结构抗震研究(E-mail: qianjr@)； 康 钊(1981)，女，湖北襄樊人，硕士，从事建筑结构设计； 赵作周(1967)，男，甘肃天水人，副教授，博士，从事结构抗震研究； 罗 琳(1942)，女，北京市人，教授级高工，设计大师，从事市政工程设计； 刘庆任(1965)，男，北京市人，高工，从事市政工程设计； 张宏远(1966)，男，辽宁沈阳人，高工，博士，从事市政工程设计。
文章编号：1000-4750(2006)Sup.I-0194-09在用市政桥梁基于位移的抗震安全评估*钱稼茹1，康 钊1，赵作周1，罗 琳2，刘庆任2，张宏远2(1. 清华大学结构工程与振动教育部重点实验室 土木工程系，北京 100084；2. 北京市市政设计研究总院，北京 100035)摘 要：介绍了在用市政桥梁结构基于位移的抗震安全评估的步骤和方法。
依据国内外普遍接受的结构抗震设计理念，以墩柱顶的位移延性系数、墩柱底截面钢筋的拉应变和混凝土的压应变为参数，通过比较结构的抗震能力和地震需求，提出了在用市政桥梁结构抗震安全评估标准。
用基于位移的方法和评估标准，对北京5座在用市政桥梁进行了在设防烈度地震和罕遇地震作用下的抗震安全评估，为这些桥梁是否需要抗震加固提供了依据。
关键词：基于位移抗震安全评估；在用市政桥梁；性能点；位移延性系数；应变 中图分类号：TU311.3 文献标识码：ADISPLACEMENT-BASED SEISMIC SAFETY ASSESSMENTOF EXISTING MUNICIPAL BRIDGES*QIAN Jia-ru 1，KANG Zhao 1，ZHAO Zuo-zhou 1，LUO Lin 2，LIU Qing-ren 2，ZHANG Hong-yuan 2(1. Key Laboratory for Structural Engineering and Vibration of Ministry of Education,Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China 2. Beijing Municipal Engineering Design and Research Institute, Beijing 100035, China)Abstract: The basic procedure and method of the displacement-based seismic safety assessment of existing municipal bridges are introduced. Displacement ductility coefficient of pier, reinforcement tension strain and concrete compression strain at the bottom section of pier are adopted as assessment parameters. Based on the world- wide accepted structural seismic design philosophies and by comparing earthquake resistant capacity and earthquake demand of structures, principles of seismic safety assessment of existing municipal bridges are proposed. Using the displacement-based method and the assessment principles, seismic safety assessments of 5 Beijing existing municipal bridges were performed. The assessment results can serve as the bases for strengthen decision making of these bridges.Key words: displacement-based seismic safety assessment; existing municipal bridge; performance point;displacement ductility coefficient; strain市政桥梁一般由墩柱、连接墩柱的盖梁(横桥向)、桥面梁和桥面板组成，桥面梁支承在墩柱或盖梁上，桥面梁与墩柱之间的连接方式有滑动支座、摆柱支座、固定支座等。
地震中市政桥梁一般为墩柱破坏，其抗震安全评估实际上是墩柱的抗震安全评估。
墩柱在地震作用下是否安全，与其变形密切工程力学 195相关。
因此，墩柱的抗震安全可以通过其变形进行评估。
在罕遇地震作用下，墩柱屈服、进入非线性，其非线性变形可以采用弹塑性时程分析得到，但由于地震地面运动的不确定性，不同地震地面运动的弹塑性时程分析结果有很大的差别，评估者难以做出判断。
本文将最近10多年发展起来的基于位移的方法用于在用市政桥梁的抗震安全评估，介绍了基于位移方法的步骤、市政桥梁推覆分析的计算模型和模型参数的计算方法等，以墩柱的变形为参数，包括墩柱顶的位移延性系数、墩柱底截面受拉钢筋的应变以及受压混凝土的应变，提出抗震安全评估的准则；采用基于位移的方法和评估准则，进行了北京市5座在用市政桥梁的抗震安全评估。
1 评估方法在用市政桥梁抗震安全评估的主要步骤如下：(1)计算墩柱截面在不同轴压力作用下的弯矩－曲率关系曲线以及截面弯矩－轴力屈服关系曲线；(2)考虑桥面传来的重力荷载，计算墩柱塑性铰的弯矩－转角关系曲线；(3)进行推覆分析即静力弹塑性分析，得到墩柱的基底剪力－顶点位移曲线，并转换为谱位移－谱加速度关系曲线，即能力谱曲线；(4)建立地震需求谱；(5)确定结构性能点和墩柱顶的目标位移，由目标位移得到墩柱底截面的曲率和对应的钢筋的最大拉应变和混凝土的最大压应变；(6)依据评估标准，对墩柱的抗震安全做出评估。
1.1 截面轴力-弯矩-曲率关系和弯矩-轴力屈服关系根据墩柱的混凝土强度、截面尺寸、配置的纵筋和箍筋，计算墩柱截面在轴压力作用下的弯矩－曲率关系曲线。
计算时，采用如下材料应力－应变关系：若墩柱箍筋的配箍特征值比较小、箍筋对混凝土不起约束作用，则采用Hognested的混凝土应力－应变关系[1]，否则采用文献[2]的约束混凝土应力－应变关系；若墩柱为钢管混凝土，则采用文献[3]的钢管混凝土应力－应变关系。
钢筋采用有弹性段、屈服平台段、强化段和强化后水平段的应力－应变关系。
计算墩柱截面的轴力－弯矩－曲率关系的同时，可以得到不同曲率时截面受拉钢筋的应变和受压混凝土的应变。
地震作用下墩柱的轴压力变化，因此，应计算墩柱截面的弯矩－轴力屈服轨，即M－N相关曲线。
1.2 墩柱塑性铰的弯矩－转角关系曲线由截面的弯矩－曲率关系和塑性铰长度，计算墩柱塑性铰的弯矩M－转角θ关系曲线。
墩柱底截面屈服前，曲率沿高度分布为线性；墩柱底截面达到极限曲率时，曲率沿高度分布如图1(a)所示，简化为图1(b)所示计算模型[4]。
在墩柱底部名义塑性铰长度L p范围内，截面达到极限曲率，等效塑性铰以上，曲率为线性分布，墩柱顶截面的曲率为零。
参考文献[5]，等效塑性铰长度L p取为0.5D，D为截面高度。
塑性铰实际曲率分布简化曲率分布φyL pL-L pφuφyφu(a)(b)图1 极限状态时沿墩柱高的曲率分布Fig.1 Curvature distribution along pier height at ultimate state 计算得到墩柱塑性铰的弯矩M－转角θ关系曲线简化为多折线，示于图2。
图中：A点是原点，B点为名义屈服点，C点对应最大承载力，D点对应的弯矩为剩余承载力，E点代表墩柱失效。
A、B 连线为弹性段，通过原曲线上0.6M y对应的点，M y 为名义屈服弯矩，由截面外层钢筋屈服(或由曲线AC与水平轴之间的面积与折线ABC与水平轴之间的面积相等，或由其他方法)来确定。
A弯矩BM y0.6M yM p转角D ECθpθyθuMθ图2 弯矩M－转角θ关系曲线Fig.2 Moment-rotation relationship1.3 建立能力谱曲线建立墩柱或整桥的计算模型，在墩柱顶作用保持不变的重力荷载和施加水平力进行推覆分析，得到基底剪力－顶点位移关系曲线，即能力曲线；将其转换为谱加速度－谱位移(ADRS, Acceleration-196 工 程 力 学Displacement Response Spectra)关系形式，即能力谱曲线。
本文用SAP2000[6]进行推覆分析。
在推覆分析中，当塑性铰进入下降段，SAP2000给出了三种卸载方式：全结构卸载，局部卸载和割线刚度法卸载。
本文采用全结构卸载。
1.4 建立需求谱曲线SAP2000以美国《统一建筑规范》(Uniform Building Code 1994)的阻尼比为5%的反应谱曲线为基础建立需求谱，为了得到以我国《公路工程抗震设计规范》JTJ 004-89 [7]反应谱为基础的需求谱，需要将JTJ 004-89的反应谱转换为SAP2000提供的反应谱曲线形状。
JTJ 004-89规定，对公路桥梁结构按抗震设防烈度设计、按重要性系数1.7验算。
北京的抗震设防烈度为8度，表1列出了按8度设防、阻尼比为5%、Ⅱ类场地的反应谱曲线参数转换结果。
根据评估要求，表中还列出了8度罕遇地震的反应谱曲线参数转换结果。
按公式2214πd a S S T =，将反应谱曲线转换为阻尼比为5%的弹性谱加速度－谱位移关系曲线即弹性需求谱曲线。
a d S S 和分别为谱位移和谱加速度，T 为周期。
表1 我国《公路工程抗震设计规范》反应谱转换的SAP2000反应谱参数Table 1 Parameters of SAP2000 response spectrum curve transferred From “Code for Earthquake Resistant Design for Highway Engineering” of ChinaⅡ类场地，动力放大系数：0.980.32.25T β⎛⎞=×⎜⎟⎝⎠地震水平 K hmax 2.25h h K K αβ== 0.981 2.250.3T h h K K αβ−==×C A ＝0.4max αCv ＝1=T α设防烈度 0.2 0.45 0.138 0.18 0.138 罕遇地震0.4 0.90.2760.36 0.276注：1.hK 为水平地震系数；2.max α为地震影响系数最大值；3.1T α=为周期为1s 时的地震影响系数；4.A V C C 、为SAP2000提供的反应谱曲线的参数，AC 为周期为零时的谱加速度即地面运动的峰值加速度，VC 为周期为1s 、阻尼比为5%的结构的谱加速度。