桥梁的延性抗震设计理念

桥梁的抗震设计

人类要遭受地震、干旱、洪涝、台风、冰雹、暴雪、沙尘暴等自然灾害，需要认识它们，预防它们。

之前有幸设计过西北地区铁路抗震及华北地区城市桥梁抗震，均采用延性设计方法，提到桥梁的抗震设计，得先从以下几个关于地震的概念说起。

地震震级

衡量一次地震大小的等级，定义为离震中100km处用Wood-Anderson式标准地震仪所记录的最大水平地动位移的常用对数值，震级一般分为9级，8级及以上称为巨大地震。

地震烈度

衡量地震破坏作用大小的一个指标，标明某一地区地面和各类建筑物遭受某一次地震影响的强弱程度，烈度分为12度，一次具体的地震，只有一个震级，而不同的地区有不同的烈度，一般离震中越近，烈度越高。汶川地震震级后期修正为8级，但是距离震中最近的汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心呈长条状区域烈度为11度，地震损害影响最大。青川县烈度为10度，西南端至四川省宝兴县与芦山县，东北端达到陕西省略阳县和宁强县区域烈度为8度。

《中国地震动参数区划图》已经将中国每个地区今后一个时期内在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度区划，是规范中抗震设防烈度的选取依据。

中国主要地震分布

我国处于世界上全球环太平洋地震带和欧亚地震带之间，主要分布在

1）东南部台湾和福建广东沿海

2）华北太行山沿海和京津塘地区

3）青藏高原和四川、云南西部

4）西北新疆、甘肃和宁夏

看看你得家乡是否在潜在震区，人类在自然灾害面前有时显得是无奈无助

桥梁主要震害

1）上部结构破坏

上部结构遭受直接震害被破坏的情形较少，往往是由于其它部位毁坏而导致上部结构破坏，主要防止落梁或者伸缩缝处撞梁破坏，所以抗震规范中基本都是下构（桥墩（盖梁）、承台、基础的抗震验算规定要求），

2）支承连接部位震害

桥梁支承连接部位震害极为常见，支承破坏后引起传力方式改变，从而进一步加大震害

3）下部结构和基础震害

下部结构和基础严重破坏是引起桥梁倒塌的主要原因，下部结构与基础承受较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏。

桥梁震害救灾启示

地震作为一种自然灾害，地震发生时造成大量的人员伤亡、大量地面构筑物和各种设施破坏与倒塌，地震救援的黄金时间是发生地震后的72个小时之内，作为救援生命线工程的铁路桥梁、公路桥梁、城市高架承担着绝大部分救援物资、救援设备等运输，所以地震后桥

梁工程的损坏程度、抢修难易程度极大的影响着救援工作的顺利开展及震后的次生灾害的大小（此生灾害因交通及其它设备的毁坏而造成的间接经济损失十分巨大），直接决定着地震的人员损伤数量与财产损失总和。

国际上抗震设防目标

建筑物在使用寿命期间，对于不同频度和强度的地震，建筑物应具有不同的抵抗能力。总体归纳起来为三水平设防目标：

地震水平1：遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响，桥梁不坏。

地震水平2：遭受到相当于本地区抗震设防烈度的地震影响，桥梁发生有限损坏，及时修理就可马上使用。

地震水平3：遭受到高于本地区抗震设防烈度的预估旱遇地震影响，桥梁严重破坏，但不倒塌，仍可在加固后恢复交通。

即所谓的“小震不坏、中震可修、大震不倒”三设防理念要求。

三设防目标与铁路抗震规范中多遇地震检算桥墩与基础、设计地震检算支座、旱遇地震检算桥墩与基础一致。

公路与城市桥梁抗震规范中E1地震相当于（多遇地震）小震，E2地震相当（旱遇地震）大震。

不同桥梁抗震规范均按照桥梁的孔跨、桥梁复杂程度、重要性以及道路的性质对桥梁进行抗震设防分类，按规范对应选取就行。

桥梁抗震的两个不同策略

1、刚性抗震策略

把结构尽量做强，来抵抗地震力，金门大桥刚开始设计时只假设地震设计力为5％的重力的水平力，远远不够啊，不过这是人类前进需要付出的代价，这是1975年前的通用策略。

2、柔性的抗震策略

把结构尽量做的柔软，来适应地震的波动。如何区适应地表的变形，基本对策可采用隔震、延性、消能。

隔震：使地震的波动尽量不传到结构。

延性：使结构可以承受地震的变形，本文主要阐述一下延性设计的方法

消能：消耗地震输入的能量，减低结构的反应。

摩擦摆减隔震支座

液体粘滞阻尼器

桥梁抗震设计方法演变

1、静力法

W为桥梁结构总重量，K为地面运动加速度峰值与重力加速度g 的比值。是由日本大房森吉在1899年提出，将地震力视为静力作用在结构上，简洁明了，但是忽略了地震作为一门结构动力学，将结构的动力反应特性忽略了，但在刚性的桥台与挡土墙抗震设计中仍然使用。

2、反应谱法

反应谱法可以认为是静力法的一种演化，计入地震后结构动力反应与结构固有特性的影响，巧妙的将动力问题转化为静力问题

为动力放大系数。

铁路规范动力放大系数

公路抗震规范与城市桥梁抗震规范将放大系数与水平地震系数与加速度相乘，以水平加速度反应谱作为纵坐标，实质与铁路抗震规范放大系数反应谱一致。

反应谱法也存在明显的缺陷，无法反应地震动持时和非线性影响，但是计算简便易行，可得出最大地震值，相信在未来的一段时间仍将得到广泛应用，特大桥梁的初设阶段都可采用反应谱法。

3、动态时程分析法

动态时程分析发提供对结构地震反应最精确的计算，还可以同时进行结构在地震动作用下进入塑性后的需求与能力比较，但需耗费大量的计算时间与输入大量的计算数据，专业化要求较高，不大利于工程师结构设计，所以对于大量常规桥梁结构，一般不采用时程分析法，只有特别重要桥梁或者大跨度桥梁才使用。

4、非线性静力pushover分析－倒塌模态分析方法

提供一个评估地震反应尤其是非线性地震反应的方法，追踪结构从屈服直到极限状态的整个非弹性变形过程，得到基底剪力与位移之间的能力曲线，通过振型反应谱计算力效应和位移效应即需求分析，比较接近于延性抗震设计中的总体要求“能力大于需求”的理念了。延性抗震设计