对当代桥梁抗震设计的分析

论述， 桥梁的抗震设计是各国土木工程师现在都非常重视的问题， 进行抗震分析是抗震设计的前提。 介绍了静力法、 反应谱法、时程分析法、P u sh - over 法、并对这几种分析方法的优缺点作了初步的分析。 关键词：桥梁；地震；分析方法 中图分类号：U442. 55 一、引言 我国位于世界 上两大地震带———环太平 洋地震带和亚 欧地震带之间 ，是全球大陆地区中最活跃 的地震区之一。由 于地震是一种 随机发生的自然现象，所以 对桥梁结构造成的 损害也是随机 的。地震的发生时间、空间 以及强度上都还不
能准确的预测 ，因此桥梁结构的抗震设计 若单纯按结构的强
文献标识码：A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
文章编号：1006- 7973 （2011 ）09- 0213- 02 过大的位 移和变形，从而造成如支座锚 固螺栓拔出、剪断、 活动支座 脱落及支座本身构造上的破坏 等，并由此导致结构 力的传递 形式的变化，进而对结构的其 他部位产生不利的影 响。 （4 ）软弱的下部结构破坏，即由于桥梁下部结构 不 足以 抵抗 其自 身的 惯性 力和 支座 传递 的主 梁的 地震 力，导致 结构下部的开裂、变形和失效 ，甚至倾覆，并由此 引起全桥的严重破坏。 （5 ）在松软地基上的桥梁，特别是特大桥、大中桥，地 震时往往 发生河岸滑移，使桥台向河心 移动，导致全桥长度 的缩短，这类震害是比较严重的。 （6 ） 另外桥梁结构的震害还表现在如结构构造及连接不 当造成的 破坏、桥台台后填土位移过大 造成桥台沉降或斜度 过大造成桥墩台承受过大的扭矩而引起的破坏等多种原因。 三、确定性抗震分析方法 1 ．静力法 早期结 构抗震计算采用的是静力理论 ，始创于意大利。 由于其理 论上的局限性，现在已较少使 用，但因为它概念简 单，计算 公式简明扼要，在桥台和挡土 结构等质量较大的刚 性结构的抗震计算中仍常常用到。其地震力计算公式如下：
其中，M 为结构物得质量；W 为结构重量； 运动加速度。
xg 为地面
静力法 主要使用于刚度较大的结构， 事实上只有绝对刚 性的物体 才能认为在振动过程中各个部 分与地震动具有相同 的振动， 所以只能在刚度很大的结构例 如重力桥墩、桥台等 的抗震计算中才能应用静力法近似计算。 《规范》规定：挡土 墙、桥台用静力法计算地震力。 2 ．反应谱法 （1 ）计算单质点地震力公式：
目前，功 率谱法在分析复杂的桥梁结构 模型上，仍然受到计 算方法的困扰， 因计算效率问题无法解决而未得到推广应用。 近年来出 现的虚拟激励法作为一种新的 随机响应分析方法， 可 以对 认为 很困 难的多 点非 均匀 激励 问题 作精 确高效 的计 算，从而有望用于抗震设计。 2 ．静力弹塑性分析（Push- over） 由于各 种抗震分析方法都存在其各自 的缺点，基于位移 设计方法 和能力设计方法相结合的设计 方法成为新的发展趋 势。P u s h -ove r 分析方法是通过研究结构在地震激励下进入 塑性状态 时的非线性性能，可求得结构 的变形、构件的屈服 顺序、 承载的薄弱部位和可能发生的破坏形式等重要的信息， 还可以了 解结构的破坏机制，找出结构 薄弱部位，可以得到 结构失效时能抵抗的最大水平荷载。P u s h -ove r 分析方法根 据求得的 构件的位移，以延性破坏准则 为判断标准，充分考 虑了结构的塑性耗能。P u s h -ove r 分析方法作为计算简便而 又 有一 定精 度的 地震响 应分 析方 法有 着广 阔的 应用前 景。
F =M xg = W xg = k xg g
度设防，如增大上下部结构的断面尺寸、加强各部分的联系、 甚至改变结构 的受力体系等可能是不经济 ，也是不科学的， 有时甚至会产 生负面的效应。因而人们对 抗震概念设计重要 性的理解也愈 来愈深刻：对桥梁的抗震设 计决不能被动地作 地震时结构强 度及变位的验算，而是要根 据地震作用及震害 的机理，从设 计角度提高结构本身的抗震 能力，也就是要从 总体上考虑抗 震的工程决策，在充分分析 和考虑结构震害机 理的基础上， 结合抗震需要，针对桥梁不 同的结构形式、不 同的地形地质 条件、不同的设防标准和桥 梁不同的功能等对 结构的强度、 延性、结构控制以及结构的 整体稳定性进行抗 震设计。 二、桥梁的震害原因分析 国内外学者对 桥梁震害的调查研究结果表 明，现在桥梁 的破坏大多沿顺桥向和横桥向发生， 而顺桥向震害尤其严重， 分析其破坏原因主要表现在以下几个方面，即： （1 ） 地震位移造成的梁式桥梁上部活动节点处因盖梁宽 度设置不足导 致落梁或梁体相互磁撞引起 的破坏，而对拱式 结构则主要表 现在拱上建筑和腹拱的破坏 ，拱圈在拱顶、拱 脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。 （2 ） 由于地基土（如饱和粉细纱和饱和粘沙土）的地震 液化影响，同 样加大了地震位移的影响， 进而放大了结构的 振动反应，使 落梁的可能性增大。当采用 排架桩基础时，则 使桩基的承载 力降低，从而造成与地震反 应无关的过大的竖 向和横向位移 ，而简支梁桥对此尤为明显 。另外，由于地基 软弱，地震时 当部分地基液化失效后引起 了结构物的整体倾 斜，下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 （3 ） 支座破坏，在地震力的作用下，由于支座设计没有 充分考虑抗震 要求，构造上连接与支挡等 构造措施不足，或 由于某些支座 型式和材料上的缺陷等因素 ，导致了支座发生 收稿日期：2011-0 6 -20 作者简介：陈善波，温州瓯江通道建设有限公司。
第 11 卷 2011 年
第9期 9月
中 国 水 运 Chi na W at er Tr a ns por t
V ol . 11 Se pt em be r
N o. 9 2011
对当代桥梁抗震设计的分析
陈善波
（温州瓯江通道建设有限公司，浙江 温州 325400） 摘 要：针对我国桥梁抗震研究的重要性，对当 前桥梁抗震分析方法中的确定性分析方法及概率性分析方法进行了
P = m xg + x
max
=m g
xg
max
xg + x xg
ma x
g
= kH
βW
max
（2 ）计算多质点系统地震力公式：
Pji = C 2kH β γ iφ j iWj
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中 国 水 运
第 11 卷 在地震有效频段内时， 方程的精度完全能满足工程要求，
其中， kH 为水平地震系数； β 为动力放大系数；γ i为 第 i 阶振型的振型参与系数。 目前一般桥梁 结构的高墩或特大跨度的桥 梁，应同时采 用时程分析法，取最不利结果。 3．时程分析法 时程分析法是 将实际地震动记录或人工生 成的地震波作 用于结构，直 接对结构运动方程进行数值 积分而求得结构地 震反应的时间 历程。由于地震加速度记录 中两个离散时刻之 间的加速度值 一般假设为线性变化，因此 采用精细时程积分 求解是非常有 利的。在时程分析中，时标 被分成一系列小的 步长 d T。假若我们说第 i 时间间隔的反应已经确定，则可用 u i ，.u i，¨u i 来表示。于是，第 i 时间间隔的体系反应将满 足运动方程：