抗震桥梁概念的发展

抗震桥梁概念的发展

与常规桥梁的抗震设计一样，大跨度索结构桥梁的抗震设计概念应该有一个明确可辨的抗震系统（ERS）。桥梁的ERS应提供一个可靠且不受干扰的传力路径，将地震引起的惯性力传递到地面。ERS还应提供稳定的弹性和非弹性变形能力，以承受由地震动引起的变形需求。在进行桥梁ERS系统优化时，应把主塔和引桥桥墩视为一个完整的抗震系统。考虑到结构简单化、功能可靠性和持续维修性，不使用支座或隔震设备也许更可取。然而，当独立的ERS系统无法满足由地震运动引起的力和位移需求时，如果正确使用地震响应改善装置，则可发挥有效作用。由于大跨度索结构桥梁的主塔是主要的重力承载构件，因此索结构的地震侧向荷载最好能由边墩而非由主塔来抵抗。此概念可能要求在引桥桥墩及主桥桥墩和主塔之间做一个部分或完全整合的设计。事实上，地震后对边墩的修复比对主塔的修复要容易得多，这也进一步证明了以上考虑的合理性。然而，桥塔仍须按照自主缆传至塔顶的地震荷载进行设

计。

当桥塔按常规设计成能满足强度的要求时，桥塔的位移量对在地震荷载下确保桥梁的安全性就变得至关重要。在主塔设计中使用多柱体系，这个最新发展提供了一个能同时提供轴向承载力及侧向变形能力的新型结构体系。下文将更详细论述此概念。

5 评估桥梁构件需求和能力的结构分析

对索结构桥梁的综合结构分析应包括对受力和变形需求的估计，这通过计算机模型分析来完成，这些模型应在尽可能简单的同时，包含地面运动输入和结构响应的所有重要因素。

6 整体分析

一般而言，对大跨度索结构桥梁的总体分析应该由一个三维的线性或非线性计算机程序完成。反应谱和时程分析法在大跨度索结构桥梁的设

计中应同时使用。

关键结构细部构造设计

对结构构件正确的细部构造设计将结构概念和工程的成功实施联系在一起。正确的细部构造设计在重要基础设施的设计，尤其是在大跨度索结构桥梁的设计和抗震设计中，应得到充分重视。在能确保桥梁在地震作用下安全性的许多重要结构构造中，混凝土构件的侧向约束和钢构件的屈服后紧密度是改善桥梁在地震作用下性能的两个最具决定性的因

素。

侧向约束。适量增加混凝土受压构件的侧向约束，显著加强了屈服后

变形能力并阻止脆性剪切断裂，在近几十年的地震中，很多混凝土桥梁都经历过这种断裂。新西兰坎特伯雷大学在20世纪80年代初，加州大学圣地亚哥分校和美国其他许多机构在20世界80年代末及90年代初都用试

验证实了这一点。

除了最低横向配筋率以外，目前Caltrans要求柱、桥墩和桥塔中的所有环向箍筋采用极限强度连接或经过认证的焊接连接，或用经过认证的机械套管连接。禁止使用多年来在众多桥梁工程中使用过的传统“搭接头”详图。加强横向束的成本通常不到工程总成本的1%，这样小的成本却对桥梁在地震荷载下保持良好性能发挥了最有效的作用

钢板屈服后厚实度。钢板弯折很可能是地震荷载下钢结构设计中最主要的失效模式。控制或限制这种失效的设计指标是钢板宽厚比或“b/t”。对于此关键设计指标，目前的设计规范中似乎有些混淆。这种混淆的例子之一就是钢截面厚实度的定义类别。目前，在不同规范中对截面厚实度

的定义有四种类别：

细长截面。在这个类别中，局部钢板弯折会在全截面屈服前发生。A类“厚实”截面（AASHTO，AISC）。在这个类别中，局部钢板弯折不

会在全截面屈服前发生。

B类“厚实”截面（AASHTO，AISC）。在这个类别中，在局部钢板弯折发生前，几乎全截面的屈服能确保发生且塑化能力能够显现。此类别能在任何局部钢板弯折发生前达到钢屈服应变2至3倍的应变水平。

大应变“厚实”截面（ACT-32，AISC附录）。在这个类别中，在任何局部钢板弯折发生前，截面能承受钢屈服应变5倍或以上应变水平的相应

变形。

在大跨度索结构桥梁钢结构的抗震设计中，预期要承受较大非线性或延性变形的构件截面应采用“大应变紧密截面”相应的b/t，以满足大于或等于2的位移延性需求。北岭大地震中建筑物钢框架遭受的巨大损毁表明了非延性钢构件如不经过正确的细部构造设计，将很容易破坏。