橋梁結(jié)構(gòu)基于概率的抗震設(shè)計(jì)和評估方法研究

由于結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)從地面運(yùn)動到結(jié)構(gòu)性能兩方面固有的隨機(jī)性和不確定性，使基于性能的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在概率的基礎(chǔ)上形成。不僅性能的目標(biāo)是多水準(zhǔn)的，而且對評估和設(shè)計(jì)的全過程要研究其合理的邏輯分割，才可能在一致的概率框架下作出定量地分析。一般分成危險分析、結(jié)構(gòu)分析、破壞分析和損失分析四個過程，就能在條件概率的意義上得出不同的脆弱性曲線（累積分布函數(shù)）。并分別確定出烈度度量、工程需求參數(shù)、破壞度量和決定變量。對鋼

橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身及模擬的很多不確定性、監(jiān)測系統(tǒng)測量誤差和噪聲干擾等復(fù)雜因素，給橋梁結(jié)構(gòu)的早期損傷識別帶來很大的困難，使之成為橋梁健康監(jiān)測和安全評估的瓶頸?；谀Ｐ痛_認(rèn)的橋梁結(jié)構(gòu)概率損傷識別方法研究課題，緊密結(jié)合橋梁健康監(jiān)測，研究能夠反映橋梁結(jié)構(gòu)損傷局部化特點(diǎn)的敏感損傷特征指標(biāo)及其統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律；結(jié)合有限元模型確認(rèn)技術(shù)和概率統(tǒng)計(jì)方法，研究基于確認(rèn)有限元模型的橋梁結(jié)構(gòu)概率損傷診斷方法；以混凝土簡支梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋模型的地震模擬振動臺損傷試驗(yàn)來驗(yàn)證方法的有效性，同時結(jié)合實(shí)橋健康監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)證平臺，探索實(shí)橋早期損傷診斷的可行性。本課題研究可以應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、損傷識別和安全評估，對于橋梁健康監(jiān)測具有重要的理論意義和實(shí)用價值。

本項(xiàng)目擬瞄準(zhǔn)重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目中優(yōu)先資助領(lǐng)域：抗災(zāi)設(shè)計(jì)理論。針對斜拉橋、懸索橋等大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，根據(jù)大跨度橋梁壽命期內(nèi)組成結(jié)構(gòu)各部分的重要性、可檢性、可修性和可換性以及地震破壞后橋梁結(jié)構(gòu)修復(fù)工作（搶修）的難易程度和結(jié)構(gòu)所能承受的損傷、破壞風(fēng)險，初步建立大跨度橋梁基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論和方法，實(shí)現(xiàn)對大跨度橋梁工程地震災(zāi)變合理有效控制，提升大跨度橋梁結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)能力。重點(diǎn)研究內(nèi)容為：（1）地震作用下，大跨度橋梁主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷與性能目標(biāo)的定量關(guān)系；（2）大跨橋梁結(jié)構(gòu)地震易損性分析和地震損傷、破壞風(fēng)險；（3）大跨橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)的性能要求；（4）大跨橋梁基于性能抗震設(shè)計(jì)方法。 2100433B

在震害宏觀調(diào)查和理論研究的基礎(chǔ)上,探求橋梁結(jié)構(gòu)震害的規(guī)律,據(jù)以作出橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)定。多地震國家，以及中國都制定、頒布了和工程有關(guān)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，如《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(1977年試用)和《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（1978年試用）。

橋梁結(jié)構(gòu)抗震地震區(qū)橋位和橋型選擇

。橋位應(yīng)選擇在對抗震有利的地段，盡可能避免選擇在軟弱粘性土層、可液化土層和地層嚴(yán)重不均勻的地段，特別是發(fā)震斷層地段。如必須設(shè)置在可液化或松軟土層的河岸地段時，橋長應(yīng)適當(dāng)增長，將橋臺置于穩(wěn)定的河岸上，而橋墩基礎(chǔ)要加強(qiáng)。橋型要選擇抗震性能好、整體性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系，如連續(xù)梁，無鉸拱等。如中國趙州橋，系石拱橋，地處多地震區(qū)，建橋1300多年以來，經(jīng)歷多次強(qiáng)烈地震，猶屹立未毀。如在軟土地基上選用簡支梁或懸臂梁體系（帶有掛孔）時，應(yīng)在構(gòu)造上加強(qiáng)防止落梁的措施。墩臺結(jié)構(gòu)應(yīng)選用整體性好的結(jié)構(gòu)形式。基礎(chǔ)要埋入穩(wěn)定土層內(nèi)。

橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)烈度

。地震時，各地區(qū)地面受到的影響和程度，稱地震烈度，以度表示。某一地區(qū)今后一定的時期內(nèi)，可能遭到的最大地震烈度稱基本烈度（一般為百年一遇的最大地震烈度）。各地區(qū)的基本烈度由國家制定并標(biāo)明在全國地震烈度圖上。工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)所采用的地震烈度稱設(shè)計(jì)烈度，一般在橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中即按基本烈度取用，特別重要的結(jié)構(gòu)要經(jīng)過有關(guān)權(quán)限單位批準(zhǔn)后可提高一度作為設(shè)計(jì)烈度。根據(jù)大量震害調(diào)查的事實(shí)表明,在基本烈度7度以下,橋梁震害極為輕微,因而，規(guī)范中規(guī)定橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的一般起點(diǎn)為基本烈度7度，最高9度。7度以下,結(jié)構(gòu)不必進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，高于 9度或有特殊抗震要求的新型結(jié)構(gòu)要專門研究它的抗震設(shè)計(jì)。

橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法

。對一般橋梁工程，則按規(guī)范所規(guī)定的簡化方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。中國規(guī)范是采用反應(yīng)譜理論（見地震作用），即根據(jù)設(shè)計(jì)烈度，以簡便的地震荷載系數(shù)計(jì)算地震慣性力，作為地震荷載，然后以一般結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計(jì)計(jì)算步驟求得結(jié)構(gòu)最大內(nèi)力和變位，使其控制在規(guī)范容許值的范圍內(nèi)來確保結(jié)構(gòu)的抗震安全。

對大跨度或特別重要的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震動力分析（地震反應(yīng)分析）。分析的方法一般是直接根據(jù)建橋地區(qū)在強(qiáng)震時地面運(yùn)動的加速度記錄，依照動力學(xué)的原理，應(yīng)用電子計(jì)算技術(shù)，對結(jié)構(gòu)作地震動力分析計(jì)算。對于已經(jīng)建成的橋梁結(jié)構(gòu)，如不滿足現(xiàn)行規(guī)范抗震設(shè)防的要求，也可通過結(jié)構(gòu)地震動力分析作進(jìn)一步的抗震鑒定和決擇最優(yōu)加固方案。

在強(qiáng)烈地震區(qū)，為了經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)可以容許結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)不太嚴(yán)重影響使用和易于修復(fù)的塑性變形、裂縫或損壞；但為了安全目的，則要力求主要承重結(jié)構(gòu)即使遭受嚴(yán)重?fù)p壞也不致倒塌，以減少生命財產(chǎn)的損失。