摘要:本文主要介绍了桥梁抗震概念设计、桥梁延性抗震设计,强调了桥梁抗震概念设计的重要性,重点介绍了桥梁延性抗震设计,对比了概念设计和参数设计的不同。
关键词:桥梁抗震;概念设计;延性设计
1结构抗震概念设计
抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想,正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造,以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计,要求设计出来的结构,在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合,使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出,强调概念设计重要,并非不重视数值计算,而是为了给抗震计算创造出有利条件,使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系,主要根据桥梁结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性抗震概念设计的桥梁,还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。
2概念设计与参数设计
桥梁结构抗震设计包含了两个设计范畴,即概念设计和参数设计。抗震概念设计是从概念上,特别是从结构总体上考虑抗震的工程决策;参数设计主要是地震作用计算、构件强度验算、结构和支座变形验算等。长期以来,人们通过震害实践认识到,计算的再“精确”,如果结构方案不好,构造措施不当,设计出来的结构也达不到计算所追求的抗震能力,因而人们对抗震概念设计重要性的理解也愈来愈深刻。概念设计和参数设计这两者是相辅相成的,作为一个正确的抗震设计,必须重视抗震概念设计,灵活而又合理地运用抗震设计思想,才能不致陷入盲目的计算工作。
3结构延性的意义
地震时剪切破坏是桥梁遭受致命性破坏的重要原因,这种形式的破坏比较多见,属于脆性破坏,非常危险。所以改善结构延性是提高桥梁抗震性能的重要因素。
为了抵抗桥梁遭受意外的惯性力作用,防止结构在损伤以后发生倒塌性破坏,在钢筋混凝土结构中可通过提高核心混凝土的套箍效应、避免脆性的剪切破坏、控制损伤截面等措施来提高结构的延性。
4延性设计的方法
采用延性概念来设计抗震结构,要求结构在预期的设计地震作用下必须具有一定可靠度保证的延性储备。也就是说,必须在概率意义上保证结构具有的延性超过预期地震动所能激起的最大非弹性变形(延性需求)。为了实现这个目标,在设计延性抗震结构时,就必须进行延性需求(Ductility Demand)与延性能力(Dectility Capacity)分析比较。由于延性概念涉及到结构的非弹性变形问题,因此延性需求的计算相对比较困难。延性需求可以通过弹塑性动力时程分析来获得,但这种方法计算工作量大,计算分析过程比较复杂,不利于在工程设计中推广应用。
目前,对于量多面广的规则桥梁(可以近似简化为单自由度系统进行地震反应分析的桥梁),一般采用简化的延性抗震设计理论,以简化抗震设计计算过程;对于复杂桥梁,只能进行结构弹塑性动力时程分析以获得结构的延性需求。实际上由于无法可靠的预测未来发生的地震地面运动,在分析中刻意追求“精确”意义不大,还不如简化计算过程,把注意力集中在选择合理的抗震结构体系和细部构造设计上面。另一方面,要保证延性结构在大震下以延性的形式反应,能够充分发挥延性构件的延性能力,就必须确保不发生脆性的破坏模式(如剪切破坏),以及防止脆性构件和不希望发生非弹性变形的构件发生破坏。要达到这一目的,就要采用能力设计方法进行延性抗震设计。这一方法目前正逐渐为世界各国的规范所接受。
总结
分别介绍了桥梁抗震概念设计、桥梁延性抗震设计,强调了桥梁抗震概念设计的重要性,重点介绍了桥梁延性抗震设计的应用。尤其是延性抗震设计中的基于性能的抗震设计思想及对应的基于位移的设计方法,越来越多的学者已经认同将来的抗震设计应该是基于性能的抗震设计。
参考文献:
[1]刘立博. 桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法[D]. 长安大学, 2009.
[2]朱文正. 公路桥梁减、抗震防落梁系统研究[D]. 长安大学, 2004.
作者简介:
顾秋雨,山东省滨州市公路工程监理咨询公司技术人员,从事土建类一线施工工作。