基于性能桥梁抗震设计的发展与展望-同济大学

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1、基于性能桥梁抗震设计的发展与展望同济大学李建中2007年1月●基于性能抗震设计思想●规则桥梁结构基于性能设计●地震作用下结构的易损性研究●复杂桥梁结构基于性能设计需解决的几个问题主要内容基于性能抗震设计思想基于性能的抗震设计实际上是一总体设计思想，主要指结构在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能达到一组预期的性能目标。设计地震水准与抗震性能等级的关系地震设防水准等级1等级2等级3等级4基本目标不可接受性能提高目标1提高目标2抗震性能目标水准I水准II水准III水准IV保证结构工作在弹性范围内保证结构上、下部整体工作状态

2、，震后可立即修复结构总体变形（延性）主要构件危险截面的极限状态保证—（包括能力设计）—无损伤有限损伤严重损伤而不倒塌针对不同概率水平地震设防水准、不同的结构部件，研究相应的抗震性能指标和地震损伤、破坏风险基于性能的抗震设计内容主要包括：科学的定义和确定地震危险性（seismichazard）；结构在不同水平地震作用下损伤状态、性能水平（PerformanceLevels）、性能指标；设计方法。在设计初始就明确结构的性能目标，并且使通过设计，使结构在设计地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标由于性能设计包含的内容很广，特别是在

3、对地震动、结构的损伤状态及性能指标，目前的研究水平还很难达到对复杂结构物进行完全的性能设计。基于性能的抗震设计地震设防水准结构性能目标的确定结构地震反应的预测设计方法实现能力、需求的平衡地震需求抗震能力地震输入水平力位移DL桥梁结构单墩模型D●单质点单自由度体系●多质点，基础振型起主要贡献，等效为单自由度体系●多自点，高阶振型贡献不能忽略，多自由体系规则桥梁结构基于性能设计目前在单自由度体系方面研究得较多，并取得了大量成果！！多自由体系？？第1振型第2振型第3振型桥墩的水平挠曲固有振型单柱墩相应于各级性能水平的目标位移的确定A

4、CT－32对桥梁抗震性能水平的建议性能指标Caltrans建议Kowalsky和Priestly建议较复杂构件：非线性静力分析（推倒分析〕能力谱方法输人初始条件质量M，墩高L给定目标位移Δu屈服位移Δy计算位移延性系数μ=Δu/Δy计算等效阻尼比ξeq利用位移反应谱计算有效周期Teff计算有效刚度Keff确定极限水平力Hu和弯矩Mu根据弯矩Mu确定截面尺寸和纵向配筋设计横向钢筋0%5%10%20%位移周期力位移MLH位移需求（结构地震位移反应）位移需求直接利用弹性位移反应谱计算利用修正弹性反应谱或非线性反应谱计算能力谱方法非线

5、性地震时程分析方法等效线性法方法经过十多年的研究，取得了值得注意的成果，在结构需求与结构性能指标之间建立了关系，取得了基于性能设计重要的一步，被称为第一代的基于性能地震工程。美国应用技术委员会ACT-40，ACT-32，美国加洲结构工程师协会（SEAOC）Vision2000都出版了相应技术文件。●但第一代的基于性能设计在取得成果的同时，还存在许多不足：针对的模型过于简单，得到的结构需求与结构性能指标之间关系主要是针对单自由度体系，性能指标研究对象主要是单墩构件。●研究方法主要是非线性静力法和线性动力方法（等效线性化）●对桥梁

6、结构系统性能、性能目标研究得非常少。地震作用下桥梁结构易损性研究目前对结构的易损性研究主要是通过对结构在不同水平地震动作用下损伤程度来得到概率意义上的易损性曲线。易损性曲线可以是通过震害调查得到，也可以是通过理论计算得到，这里主要介绍理论方法。由于结构地震响应从地面运动到结构性能两方面固有的随机性和不确定性，采用IDA（Incrementaldynamicanalysis）方法结合概率方法对桥梁结构系统进行易损性研究，从而为桥梁结构基于性能的设计和评估提供基础，已成为研究热点。增量动力分析（IDA）是近年发展起来的一种动力参数

7、分析方法，其主要过程为：●将地震波的加速度分别乘以一系列加速度调整系数,使之成为一组不同强度的地震波，分别进行非线性动力时程分析，●通过绘制所研究结构性能（DamageMeasure）参数与地震强度（intensitymeasure）的IDA曲线，来研究结构在地震荷载作用下的整个损伤、破坏的全过程。●可以通过结构在多条地震波下的IDA，将“线”分析拓展为“面”分析，Afragilitycurvedescribestheprobabilityofreachingorexceedingadamagestateasafunction

8、ofachosengroundmotionintensityparameter(typicallypeakgroundorspectralacceleration).不同地震水平地震作用下的需求性能指标要求0.600.800.950.40MedianPGA(g)Log-S.D