桥梁结构中的桥墩抗震设计方法

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1、探讨桥梁结构中的桥墩抗震设计方法摘要：基于性能的抗震设计提出了多级设计理念，注重满足已定性能目标，是未来规范发展的方向。本文从抗震性能目标及桥墩损伤状态、基于性能的抗震设计步骤及方法和基于性能抗震设计算例三个方面详细探讨了基于性能的桥梁结构抗震设计，具有参考和借鉴意义。关键词：桥墩损伤；抗震设计；方法abstract:basedontheperformanceoftheproposeddesignmultilevelseismicdesignconcept,payattentiontomeetgoalshasqualitative,i

2、sthedevelopingdirectionoffuturestandard.thispaper,fromtheseismicperformancetargetsandbridgedamagestatus,basedontheperformanceoftheseismicdesignprocedureandthemethodbasedonperformanceandseismicdesignexamplethreeaspectswerediscussedbasedonthecapabilitybridgestructureseism

3、icdesign,ithasreferenceandthesignificance.keywords:bridgedamage;seismicdesign;methods中图分类号：s611文献标识码：a文章编号：性能目标的确定及基于性能的抗震设计方法是基于性能抗震设计理论的两个主要组成部分。基于性能的抗震设计提出了多级设计理念，注重满足已定性能目标，是未来规范发展的方向。对于建筑结构已提出的：正常使用、可使用、生命安全和接近倒塌这四级性能目标已被研究者接受。而对于桥梁结构文献[1]采用损伤指数把钢筋混凝土墩柱的性能目标定义为四级，文

4、献[2]则定义为三级，因此桥梁结构的性能目标尚无统一的标准。通过控制位移来控制结构的性能水平，实现预期性能目标的基于位移的抗震设计受到研究者的关注较多[3]。在地震作用下结构有首超破坏及累积损伤破坏两种破坏形式。而位移指标仅考虑了首超破坏而无法反映地面运动持续时引起的累积损伤破坏，有可能过高估计结构的抗震性能，致使结构设计偏于不安全，故在桥墩设计时如何考虑累积损伤效应还须要探讨。此外抗震设计方法的可操作性也是基于性能抗震设计存在的主要问题之一。本文给出了钢筋混凝土桥墩的性能水准及其量化指标，以弹性反应谱法和简化的能力谱法为基础，同时考

5、虑结构的首超破坏及累积损伤破坏，给出了可以实现桥梁结构“小震不坏”、“中震损伤可控”及“大震不倒”三级性能目标的基于性能抗震设计方法。该方法有一定的可操作性。1抗震性能目标及桥墩损伤状态1.1抗震性能目标及指标量化本文将钢筋混凝土桥墩的抗震性能目标定义为三级：1.1.1正常运营：地震后桥墩基本处于弹性阶段，地震不对交通运营产生影响；1.1.2有限运营：地震后桥墩产生的损伤可修复，部分使用功能需修复才能继续维持；1.1.3停止运营：地震后桥墩不会产生毁灭性损伤，但使用功能彻底丧失。各性能目标对应桥墩的宏观破损状态、相应钢筋及混凝土的损伤

6、指标，列于表1。表中为钢筋应变εs为混凝土应变；εr为箍筋屈服强度；fy为体积配箍率。1.2桥墩损伤状态的宏观表示1.2.1性能水准i性能水准i要求桥墩处于基本弹性状态，参考现行铁路抗震规范，本文仍用强度破坏准则来表述。该准则的表述如下：(1)式中：σ为地震下桥墩控制截面的混凝土(钢筋)应力;[σ]为混凝土(钢筋)的容应力；y为地震时的容许应力提高系数。1.2.2性能水准ii性能水准ii下允许桥墩处于非弹性状态，此时强度破坏准则已不能反映结构的非线性性质。但该性能水准下要求桥墩的损伤可修，因此桥墩只允许产生有限的损伤故可用最大变形破坏

7、准则进行判定。本文采用位移延性系数来表述该准则：(2)式中：为桥墩的最大位移延性比；为桥墩容许的位移延性比。1.2.3性能水准iii性能水准iii允许桥墩进入强非线性、产生严重的损伤，此状态下桥墩可能已经历一定的耗能过程。最大位移延性系数验算仅能控制首超破坏，而无法反映地面运动持续时引起的累积损伤破坏。考虑到可用能量标识结构的累积损伤，本文采用的判定准则如下：(3)式中：dm和[dm]分别为实际的和允许的地震损伤指数，它们是最大变形和滞回耗能的函数。笔者建议的损伤指数dm计算公式为研究者使用较多的park—ang地震损伤模型，如下：式

8、中：为构件最大延性系数；为构件在单调荷载作用下的破坏极限延性；为屈服力与屈服位移；为组合参数，可在0.1o～0.15之间近似取值，也可按式(5)计算；为滞回耗能；为剪跨比，当时取1.7；为轴压比，小于0.2时取0.2。p