基于性能橋梁抗震設計的發(fā)展與展望-同濟大學

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1、基于性能橋梁抗震設計的發(fā)展與展望同濟大學李建中2007年1月●基于性能抗震設計思想●規(guī)則橋梁結構基于性能設計●地震作用下結構的易損性研究●復雜橋梁結構基于性能設計需解決的幾個問題主要內容基于性能抗震設計思想基于性能的抗震設計實際上是一總體設計思想，主要指結構在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能達到一組預期的性能目標。設計地震水準與抗震性能等級的關系地震設防水準等級1等級2等級3等級4基本目標不可接受性能提高目標1提高目標2抗震性能目標水準I水準II水準III水準IV保證結構工作在彈性范圍內保證結構上、下部整體工作狀態(tài)

2、，震后可立即修復結構總體變形（延性）主要構件危險截面的極限狀態(tài)保證—（包括能力設計）—無損傷有限損傷嚴重損傷而不倒塌針對不同概率水平地震設防水準、不同的結構部件，研究相應的抗震性能指標和地震損傷、破壞風險基于性能的抗震設計內容主要包括：科學的定義和確定地震危險性（seismichazard）；結構在不同水平地震作用下損傷狀態(tài)、性能水平（PerformanceLevels）、性能指標；設計方法。在設計初始就明確結構的性能目標，并且使通過設計，使結構在設計地震作用的反應能夠達到預先確定的性能目標由于性能設計包含的內容很廣，特別是在

3、對地震動、結構的損傷狀態(tài)及性能指標，目前的研究水平還很難達到對復雜結構物進行完全的性能設計?；谛阅艿目拐鹪O計地震設防水準結構性能目標的確定結構地震反應的預測設計方法實現能力、需求的平衡地震需求抗震能力地震輸入水平力位移DL橋梁結構單墩模型D●單質點單自由度體系●多質點，基礎振型起主要貢獻，等效為單自由度體系●多自點，高階振型貢獻不能忽略，多自由體系規(guī)則橋梁結構基于性能設計目前在單自由度體系方面研究得較多，并取得了大量成果?。《嘧杂审w系？？第1振型第2振型第3振型橋墩的水平撓曲固有振型單柱墩相應于各級性能水平的目標位移的確定A

4、CT－32對橋梁抗震性能水平的建議性能指標Caltrans建議Kowalsky和Priestly建議較復雜構件：非線性靜力分析（推倒分析〕能力譜方法輸人初始條件質量M，墩高L給定目標位移Δu屈服位移Δy計算位移延性系數μ=Δu/Δy計算等效阻尼比ξeq利用位移反應譜計算有效周期Teff計算有效剛度Keff確定極限水平力Hu和彎矩Mu根據彎矩Mu確定截面尺寸和縱向配筋設計橫向鋼筋0%5%10%20%位移周期力位移MLH位移需求（結構地震位移反應）位移需求直接利用彈性位移反應譜計算利用修正彈性反應譜或非線性反應譜計算能力譜方法非線

5、性地震時程分析方法等效線性法方法經過十多年的研究，取得了值得注意的成果，在結構需求與結構性能指標之間建立了關系，取得了基于性能設計重要的一步，被稱為第一代的基于性能地震工程。美國應用技術委員會ACT-40，ACT-32，美國加洲結構工程師協會（SEAOC）Vision2000都出版了相應技術文件?！竦谝淮幕谛阅茉O計在取得成果的同時，還存在許多不足：針對的模型過于簡單，得到的結構需求與結構性能指標之間關系主要是針對單自由度體系，性能指標研究對象主要是單墩構件。●研究方法主要是非線性靜力法和線性動力方法（等效線性化）●對橋梁

6、結構系統(tǒng)性能、性能目標研究得非常少。地震作用下橋梁結構易損性研究目前對結構的易損性研究主要是通過對結構在不同水平地震動作用下損傷程度來得到概率意義上的易損性曲線。易損性曲線可以是通過震害調查得到，也可以是通過理論計算得到，這里主要介紹理論方法。由于結構地震響應從地面運動到結構性能兩方面固有的隨機性和不確定性，采用IDA（Incrementaldynamicanalysis）方法結合概率方法對橋梁結構系統(tǒng)進行易損性研究，從而為橋梁結構基于性能的設計和評估提供基礎，已成為研究熱點。增量動力分析（IDA）是近年發(fā)展起來的一種動力參數

7、分析方法，其主要過程為：●將地震波的加速度分別乘以一系列加速度調整系數,使之成為一組不同強度的地震波，分別進行非線性動力時程分析，●通過繪制所研究結構性能（DamageMeasure）參數與地震強度（intensitymeasure）的IDA曲線，來研究結構在地震荷載作用下的整個損傷、破壞的全過程?！窨梢酝ㄟ^結構在多條地震波下的IDA，將“線”分析拓展為“面”分析，Afragilitycurvedescribestheprobabilityofreachingorexceedingadamagestateasafunction

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