橋梁抗震論文

1、橋梁抗震的研究進(jìn)展摘要:路線是一種線狀工程構(gòu)造物,所經(jīng)過的自然地理環(huán)境復(fù)雜多變,經(jīng)常遭受自然災(zāi)害的破壞。其中地震對(duì)公路工程具有極大的破壞作用,常常造成嚴(yán)重的交通中斷。國(guó)內(nèi)外的地震災(zāi)害表明,交通網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)社會(huì)生命線抗震防災(zāi)系統(tǒng)中越來(lái)越重要。震區(qū)橋梁的損壞坍塌,不僅阻礙當(dāng)時(shí)的救援工作,而且影響災(zāi)后的救援工作。所以對(duì)橋梁抗震應(yīng)給予充分的重視。關(guān)鍵詞：橋梁抗震；歷史；現(xiàn)狀；展望；減震；動(dòng)力響應(yīng)分析；設(shè)計(jì)理論近幾年來(lái)，世界各地強(qiáng)震不斷，汶川等地震給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大危害。地震使交通系統(tǒng)嚴(yán)重毀壞，地震造成的交通中斷直接影響著救災(zāi)工作的進(jìn)行，擴(kuò)大了次生災(zāi)害損失，使生命財(cái)產(chǎn)遭受巨大損失。近 30 多年來(lái)，

2、地震災(zāi)害的沉痛教訓(xùn)不斷地警示著世人，使人們對(duì)橋梁的抗震研究工作逐漸受到重視，橋梁抗震理論及技術(shù)水平日漸提高。簡(jiǎn)要敘述了橋梁抗震研究中概念、分析方法、設(shè)計(jì)方法、抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、減震加固技術(shù)的歷史概況和現(xiàn)狀，并展望了今后橋梁抗震研究的發(fā)展趨勢(shì)。1 橋梁抗震研究的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)盡管在 1926 年， 就有了第一部涉及橋梁抗震設(shè)計(jì)條款的規(guī)范 關(guān)于公路橋梁細(xì)則草案1 ，與建筑結(jié)構(gòu)的抗震研究相比，橋梁抗震研究相對(duì)滯后，但是在近30 多年來(lái)，每次慘痛的地震災(zāi)害發(fā)生后，橋梁抗震理論和技術(shù)水平都會(huì)邁上一個(gè)新的臺(tái)階。1906 年 4 月 18 日 San Francisco 發(fā)生 7.9 級(jí)地震， 這次地震是美國(guó)加州歷

3、史上破壞最嚴(yán)重的一次地震，對(duì)于地震工程來(lái)講也是最有意義的地震之一，也是歷史上第一次有橋梁震害記錄的地震，但是，這次地震并未引起人們對(duì)橋梁抗震的關(guān)注。1971 年 2 月 9 日美國(guó)發(fā)生San Fernando地震，震源深度12.8km,僅6.7級(jí)就顯示出生命線工程破壞的嚴(yán)重后果， 由于橋梁抗震能力不足，地震造成5 座橋梁塌落，42 座橋梁損壞。在地震發(fā)生之前，美國(guó)一直套用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，這次地震對(duì)美國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展是一個(gè)非常重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，十年后，也就是1981 年美國(guó)聯(lián)邦公路局出版了橋梁抗震設(shè)計(jì)指南，經(jīng)過不斷的應(yīng)用與修改，于 1992 年納入了美國(guó)公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范， 也就是常說的AA

4、SHTO 規(guī)范。在 1971 年 San Fernando 地震后，提出了生命線工程的概念，延性抗震設(shè)計(jì)也開始被各國(guó)重視2。 美國(guó) Loma Prieta 地震發(fā)生在1989 年 10 月 17 日， 太平洋夏令時(shí)間17 時(shí) 04分，震級(jí)為 M7.0,此次地震的震源深度為 16.5km。地震中高速公路880號(hào)線雙層的Cypress 高架橋在地震中倒塌，SanFrancisco-Okaland 海灣大橋發(fā)生落梁，震后用于修復(fù)橋梁的費(fèi)用估計(jì)約為20 億美元。 美國(guó)學(xué)者Bertero 在總結(jié)這次地震后提出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論，基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論是抗震設(shè)計(jì)理論的一次重大變革。1994 年 1

5、月 17 日，當(dāng)?shù)貢r(shí)間凌晨4時(shí)31分，美國(guó)加州發(fā)生Northridge地震，震級(jí)為 M6.7 ,震源深度為16km 。這次地震是美國(guó)有史以來(lái)造成經(jīng)濟(jì)損失最為慘重的一次自然災(zāi)害，地震造成LosAngeles 市高速公路上多座橋梁嚴(yán)重破壞，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)被切斷，也再一次警示人們交通網(wǎng)絡(luò)中斷的危害性。1923 年 9 月 1 日在日本發(fā)生8.2 級(jí)的關(guān)東地震，震源深度10km。 由于地震強(qiáng)度大，震源淺，再加上當(dāng)時(shí)東京都地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密度大等因素，地震造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這次地震也使人們意識(shí)到橋梁抗震安全的重要性。關(guān)東地震的第二年，日本建立了最早的橋梁下部結(jié)構(gòu)工程的抗震方法，1926 年日本制定并頒

6、布了第一部與公路橋梁抗震設(shè)計(jì)有關(guān)的規(guī)范。1964年新潟地震后，在 1972年制定的道路橋耐震設(shè)計(jì)指針同解說增加了考慮地基液化的設(shè)計(jì)內(nèi)容和防止落梁的構(gòu)造措施。1995 年 1 月 17 日，日本發(fā)生阪神地震，震級(jí)為 M7.2， 震源深度20km。 震后調(diào)查結(jié)果表明共有320 座橋梁遭到破壞，其中 27 座破壞嚴(yán)重，這次地震使神戶地區(qū)所有鐵路、公路和快捷交通系統(tǒng)均遭受嚴(yán)重破壞，陸上對(duì)外交通系統(tǒng)幾乎全部中斷。地震中最嚴(yán)重的是Hanshin 高架橋倒塌，三條高速公路和新干線鐵路完全中斷，城市生命線工程受到嚴(yán)重破壞。這次地震后，日本對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的基本問題重新進(jìn)行了研究，在1996年頒布的道路橋示方書同解說

7、V耐震設(shè)計(jì)篇中 3,重新確定了地震作用，明確了震度法、保有水平耐力法及動(dòng)力反應(yīng)法使用范圍，改善了橋墩變形能力的計(jì)算方法和地基液化的判別方法，增加了減隔震設(shè)計(jì)等內(nèi)容，這是自 1980 年頒布此部規(guī)范以來(lái)的第二次修訂，上一次修訂是1990 年。在我國(guó)，1966 年河北邢臺(tái)地震、1970 年云南通海地震、1973 年?duì)t霍地震1975 年海城地震及1976 年唐山大地震中交通運(yùn)輸嚴(yán)重受損，尤其唐山大地震。1976 年 7 月 28 日發(fā)生的唐山大地震，震級(jí)為7.8級(jí)，震中位置在市區(qū)東南部，震源深約11km。地震中橋梁破壞嚴(yán)重，去往唐山地區(qū)的交通癱瘓，使運(yùn)輸物資、救援傷員遭受極大阻力4。此后交通系統(tǒng)的抗

8、震分析和研究得到了發(fā)展，可以說唐山地震是我國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 從此， 抗震研究及設(shè)計(jì)在橋梁建設(shè)中日益受到重視?？v觀地震工程學(xué)的發(fā)展歷程，在 20世紀(jì)60 年代研究進(jìn)入成熟階段，結(jié)構(gòu)抗震理論的研究已經(jīng)取得較大進(jìn)展，1977 年我國(guó)頒布了公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，此后又進(jìn)行了修改，并于1989 年公布，這就是現(xiàn)行的公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 004-89)5 。 公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 004-89)已經(jīng)使用了近20 年，目前交通部已經(jīng)要求有關(guān)單位進(jìn)行修訂。1994 年國(guó)務(wù)院提出未來(lái)10 年的防震減災(zāi)目標(biāo)，1998 年我國(guó)第一部規(guī)范防災(zāi)減災(zāi)工作的重要法律 中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法

9、頒布， 它標(biāo)志著我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)工作已經(jīng)納入法制化管理軌道，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)地震工程的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。2 橋梁地震反應(yīng)分析的研究現(xiàn)狀2.1 地震動(dòng)輸入地震發(fā)生的時(shí)間、空間和強(qiáng)度特征不僅隨時(shí)間變化，而且具有明顯的隨機(jī)性，合理的確定地震動(dòng)輸入方式是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)分析的基本問題。目前人們對(duì)地震現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)水平和強(qiáng)震觀測(cè)的技術(shù)條件，仍不能對(duì)未來(lái)地震的發(fā)生和地震波的傳播做出準(zhǔn)確的判斷。因此，在對(duì)橋梁進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，對(duì)于地震動(dòng)輸入方式存在著較大的誤差和不確定性，到目前為止， 這個(gè)基本問題還未能得到很好解決。規(guī)范常用的地震動(dòng)輸入的方式有地震加速度反應(yīng)譜、 地震動(dòng)加速度時(shí)程，也就是說加速度是輸入的主要方式，

10、這種加速度反應(yīng)譜在描述地面運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)周期特征方面存在不足。我國(guó)現(xiàn)行公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ004-89)5 所采用的反應(yīng)譜曲線是由動(dòng)力放大系數(shù)3表示的，常稱為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜，它是在對(duì)1050條國(guó)內(nèi)外地震加速度記錄反應(yīng)譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)四類不同場(chǎng)地條件給出的，如圖1 所示。目前，由于Pushover 方法、基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，也開展了關(guān)于彈塑性位移反應(yīng)譜的研究，來(lái)彌補(bǔ)加速度反應(yīng)譜的缺陷。彈塑性位移譜的建立主要是基于等延性的強(qiáng)度折減系數(shù)譜通過彈性位移譜間接得到。F，圖1 標(biāo)準(zhǔn)反除一一一 Fig;. 1 StuicUrd itsp raise 5P ectnun tiirvg 大跨度

11、橋梁的迅速發(fā)展，更是增加了地震動(dòng)輸入的復(fù)雜性，行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)、 局部場(chǎng)地效應(yīng)成為研究的焦點(diǎn)問題。為了能夠解決這些問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者或研究多支承輸入的反應(yīng)譜法，或采用時(shí)程分析、隨機(jī)振動(dòng)法來(lái)處理地面運(yùn)動(dòng)的非一致性。另外，地震動(dòng)最不利輸入方向也是地震動(dòng)輸入研究的一個(gè)內(nèi)容。美國(guó)AASHTO 規(guī)范6中規(guī)定水平地震作用按兩個(gè)相互垂直方向分別輸入，兩個(gè)互相垂直的方向?yàn)榭v橋向和橫橋 向，如果是彎橋，將兩橋臺(tái)的連線作為縱向軸線，與其垂直的軸線為橫橋向，在分別計(jì)算兩方向的響應(yīng)后進(jìn)行組合，取最不利結(jié)果。歐洲的 EUROCODE87規(guī)范規(guī)定輸入水平和豎向 三個(gè)方向的地震作用， 結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)通過各個(gè)方向最大地震效

12、應(yīng)的平方和開平方后得到，也可通過規(guī)范給出的其它方式組合得到。日本道路橋示方書同解說V耐震性能篇3則規(guī)定一般考慮兩個(gè)正交水平地震作用；對(duì)于支承構(gòu)件，要求考慮豎向地震作用； 軸向土壓力變化時(shí)，采用水平土壓力方向和與之垂直的方向?yàn)檎环较?。我?guó)公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 004-89)5規(guī)定計(jì)算地震荷載時(shí)，要求分別考慮順橋和橫橋兩個(gè)方向的水平地震荷 載。對(duì)于位于基本烈度為9度區(qū)的大跨徑懸臂梁橋，還應(yīng)考慮上、下兩個(gè)方向豎向地震荷載和水平地震荷載的不利組合。從目前的研究成果來(lái)看， 關(guān)于最不利輸入方向的標(biāo)準(zhǔn)存在三種觀點(diǎn)：一是以能量為標(biāo)準(zhǔn)；二是以屈服面函數(shù)為確定最不利輸入方向的標(biāo)準(zhǔn)8;三是采用位移延性和滯

13、回能分析最不利地震動(dòng)輸入9。2.2 地震反應(yīng)分析方法地震作用理論研究地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)取決于地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性兩個(gè)方面，因此，地震反應(yīng)分析方法的發(fā)展是隨著人們對(duì)這兩方面的認(rèn)識(shí)逐漸深入而提高的。橋梁結(jié)構(gòu)地震分析方法也隨著地震災(zāi)害的不斷發(fā)生經(jīng)歷了從靜力法到 動(dòng)力法(包括反應(yīng)譜方法和時(shí)程分析方法)的演變過程。目前世界各國(guó)的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中 采用確定性分析方法，主要有靜力法、反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法和非線性靜力分析法，其中前兩種方法是主要的分析方法，時(shí)程分析法是一種輔助校核方法，而非線性靜力分析法則用于確定橋梁結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制和抗震能力的評(píng)估。此外，概率性分析方法的理論

14、研究較多，但不能得到數(shù)值結(jié)果，這種方法目前無(wú)法在工程中應(yīng)用，近年來(lái)，虛擬激勵(lì)法發(fā)展起來(lái)，并已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)比較完善的系統(tǒng)。虛擬激勵(lì)法將平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)分析轉(zhuǎn)化成為簡(jiǎn)諧響應(yīng)分析，將非平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)分析轉(zhuǎn)化為確定性時(shí)間歷程分析，從而采用確定性分析方法實(shí)現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)的求解。 2.3地基與結(jié)構(gòu)的相互作用土與結(jié)構(gòu)相互作用的研究以1936年基礎(chǔ)振動(dòng)問題的Reissner理論的提出為起點(diǎn)經(jīng)歷了基本理論準(zhǔn)備階段、 計(jì)算方法研究階段和深化階段，發(fā)展至今成為研究的活躍領(lǐng)域。但是，土體的復(fù)雜性、離散性給該領(lǐng)域的研究帶來(lái)很大的困難，制約了研究成果在工程中的應(yīng)用。 土與結(jié)構(gòu)的相互作用可能放大結(jié)構(gòu)響應(yīng)，產(chǎn)生不利影響，也可能降低結(jié)構(gòu)

15、響應(yīng)，這就使該問題的研究具有雙重意義：一是，結(jié)構(gòu)在遭遇地震時(shí)的安全性；二是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。研 究?jī)?nèi)容歸納為：自由場(chǎng)地的地震反應(yīng)、 基礎(chǔ)地震響應(yīng)、土與結(jié)構(gòu)相互作用的計(jì)算模型及分析方法的研究。土體響應(yīng)分析方法有一維分析方法、二維分析方法和三維分析方法，見表1。目前土與結(jié)構(gòu)相互作用的分析方法主要有直接法、子結(jié)構(gòu)法和集中參數(shù)法。 直接法是將結(jié)力放大系數(shù)動(dòng)/3構(gòu)、基礎(chǔ)和土體作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，可以真實(shí)地模擬結(jié)構(gòu)和地基介 質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)、復(fù)雜的幾何形狀和荷載的任意性，直接法通常采用數(shù)值法或半解析數(shù)值法求解，最常用的計(jì)算方法是有限元法、邊界元法與無(wú)限元法。 子結(jié)構(gòu)法是一種常用的分析方法，可以對(duì)結(jié)構(gòu)、土體

16、和基礎(chǔ)分別采用不同的方法求解，由于采用的疊加原理，只能適用于線性系統(tǒng)。采用子結(jié)構(gòu)法分析土 -結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用，主要解決三個(gè)問題：源問題、阻抗函數(shù)問 題和由模擬彈簧及阻尼器支承的結(jié)構(gòu)在給定基礎(chǔ)振動(dòng)下的反應(yīng)問題，其中第二個(gè)問題是子結(jié)構(gòu)法需要解決的關(guān)鍵問題。集中參數(shù)法是將半無(wú)限地基簡(jiǎn)化為彈簧-阻尼-質(zhì)量系統(tǒng)，這種方法概念明確，方便工程應(yīng)用，該方法常采用的計(jì)算模型有SR模型和并列質(zhì)點(diǎn)系模型(Penzien模型10)。采用模型試驗(yàn)法和原型測(cè)試法對(duì)土與結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行研究，為其提供了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將有利地推動(dòng)土與結(jié)構(gòu)相互作用的發(fā)展。賽E 土陽(yáng)廟玲柝方立Ttbk 1method of mil dyium

17、kiespoiue*期切，L3口歷 1 Jl!le) 1.t陽(yáng)相斗r t IUH |£.4)/ d/ 致 tn " thI， f案fQ際J卜際5 % 航c) iftflti R好和#痛青和f fU H 低限率卡1九可以" 德卡理的培矍.4):慢內(nèi)f匕心H 竹 h iti% ：1 1 ' ； 機(jī)由段：) 1 港 fl 丹,? 1r "危必2kF倡 it itrt . ftft*和*染 M IF)h)U f * M4)的他J耳;c) I J 5* 一 U 4 ill我市山# t佛岡.1. ? r - 力即1)尻閏精理1 Uff 麻力麻筌桂用遛耳對(duì)于橋

18、梁結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)是廣泛采用的基礎(chǔ)形式，因此樁-土-結(jié)構(gòu)的相互作用成為土與結(jié)構(gòu)相互作用研究的復(fù)雜問題之一。樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用可以理解為：自由場(chǎng)地的地震反應(yīng)加上考慮土體對(duì)樁基約束作用的多點(diǎn)激勵(lì)的橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，基于這一理解，可采用集中質(zhì)量法進(jìn)行研究。集中質(zhì)量法將橋梁上部結(jié)構(gòu)多質(zhì)點(diǎn)體系和樁-土體系的質(zhì)量聯(lián)合作為一個(gè)整體，來(lái)建立整體耦聯(lián)的地震振動(dòng)彳分方程組進(jìn)行求解見圖2。該模型假定樁側(cè)土是 Winkler連續(xù)介質(zhì)，以彈性半空間的Mindlin解答，或由公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ024-85)11給出的m法確定土體動(dòng)力相互作用的水平剛度系數(shù)，將樁-土體系的質(zhì)量按一定的厚度簡(jiǎn)化并集中為一系列質(zhì)點(diǎn)

19、，離散成理想化的參數(shù)系統(tǒng)，并用彈簧和阻尼器模擬土介質(zhì)的動(dòng)力性質(zhì)，形成一個(gè)包括地下部分的多質(zhì)點(diǎn)體系。在其計(jì)算力學(xué)圖式中，上部、下部結(jié)構(gòu)均采用多質(zhì)點(diǎn)有限元體系，便于直觀理解；同時(shí)計(jì)算比較簡(jiǎn)便，經(jīng)過適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整，該模型可以較好地反映樁的動(dòng)力性能，因而在樁基橋梁抗震計(jì)算的實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。另外，土與結(jié)構(gòu)的相互作用改變了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和地震響應(yīng)，隨著結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的發(fā)展與應(yīng)用，為了能夠得到預(yù)期的減震效果，應(yīng)考慮土與結(jié)構(gòu)的相互作用。雖然目前在土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的理論和計(jì)算方法方面都取得了較大的進(jìn)展，在線性分析方面已經(jīng)具備了求解各類問題的能力，但是由于土 -結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用問題的復(fù)雜性，各種假設(shè)、簡(jiǎn)化造

20、成由 不同方法得到的結(jié)構(gòu)和地基反應(yīng)有較大的差別，因此，目前土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的發(fā)展水平與工程之間仍存在相當(dāng)大的差距。2.4 橋梁結(jié)構(gòu)非線性問題非線性問題可以分為三類：幾何非線性問題、材料非線性問題以及狀態(tài)非線性問題。在橋梁抗震分析中涉及到的非線性主要有：幾何非線性（梁 -柱效應(yīng)、大變形效應(yīng)和纜索垂度）；支座、伸縮縫、擋塊、減隔震裝置等邊界及連接單元的非線性；地基土體的非線性；強(qiáng)震作用下， 結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的非線性行為，如碰撞、損傷等。橋梁結(jié)構(gòu)的幾何非線性的研究已經(jīng)比較成熟， 各種程序都可以實(shí)現(xiàn)；邊界及連接單元的非線性模擬，需要通過大量的動(dòng)力試驗(yàn)獲得，尤其是隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，新型支座和新型減隔震裝

21、置層出不窮，試驗(yàn)研究是驗(yàn)證其功能性和安全性的必要手段。3 橋梁抗震設(shè)計(jì)方法的研究現(xiàn)狀橋梁抗震的設(shè)計(jì)方法也從地震經(jīng)驗(yàn)中得到了不斷的改進(jìn)與發(fā)展，由起初的單一強(qiáng)度控制到強(qiáng)度、位移雙標(biāo)準(zhǔn)控制，到現(xiàn)在是多指標(biāo)的結(jié)構(gòu)性能控制，歸納起來(lái)，橋梁的抗震設(shè)計(jì)方法主要有基于強(qiáng)度設(shè)計(jì)、基于位移設(shè)計(jì)、基于性能的抗震設(shè)計(jì)、基于能量設(shè)計(jì)以及能力抗震設(shè)計(jì)方法。過去， 大多數(shù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范是依據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度，基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法首先是根據(jù)反應(yīng)譜或等效靜力法考慮綜合影響系數(shù)或反應(yīng)修正系數(shù)計(jì)算地震作用效應(yīng)，然后根據(jù)地震作用效應(yīng)檢算或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度，為目前國(guó)內(nèi)外主要規(guī)范所采用，如美國(guó)的AASHTO規(guī)范、 歐洲的 EUROCOD

22、E8 規(guī)范以及我國(guó)的公路和鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范都是采用基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法。從實(shí)際地震中觀察到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)性能表明，只要能夠維持結(jié)構(gòu)的初始強(qiáng)度，不出現(xiàn)由于非彈性變形的加劇而導(dǎo)致的強(qiáng)度驟降，結(jié)構(gòu)就能在地震中幸存，而且震后維修費(fèi)用不會(huì)很高。20 世紀(jì) 60 年代，以Newmark 為首的研究者們提出用“延性”這個(gè)簡(jiǎn)單概念來(lái)概括結(jié)構(gòu)物超過彈性階段的抗震能力，延性大小是結(jié)構(gòu)物抗震能力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志。在 1971 年美國(guó)San Fernando 地震中，許多按照新的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑、橋梁結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌的原因并不是強(qiáng)度不足，而是由于地震激起的反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)，超出了結(jié)構(gòu)的滯回延性，此后，

23、延性抗震才真正得到重視。20 世紀(jì) 70 年代初，以Park R 和 Paulay T 為首的新西蘭學(xué)者在總結(jié)震害教訓(xùn)和試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，提出了延性抗震設(shè)計(jì)理論，以及能力設(shè)計(jì)方法?；谖灰频脑O(shè)計(jì)方法在20 世紀(jì) 50 年代就有人提出，直到20 世紀(jì) 90 年代初期，美國(guó)加州大學(xué)Berkley 分校 Moehle J P 提出了基于位移的抗震設(shè)計(jì)理論，他提出基于位移的抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，使結(jié)構(gòu)的塑性變形能力滿足在預(yù)期地震作用下的變形要求，這一全新的概念最早應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)。這種方法被加州交通局Caltrans 抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則12所采用。另一方面，這種抗震設(shè)計(jì)方法對(duì)于延性結(jié)構(gòu)或延性構(gòu)件是可取

24、的，但是，對(duì)于由強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)的脆性結(jié)構(gòu)或延性結(jié)構(gòu)中的脆性構(gòu)件，采用這種方法也是不適合的。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，在確保生命安全的前提條件下，容許工程結(jié)構(gòu)在遇到破壞性地震時(shí)有一定程度的破壞。然而， 近代的幾次地震災(zāi)害中，人員傷亡減少了，經(jīng)濟(jì)損失卻非常大，于是各國(guó)地震工程研究者就對(duì)過去長(zhǎng)期視為正確的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行反思，認(rèn)為抗震設(shè)計(jì)除了應(yīng)考慮人身安全外，還應(yīng)控制結(jié)構(gòu)破壞所造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失，基于性能的抗震設(shè)計(jì)就是在這種背景下產(chǎn)生了。這是工程抗震發(fā)展史上的一個(gè)重要的里程碑，抗震設(shè)計(jì)的重點(diǎn)從 “力”的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換到結(jié)構(gòu)物整體抗震性能的設(shè)計(jì)。目前，美國(guó)AASHTO 規(guī)范、 Caltans 抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、歐洲EURO

25、CODE8 規(guī)范、日本和加拿大橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范13中都采納了延性抗震理論，現(xiàn)在各國(guó)學(xué)者正在為基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法在橋梁抗震中的應(yīng)用做著大量研究工作，這種全新的抗震設(shè)計(jì)方法是國(guó)內(nèi)外橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展的趨勢(shì)。此外，一些學(xué)者還提出基于能量的設(shè)計(jì)方法，該方法是以輸入結(jié)構(gòu)的能量為設(shè)計(jì)依據(jù)，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能夠吸收從地面輸入的能量而不致破壞。有許多人對(duì)此進(jìn)行了研究，但還沒有達(dá)到實(shí)用階段。4 展望通過多年來(lái)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震研究心得，筆者希望今后能在以下領(lǐng)域有新的突破：1) 構(gòu)造細(xì)節(jié)。目前橋梁抗震設(shè)計(jì)中有許多問題不能定量描述，仍需根據(jù)震害、概念設(shè)計(jì)及定性研究的成果提出細(xì)部構(gòu)造。美國(guó)、 日本、 歐洲橋梁抗震設(shè)計(jì)

26、規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造都比較重視，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于細(xì)部構(gòu)造也比較詳細(xì)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)比較容易操作。與之相比，我國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)條款比較粗糙。2) 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及性能的定量研究。橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是我們?nèi)栽诿媾R的問題，尤其是大跨度橋梁的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)目前沒有定論。許多專家、學(xué)者一直在提倡分級(jí)設(shè)防， 對(duì)于每一級(jí)別結(jié)構(gòu)的性能要求也進(jìn)行了定性描述，對(duì)于工程師來(lái)說這些定性的描述無(wú)法指導(dǎo)設(shè)計(jì)，只有將這些描述量化到強(qiáng)度、變形、 延性等才能真正實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)、多設(shè)防的目標(biāo)。3) 減隔震技術(shù)的研究與應(yīng)用。美國(guó)、日本等抗震先進(jìn)國(guó)家推薦使用新技術(shù)保障結(jié)構(gòu)地震安全，在存在問題的大橋上安裝阻尼器，如

27、美國(guó)Los Angeles 的 I-5 和 91 號(hào)高速公路連 接 橋 、 美 國(guó) Saint Louis 的 Poplar 街 橋 和 Abernethy 大 橋 、 美 國(guó) SanFrancisco-Okaland 海灣大橋、英國(guó) Millennium 橋等都安裝了粘滯阻尼器。耗能減震技術(shù)在我國(guó)橋梁上的應(yīng)用實(shí)例較少，我國(guó)首座在減震加固補(bǔ)強(qiáng)中使用阻尼器的是江陰大橋，主要是以減少橋梁縱橋向地震反應(yīng)為主，而且耗能減震裝置的設(shè)計(jì)、制作仍以國(guó)外技術(shù)為主導(dǎo)，直接影響著新技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用。在我國(guó) 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)17 中增加了 “隔震與消能減震設(shè)計(jì)”，給出了基本原則和方

28、法，雖然條文敘述簡(jiǎn)單，但是體現(xiàn)出振動(dòng)控制已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分。我國(guó)現(xiàn)行公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 004-89)是 20 世紀(jì) 80 年代末制訂的，沒有振動(dòng)控制的相關(guān)內(nèi)容，應(yīng)盡快將其納入設(shè)計(jì)規(guī)范，以推動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)在橋梁減隔震技術(shù)的發(fā)展。另外，新材料的研發(fā)與應(yīng)用也應(yīng)作為這一時(shí)期的重要研究?jī)?nèi)容。經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，橋梁抗震技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是由于橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使一些先進(jìn)的技術(shù)無(wú)法直接得到應(yīng)用。橋梁抗震的研究需要一批長(zhǎng)期從事該領(lǐng)域研究的學(xué)者、工程師進(jìn)行長(zhǎng)期、大量的研究，為我國(guó)橋梁抗震研究打開新的局面。參考文獻(xiàn)：1 范立礎(chǔ) . 橋梁抗震M. 上海 : 同濟(jì)大學(xué)出版社

29、, 1997.Fan Lichu. Seismic design forhighway bridge M.Shanghai: Tongji University Press, 1997. (in Chinese)2 王克海 , 李茜 , 韋韓 . 國(guó)內(nèi)外延性抗震設(shè)計(jì)的比較J. 地震工程與工程振動(dòng), 2006, 26(3):7073.Wang Kehai, Li Qian, Wei Han. Comparingspecifications on ductility design J. EarthquakeEngineering and Engineering Vibration, 2006, 2

30、6(3):7073. (in Chinese)3日本道路協(xié)會(huì).道路橋示方書同解說 V耐震性能篇S. 1996.Japan road association.Design specifications of highwaybridges part V seismic design S. 1996. (in Chinese)4 劉恢先 . 唐山大地震震害M. 北京 : 地震出版社, 1986.Liu Huixian. Tangshan earthquakedamage M. Beijing:Earthquake Press, 1986. (in Chinese)5 中華人民共和國(guó)交通部. 公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ004-89)S. 北京 : 人民交通出版社,1989.The ministry of communications of China. Specificationsof earthquake resistant design forhighway engineeringS. Beijing: China Communications Press, 1989. (inChinese)6 AASHTO. Standard specificatio