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1 震后交通基础设施重建技术系列指南之四 公路桥梁抗震性能评价与抗震加固 技术指南 交通部西部交通建设科技项目管理中心 二 一 年四月

2 前 言 2010 年 4 月 14 日, 青海省玉树地区发生了 7.1 级地震, 这是继两年前 5.12 汶川大地震 后, 在我国境内发生的又一次破坏性大地震, 给玉树人民的生命财产造成了巨大的损失, 也给玉树地区的公路 桥梁等交通基础设施带来了巨大的破坏 为响应党中央国务院关于抗震救灾和灾后重建的指示精神, 贯彻落实交通运输部的抗震救灾部署, 支援玉树灾区抗震救灾和灾后重建工作, 我们遴选了部分与抗震救灾有关的西部交通建设科技项目成果, 并编印了 震后交通基础设施重建技术系列指南, 希望能为灾区交通基础设施重建提供参考, 并藉以为灾区重建做出我们应有的贡献 交通部西部交通建设科技项目管理中心 二 一 年四月

3 目录 1 总则 术语与符号 术语 主要符号 桥梁抗震性能评价的原则和等级标准 桥梁抗震设防标准 桥梁抗震性能评价的等级标准 桥梁抗震性能评价的流程和方法 桥梁抗震性能评价的流程 桥梁抗震性能一级评价方法 桥梁抗震性能二级评价方法 桥梁结构部位的抗震性能评价 一般规定 场地液化可能性评价 地基基础抗震性能评价 桥台抗震性能评价 桥墩抗震性能评价 梁部抗震性能评价 支座 伸缩缝的抗震性能评价 桥梁抗震构造措施评价 一般规定 防落梁构造 限制位移装置 连接构造 其他构造措施 既有桥梁抗震加固技术 一般规定 桥梁场地加固 基础加固 桥台加固 墩柱的加固 盖梁 节点区加固 支座 伸缩缝及防落梁措施抗震加固 减隔震加固技术 上部结构加固 基于性能( 多水平性能目标 ) 的既有桥梁抗震性能评价...50

4 1 总则 为了贯彻执行中华人民共和国防震减灾法并实行以预防为主的方针, 统一既有公路桥梁抗震性能评价与抗震加固的技术要求, 更好地发挥公路运输及其在抗震救灾中的作用, 特制定本指南 既有公路桥梁有相当一部分未考虑抗震设防, 有些虽然考虑了抗震设防, 但与现行 中国地震动参数区划图 (GB ) 的规定相比, 并不能满足相应的设防标准的要求, 而且随着抗震理论水平的发展和震害经验的不断总结, 抗震设计规范也进行了改进 对既有桥梁抗震性能进行评价并采取相应的抗震加固措施, 是减轻桥梁结构的地震灾害, 更好地发挥公路运输及其在抗震救灾中的作用的重要手段 本指南适用于抗震设防地震动峰值加速度为 0.05g 0.10g 0.15g 0.20g 0.30g 和 0.40g 地区的未经抗震设计的常规公路桥梁 当既有桥梁所在地区抗震设防标准提高或地震后已经出现病害时, 也应按照本指南进行抗震性能评价与抗震加固 抗震设防地震峰值加速度大于 0.40g 地区的桥梁和行业有特殊要求的大跨度或特殊桥梁, 其抗震性能评价方法和抗震加固措施应作专门研究 对既有公路桥梁进行抗震性能评价和抗震加固时, 本指南适用范围与现行 公路桥梁抗震设计规范 相同 按本指南进行抗震性能评价与加固后的桥梁, 当遭受桥梁设计基准期内发生概率较高的多遇地震影响时, 一般不受损坏或不需修理可继续使用, 当遭受桥梁设计基准期内发生概率较低的罕遇地震影响时, 应保证不致倒塌或产生严重结构损伤, 经加固修复后仍可继续使用 对既有公路桥梁进行抗震性能评价和抗震加固后, 其抗震设防标准应与现行 公路桥梁抗震设计规范 的规定相同 抗震设防地震动参数必须按国家规定的权限审批 颁发的文件 ( 图件 ) 确定 一般情况下, 抗震设防地震动参数可采用 中国地震动参数区划图 (GB ) 的地震动参数 对已作过专门地震安全性评价的桥址, 应采用批准的抗震设防烈度或设计地震动参数值 1

5 1.0.4 地震动参数区划图的规定是为一般工程提供抗震设防要求, 而抗震设防地震峰值加速度大于 0.40g 地区的桥梁和行业有特殊要求的大跨度或特殊桥梁, 应对其桥址进行专门的地震安全性评价 中国地震动参数区划图 (GB ) 给出了 II 类场地 50 年超越概率为 10% 的峰值加速度分区图, 分区值为 <0.05g,0.05g,0.10g,0.15g,0.20g, 0.30g, 0.40g 形式上相当于在原烈度区划图中增加了 VII 度半和 VIII 度半两档 验算公路桥梁的抗震强度 变形和稳定性时, 应按照本指南第四章规定的方法进行 对既有公路桥梁进行抗震性能评价和抗震加固时, 其抗震强度 变形和稳定性的 验算方法应根据桥梁的具体情况, 选用本指南给出的一个或几个方法进行 处于地震区的公路桥梁, 应按照本指南第六章规定的方法进行抗震构造措施的评价 立体交叉的跨线工程, 对其进行抗震性能评价和抗震加固时不应低于线下工程抗震设防的要求 避免地震时上部桥梁结构的破坏对线下工程造成影响 对公路桥梁进行抗震性能评价时, 除应符合本指南外, 尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定 对既有公路桥梁进行抗震性能评价和抗震加固时应遵守的有关规定, 主要包括 : 抗震主管部门发布的有关通知 ; 现行公路桥梁设计规范中, 关于公路桥梁设计的原则 术语和符号的规定 ; 静力设计的荷载取值 材料性能计算指标等 2 术语与符号 2.1 术语 抗震性能评价 seismic performance assessment 按确定的抗震设防标准, 对结构在现有状况下的安全性进行评估 抗震加固 seismic retrofit 对安全性不足的结构采取加固措施, 以满足规定的抗震设防要求 抗震设防地震动参数 seismic fortification parameters of ground motion 抗震设防地震动参数必须按国家规定的权限审批 颁发的文件 ( 图件 ) 确定 抗震设防地震动峰值加速度 seismic fortification peak acceleration of 2

6 ground motion 抗震设防地震动峰值加速度一般由 中国地震动参数区划图 (GB ) 的地震动峰值加速度确定 抗震设防标准 seismic fortification criterion 衡量抗震设防要求的尺度, 由抗震设防地震动参数和公路桥梁使用功能的重要性确定 地震作用 earthquake action 由地震动引起的结构动态作用, 包括水平地震作用和竖向地震作用 地震影响 effects of earthquake 由地震动引起的作用于桥梁结构上的惯性力 土压力 水压力以及地基液化 滑移等影响的总称 液化 liquefaction 因地震动造成覆盖土内孔隙水压急剧上升, 饱和砂土失去抗剪强度, 土体的构造发生破坏而出现的破坏现象 抗震概念设计 seismic conceptual design 根据地震灾害和工程经验等所获得的基本设计原则和设计思想, 进行桥梁结构总体布置并确定细部构造的过程 减隔震技术 seismic isolation method 在桥梁上部结构和下部结构或基础之间设置隔震支座, 以增大原结构体系周期和阻尼, 减小输入到上部结构的能量, 达到结构预期防震的要求 能力设计 capacity design method 对可能出现塑性铰的构件, 为确保非塑性铰区不发生塑性变形和剪切破坏, 必须对非塑性铰区进行加强设计, 以保证非塑性铰区的能力高于塑性铰区 抗震措施 seismic fortification measures 除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容, 包括抗震构造措施 抗震构造措施 details of seismic design 根据抗震概念设计原则, 一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求 2.2 主要符号 材料性能和抗力 3

7 V n 桥墩截面总的抗剪切强度 V c 桥墩截面混凝土提供的剪切强度 V s 桥墩截面横向钢筋提供的剪切强度 v c 桥墩截面混凝土提供的名义抗剪应力 ' f c 混凝土圆柱体抗压强度 f yh 桥墩箍筋的设计强度 f y 桥墩纵筋屈服应力 几何参数 A e 有效剪切面积 A g 立柱横截面的毛面积 A v 桥墩同一截面上箍筋的总面积 S 箍筋的间距 D ' 沿计算方向墩柱的宽度 d s 纵筋直径 a 简支梁梁端至墩 台帽或盖梁边缘的距离 L 简支梁的计算跨径 计算参数 d 桥墩的需求位移延性系数 钢筋混凝土桥墩的位移延性系数 c 墩顶的极限位移 y 墩顶的屈服位移 p 墩顶的塑性位移 y 延性构件临界截面的屈服曲率 4

8 u 延性构件临界截面的极限曲率 p 延性构件临界截面的塑性曲率 l P 等效塑性铰的长度 p 墩柱的塑性转角 3 桥梁抗震性能评价的原则和等级标准 3.1 桥梁抗震设防标准 待评价的公路桥梁应根据路线等级及桥梁的重要性和修复 ( 抢修 ) 的难易程度, 分为 A 类 B 类 C 类 D 类四个抗震设防类别 A 类桥梁是指位于高速公路和一级公路上的主跨径超过 150 米的特大型桥梁 ( 不含引桥及引道 ),B 类桥梁是指高速公路和一级公路上的除 A 类以外的桥梁及二级公路上的大桥 特大桥等,C 类桥梁是指属 A B D 类以外的公路桥梁,D 类桥梁是指位于三 四级公路上的抗震次要的桥梁 不同类别的桥梁的设计基准期见表 规定 表 不同重要性桥梁对应设计基准期 重要性分级设计基准期 A 100 B 75 C 50 D 待评价的公路桥梁抗震设防标准应符合如下规定 : 对于不同重要性的桥梁, 按设计基准期内的风险概率采取相近的原则, 规定如下设计地震 : 1 设计地震 E1, 设计基准期内超越概率为 63.2%, 即所谓的 小震 2 设计地震 E2, 设计基准期内超越概率为 2%, 即所谓的 大震 3 设计地震 E3, 设计基准期内超越概率为 10%, 即所谓的 中震 设防目标是 : 当遭受桥梁设计基准期内发生概率较高的多遇地震影响时, 一般不受损坏或不需修理可继续使用, 当遭受桥梁设计基准期内发生概率较低的罕遇地震影响时, 应保证不致倒塌或产生严重结构损伤, 经加固修复后仍可继续使用 对既有公路桥梁进行抗震性能评价和抗震加固时, 其设防标准应与现行 公 路桥梁抗震设计规范 的规定相同, 对重要性程度不同的桥梁结构采用不同的地震动参 数进行分级设防 5

9 3.1.4 公路桥梁抗震设防地震动峰值加速度应根据不同类别桥梁的设计基准期, 依照其设计基准期的超越概率水平参照 中国地震动参数区划图 (GB ) 的地震动峰值加速度 ( 采用的概率水平为 50 年超越概率为 10%) 确定 对重要性程度不同的桥梁结构采用不同的地震动峰值加速度进行抗震设防, 这是分级设防的具体体现 公路桥梁抗震设防地震动峰值加速度与抗震设防烈度取值的对应关系, 应符合表 的规定 表 抗震设防地震动峰值加速度与抗震设防烈度的对应关系 地震动峰值加速度 0.05g 0.10g 0.15 g 0.20g 0.3g 0.40g 抗震设防烈度 度半 8 8 度半 9 对于 A 类特大型桥梁, 应根据 工程场地地震安全性评价技术规范 (GB ) 规定的 II 级地震安全性工作确定本指南所规定的抗震设防标准对应的超越概率水准的场地 地震动参数并进行地震地质灾害评价 中国地震动参数区划图 (GB ) 给出了 II 类场地 50 年超越概率为 10% 的峰值加速度分区图, 为了顺利地与以往抗震设计规范衔接, 本指南列出了地震动峰值加速度的分区值与原抗震设防烈度的对应关系 3.2 桥梁抗震性能评价的等级标准 抗震性能评价工作级别的界定 为了提高工作效率 明确工作内容, 根据待评价桥梁的位置 规模 抗震设防水平及重要程度等条件将工作级别划分为以下三类 : I 级 : 专门研究 对于抗震设防地震峰值加速度大于 0.40g 的桥梁 行业有特殊要求的大跨度或特殊桥梁 综合重要程度很高的桥梁, 其抗震性能评价方法应作专门研究 II 级 : 需要评价 根据桥梁历史资料和现状, 进行现场调查和分析, 对桥梁抗震性能进行分析和判断 III 级 : 不需评价 对于基本满足设防要求或抗震设防要求较低 桥梁规模较小 综合重要程度较低的桥梁, 不需对其抗震性能进行评价, 但应加强日常养护和管理 抗震性能评价工作级别的界定应按表 规定的项目进行 6

10 表 抗震性能评价工作级别界定表 工作级别 设防地震动参数 桥梁规模 跨度墩高车道 抗震设防水平 重要程度 结构功能影响 I >0.4g >150m >50m 很高很高很高 II g >20m >2 较低较高较高较高 III <0.1g <5m 较高较低较低较低注 :1 待评价桥梁有一个项目在较高工作级别中, 则其抗震性能评价工作级别取较高者 2 待评价桥梁的抗震设防水平按以下规定划分: 较高 : 待评价桥梁的抗震设防水平不低于现行规范的要求 ; 较低 : 待评价桥梁的抗震设防水平低于现行规范的要求 3 待评价桥梁的重要程度按结构 功能和发生震害所造成的影响按以下规定划分: 很高 : 待评价桥梁的结构特点独特 承担的功能非常重要 发生震害所造成的影响严重 ; 较高 : 待评价桥梁的结构特点突出 承担的功能比较重要 发生震害所造成的影响比较严重 ; 较低 : 待评价桥梁的结构形式非常普遍 承担的功能不重要 发生震害所造成的影响较轻 ; 抗震性能评价结果类别划分 按照本指南规定的方法进行抗震性能评价的桥梁, 其抗震性能评价结果类别划分为四类 : a 级 : 不低于国家现行标准规范要求, 安全适用, 不必采取措施 ; b 级 : 略低于国家现行标准规范要求, 结构整体基本安全适用, 个别部位应采取措施 ; c 级 : 不符合国家现行标准规范要求, 影响安全或影响正常使用, 应尽快采取措施 ; d 级 : 严重不符合国家现行标准规范要求, 危及安全或不能正常使用, 必须立即采取措施 4 桥梁抗震性能评价的流程和方法 4.1 桥梁抗震性能评价的流程 桥梁抗震性能评价可分为两级 一级评价应以宏观控制和抗震构造要求为主进行综合评价 ; 二级评价应在一级评价的基础上以抗震验算为主, 结合抗震构造要求进行综合评价 7

11 4.1.2 桥梁结构应按以下的流程进行抗震性能评价 ( 图 4.1.2) 目的 范围 内容 评价工作级别的界定 成立评价小组 对需要进行评价的桥 梁进行一般性调查 一级评价 评价等级 否 是否需要二级评价 是 现场详细调查 补充调查 选用适当评价方法 评价等级 评价报告 图 评价流程 桥梁抗震性能评价的目的 范围和内容应根据抗震评价任务的要求确定 桥梁一般性调查应包括下列内容 : 1 待评价桥梁的详细目录及基本概况 ; 2 审查桥梁的原设计和竣工图 工程地质报告, 以及运营以来历次加固和改造设计图 事故处理报告 检查测试报告等 ; 8

12 3 审查原始施工情况 ; 4 调查桥梁的使用条件 ; 5 根据已有资料与实物进行初步核对 检查和分析 对既有公路桥梁进行抗震性能评价前, 应首先收集桥梁设计 竣工 工程地质 历年来桥梁的加固 改造 事故处理 检查测试等资料 ; 审查桥梁原始施工资料 质量验收评定记录等相关施工情况 ; 调查桥梁自运营以来的荷载情况 维修保养等使用条件 通过获得资料与实物的核对 检查和分析, 对待评价桥梁的质量情况进行初步判定, 从而对桥梁抗震性能进行一级评价 桥梁抗震性能的一级评价应在桥梁一般调查的基础上, 按以下内容进行评价 : 1 桥梁抗震设防标准与现行标准的比较 ; 2 桥墩 台基础地质情况及冲刷深度 河床变化情况 ; 3 桥墩 台有无裂缝 露筋等病害情况 ; 4 桥梁支座及锚拴是否良好 ; 5 梁部是否出现裂缝 局部损伤等不良情况等 ; 6 抗震构造措施性能评价, 相关内容详见本指南的第 6 章 对既有公路桥梁进行抗震性能一级评价时, 应根据一般调查时所掌握的资料, 通过与现行抗震设防标准的比较 桥梁各部位外观情况的检查等方法确定待评价桥梁抗震的抗震性能水平 根据一级评价的结果确定是否需要进行二级评价 一级评价为 a 级的桥梁可不进行二级评价 ; 一级评价为其他级别的桥梁应进行二级评价, 并根据一级评价级别和结构重要性程度确定二级评价和抗震加固的优先顺序 对于需要进行二级评价的桥梁应进行现场详细调查, 主要包括下列内容 : 1 桥墩 台基础及地质情况不明时, 可进行必要的勘探和试验, 查明地基岩 ( 土 ) 的物理力学性质 ; 2 用回弹仪 拉拔仪 超声波无损检测设备等对桥墩 台混凝土的强度进行评定, 必要时进行现场取芯实测, 掌握结构材料性能的现状 ; 3 在桥梁初步筛选的基础上, 结合现场实测, 掌握结构几何参数的现状 现场详细调查, 是利用各种实测 勘探 试验等方法对桥梁结构的外形尺寸 基础状况 材料特性等进行确认, 这对桥梁结构计算模型的拟定 材料物理力学性能的选用等, 都有决定性的作用 9

13 4.1.8 桥梁抗震性能二级评价应包括下列内容 : 1 桥梁结构各部位的抗震性能评价 ; 2 桥梁抗震构造措施评价 评价报告宜包括下列内容 : 1 桥梁结构的概况 ; 2 评价目的 范围和内容 ; 3 检查 分析 评定的过程和结果 ; 4 结论与建议 ; 5 附录 4.2 桥梁抗震性能一级评价方法 对待评价桥梁结构进行一级评价时, 应按表 规定的项目进行, 各项目评价的结果分四级 : 良好 较好 较差 很差 表 一级评价项目划分及评价结果分类表 评价 设防标准 场地 地基 基 桥台 桥墩 支座 伸 梁部 抗震构造 结果 情况 情况 础状况 状况 状况 缩缝状况 状况 措施情况 良好 不低于现行规范的要求 不会发生液化现象 地基及基础状况完好 桥台各部分完好 桥墩各部分完好 各部分清洁完好, 活动支座正常 结构完好, 次要部位有少量细裂缝 严格按规范要求设置构造措施, 状态良好 较好 略低于现行规范的要求 可能发生液化现象, 但不严重 地基和基础状况基本完好, 无明显冲蚀现象 桥台基本完好,3% 以内表面开裂, 但裂缝宽度小于限值 桥墩基本完好,3% 以内表面开裂, 但裂缝宽度小于限值 略有腐蚀, 活动支座干涩, 伸缩缝局部螺帽松动 结构基本完好,3% 以内表面开裂, 但裂缝宽度小于限值 基本按规范要求设置构造措施, 状态良好 较差 不符合现行规范的要求 可能发生较严重的液化现象 基础有局部冲蚀现象 桩基顶段磨损 桥台 10% 的表面开裂, 裂缝宽度大于限值, 风化 露筋 桥墩 10% 的表面开裂, 裂缝宽度大于限值, 风化 露筋 支座松动 老化, 有腐蚀, 伸缩缝普遍缺损 梁部 10% 的表面开裂, 裂缝宽度大于限值, 风化 露筋 构造措施不满足规范要求, 部分丧失功能 很差 严重不符合现行规范的要求 可能发生很严重的液化现象 基础冲蚀大于设计值 桩基顶段被严重侵蚀 大面积裂缝 风化 露筋, 桥台下沉 倾斜 大面积裂缝 风化 露筋, 桥墩下沉 倾斜 支座开裂 错位 变形, 伸缩缝严重损坏 大面积裂缝 风化 露筋, 结构存在永久变形 没有构造措施或构造措施丧失功能 10

14 4.2.2 一级评价的结果类别划分按以下原则进行 : a 级 : 各项目评价结果都为良好 ; b 级 : 各项目评价结果都为较好以上 ; c 级 : 大多数项目评价结果为较好以上, 少部分项目定性评价结果为较差 ; d 级 : 有一个或一个以上项目评价结果为很差 4.3 桥梁抗震性能二级评价方法 对于需要进行二级评价的桥梁结构, 应按以下规定的项目进行评价 : 1 场地液化可能性评价 ; 2 地基 基础抗震性能评价 ; 3 桥台抗震性能评价 ; 4 桥墩抗震性能评价 ; 5 梁部抗震性能评价 ; 6 支座 伸缩缝抗震性能评价 各项目评价的结果分四级 : 甲级 ( 不低于现行规范要求 ) 乙级( 略低于现行规范要求 ) 丙级 ( 不符合现行规范要求 ) 丁级( 严重不符合现行规范要求 ) 具体评价过程按第五 六章的规定进行 二级评价的结果类别划分按以下原则进行 : a 级 : 各项目评价结果都为甲级 ; b 级 : 各项目评价结果都为乙级以上 ; c 级 : 大多数项目评价结果为乙级以上, 少部分项目评价结果为丙级 ; d 级 : 有一个或一个以上项目评价结果为丁级 除本指南特别规定以外, 对于需要进行二级评价的桥梁结构应进行多遇地震 ( 设计地震 E1) 和罕遇地震 ( 设计地震 E2) 作用下的内力和变形分析, 桥梁抗震性能评价方法分为两类 : 能力 / 需求比方法和 PUSHOVER 分析方法 ( 延性能力分析方法或极限状态分析方法 ) 能力/ 需求比方法又可分为 : 基于地震系数法 基于反应谱法和基于时程法 应根据待评价桥梁的具体情况按现行规范的要求选用适当的分析方法 一般情况下, 待评价公路桥梁可建立顺桥向和横桥向两个计算模型进行结构分析, 在弹性分析阶段, 计算模型应能反应结构在弹性范围内的性能, 在非线性分析阶段, 计算模型应能反应结构的非线性特性 11

15 4.3.5 计算模型及模型自由度的选择应能恰当地反应结构的刚度和质量的分布, 从而保证在设计地震作用下引起的惯性力和主要变形模态能够得到表达 当桥梁结构型式较为简单, 其地震响应主要由一阶振型控制时, 可按单自由度系统建立计算模型 当桥梁结构型式较为复杂, 或地震响应较为复杂时, 应按多自由度系统建立计算模型 基于地震系数的抗震分析计算方法的过程如下 : 1 建立计算模型 ; 2 分析结构的动力特性 ; 3 根据结构本身的自振频率 地震区类型 地震荷载类别选用地震系数, 确定多遇地震作用, 进行地震响应分析 ; 4 在小概率地震作用下, 可从允许水平耐力法出发, 采用地震时允许水平能力 塑性率 残余变形等方法, 或用它们的组合进行地震响应分析 ; 5 根据结构的地震响应结果, 对结构性能进行评定 此条参照日本规范, 根据桥梁重要性分 A B 两类 : A 类 : 设计基准期内, 大概率地震作用下, 桥梁不出现彻底的破坏, 低概率的强烈地震作用时, 不发生严重的损伤 ;B 类 : 设计基准期内, 大概率地震, 桥梁不出现损害桥梁整体的破坏, 低概率强烈地震, 允许产生有限的破坏 日本规范中定义的小概率地震是指两种类型的地震, 一种是指板块边缘发生的大震, 定义为 I 型地震, 另一种是内陆发生的直下型地震, 定义为 Ⅱ 型地震 日本规范的抗震设计按地震系数法和允许水平耐力法进行 在设计基准期内发生大概率地震时, 可以从地震系数出发, 采用容许应力, 容许支承力, 容许变形, 安全系数等方法, 或用它们的组合进行抗震设计 在小概率地震作用下, 可从允许水平耐力法出发, 采用地震时允许水平能力 塑性率 残余变形等方法, 或用它们的组合进行抗震设计 基于反应谱的抗震分析计算方法的过程如下 : 1 建立计算模型 ; 2 分析结构的动力特性 ; 3 按设计反应谱, 根据结构本身的自振频率 场地土类别 多遇或罕遇地震作用下的设防烈度等条件求出相应谱值 ; 4 根据待评价桥梁的具体情况 ( 墩高 重要性等 ) 采用适当的方法求出结构的水平地震作用 ; 5 将地震作用施加于结构, 求出结构的地震响应, 对结构性能进行评定 12

16 4.3.8 基于时程的抗震分析计算方法的过程如下 : 1 建立计算模型 ; 2 确定结构各单元的恢复力模型 ; 3 选用地震时程记录, 做过地震安全性评价的桥址, 设计地震动时程要根据专门的工程场地地震安全性评价的结果确定 其他的桥梁, 可以根据设计加速度反应谱, 按随机合成的方法生成设计加速度时程, 也可以选用与设定地震的震级 距离大体相近, 且反应谱与设计加速度反应谱接近的实际地震动观测记录 为了考虑地震动的随机性, 每一组设计加速度时程要有三条以上, 且要保证两时程间由下式定义的相关系数 ρ 的值小于 N 1 N j j a 2 1 j a 1 j a 1 N 2 j j a 2 2 j 式中,N 为时程的加速度幅值总个数, 两个时程不一样时, 取其中小的 ; 4 将选择的地震时程记录作为激励直接代入计算模型, 用直接积分法求出结构的动力响应 ; 5 分析任意时刻的结构动力响应, 对结构性能进行评定 PUSHOVER 分析方法的过程如下 : 1 建立计算模型 ; 2 确定结构各单元的恢复力模型 ; 3 根据弹塑性反应谱或等效单自由度弹塑性动力时程分析, 确定结构的目标位移 ; 4 选择合理的水平荷载模式 ( 水平力的大小可以根据结构在不同工作阶段的周期由设计反应谱法确定, 分布则由结构的振型变化求得 ), 将荷载施加于结构上, 逐渐增大荷载, 结构构件相继屈服, 随之修改其刚度, 直到达到结构目标位移, 对结构性能进行评判 5 桥梁结构部位的抗震性能评价 5.1 一般规定 根据第四章规定的地震响应分析方法, 计算既有桥梁的各个构件在对应评价地震水平下的构件能力与地震需求的比值, 见公式 地震需求包括: 上部结构 墩柱 13

17 桥台 支座 基础等的弯矩 剪力 轴力值以及支座 墩柱 基础和伸缩缝等的位移 转 角和延性值等 ; 各构件对应响应量的能力为根据构件的实际尺寸和材料经计算分析得到或 试验验证所具有的能力值 能力地震需求 或 1.0 (5.1.1) 能力 / 地震需求比值大于等于 1 表明该构件在该水准地震作用下不会发生破坏, 小于 1 表明该构件在该水准地震作用下, 可能发生破坏 从结构中最低的比值开始, 调查每一比值低于 1 的构件, 评价由于该构件的破坏对整个结构抗震抗震性能的影响, 从而确定评价结果类别 如果被评价某构件的破坏导致不可接受的后果, 经加固后的构件满足了抗震性能, 这时仍需对整个桥梁结构的抗震性能进行重新评价 当加固好的构件改变了结构其他构件的响应, 也必须对其进行重新评价, 重新计算各构件的抗震能力 / 地震需求比值, 重新评价各构件的抗震性能 条文说明 :5.1.1~5.1.3 构件的抗震能力 / 地震需求比小于 1.0 表明该构件在对应水准地震作用下可能发生破坏, 这可能导致结构强度的损失或影响桥梁的使用功能 尽管这类破坏是不希望的, 但该构件的破坏并不是不可接受 工程人员必须评价因局部构件的破坏对桥梁结构整体稳定性的影响 最终决定是否需对该桥梁进行加固将取决于评价结果和这种地震损伤可能发生的风险水平 如果经加固后的某一构件改变了桥梁的整体或其他构件的响应, 必须对加固后的桥梁结构进行重新评价 5.2 场地液化可能性评价 当在地面以下 20m 范围内有饱和砂土或饱和亚砂土层时, 可根据下列情况初步评价为不液化或不考虑液化影响 : (1) 地质年代为第四纪晚更新世 (Q3) 及其以前时, 可判定为不液化 (2) 在 中国地震动峰值加速度区划图 上加速度值为 的地区, 亚砂土的粘粒 ( 粒径 <0.005mm 的颗粒含量百分率 PC( 按重量计 ) 分别不小于 时, 可判定为不液化 注 : 用于液化判别的粘粒含量系采用六酸偏磷酸钠作分散剂测定, 采用其它方法时应按有关规定换算 14

18 5.2.2 经初步判定有可能液化的土层, 可通过标准贯入试验 ( 有成熟经验时, 也可采用其 它方法 ), 进一步判定土层是否液化 当土层实测的标准贯入錘击数 N 1 小于按式 (5.2.2) 计算的液化临界标准贯入錘击数 N 时, 则判别为液化. cr N cr N (5.2.2) 0a1a2a3a4 式中 N 0 当 d s 为 3 m, d w 为 2 m, d u 为 2 m, a 4 为 1 时土层的液化临界标准锤击数 : 设计烈度 7 度时为 8,8 度时为 12,9 度时为 16; a 地下水埋深 m 1 d w 的修正系数, 应按下式计算 : a d w 2 2 当地面常年有水且地下水有水力联系时, d 为零 ; a 标准贯入试验点的深度 m d s 的修正系数, 应按下式计算 : w a 上覆非液化土层厚度 m 3 对于深基础取为 1; a d s 0. d s d u 的修正系数, 应按下式计算 : a d u 2 a 粘粒含量百分比 P 的修正系数, 应按下式计算 : 4 c a P c 也可按表 取值 P c 的修正系数 a 4 的取值表 土性砂土粘砂土塑性指数 I 10 的砂粘土 a 当考虑对桥梁液化场地进行加固时, 应该由有资质的地质专家使用当前可使用的各 种评价液化的新方法对场地的潜在液化可能性和程度等进行详细的评价 对于判定可能发生液化的桥址场地, 应评价由于场地地基液化对桥梁结构造成严 重损坏的可能性, 并确定是否需进行加固 p 15

19 5.2.1~5.2.4 由于场地液化震害发生经常伴随大的位移发生, 因此由液化震害引起的 桥梁结构震害往往是比较严重的, 这样的震害往往可能导致桥梁结构发生倒塌 如果结构各构件连接很好, 并有足够的变形能力而不会发生脆性破坏, 则桥梁结构一般不会发生倒塌, 尽管桥梁结构损坏严重, 无法保持紧急交通通过的能力 不连续的结构由于大的相对位移经常发生倒塌 这也取决于桥梁结构承受由于液化引起的不同相对位移的能力 由于很难预测由液化引起基础相对位移的大小和方向, 必须依赖于对过去桥梁液化震害的调查和各种桥形受到由液化产生大位移的抗震性能调查 如果伸缩缝设置在桥墩处, 上部结构支撑在支座上 由于不同桥墩间的相对位移, 在固定支座处锚固螺栓 锚固钢筋或剪力键将产生很大的地震力 通常支座因无法承受这么大的力而发生破坏 当支座发生破坏后, 上部结构从桥墩顶部发生落梁震害的可能性就很大 正如所预计的那样, 简支多跨梁桥最容易因液化而发生倒塌 值得指出的是, 避免发生液化震害而进行加固的费用通常很高 对于这种情况, 桥 梁的重要性是决定是否进行加固场地的一个主要因素 对于判定可能液化的桥址场地, 应按现行规范要求计算液化指数从而确定液化等级, 并根据场地液化情况和原桥采取抗液化措施的情况确定项目评价结果等级 : 甲级 : 场地不液化或虽然液化但按现行规范的要求采取了相应的抗液化措施 乙级 : 场地轻微液化, 并采取了一定的抗液化措施 丙级 : 场地液化等级较高, 采取了一定的抗液化措施, 但未达到现行规范的要求 丁级 : 场地可能液化但未采取任何抗液化措施 5.3 地基基础抗震性能评价 应对承台可能发生的各种破坏模式 ( 弯曲破坏 剪切破坏和滑动破坏等 ) 进行评价, 计算各种破坏模式对应的能力 / 需求比值, 并评价其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 应对承台和墩 柱间的节点抗震性能进行评价, 并评价其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 应对基础 ( 扩大基础 桩基础等 ) 进行抗震性能评价, 并评价其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 根据抗震能力 / 需求比值及其破坏对桥梁结构整体抗震性能的影响确定项目评价结果 甲级 : 所有项目的能力 / 需求比值 1 16

20 乙级 : 大多数项目的能力 / 需求比值 1, 个别项目 0.95 能力 / 需求比 <1, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能影响较小 丙级 : 多数项目的能力 / 需求比值 0.95, 少数项目 0.90 能力 / 需求比 <0.95, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能造成一定影响 丁级 : 出现项目能力 / 需求比 < 承台处发生弯曲破坏对整个结构整体抗震能力的影响与桥墩在墩底与承台相交处发生弯曲破坏类似 抗震能力 / 需求比值大小取决于承台的破坏模式, 逐渐发展的破坏比突然破坏有更高的能力 / 需求比值 承台滑动发生破坏后, 由于滑动引起的被动土压力和摩擦力的存在, 很少导致结构侧向抗力的显著降低, 这种破坏主要关心的是可能发生的大位移 如果这种位移导致支座处支撑的破坏, 则应避免承台的滑动破坏 由于承台破坏后加固和检查均比较困难, 所以通常更期望破坏发生在桥墩而不是承台 5.4 桥台抗震性能评价 应对桥台的不同损伤模式, 计算各种破坏模式对应的桥台强度及稳定性的抗震能力 / 地震需求比值, 并判别其对桥梁结构整体抗震性能的影响 根据抗震能力 / 地震需求比值及其破坏对桥梁结构整体抗震性能的影响确定项目评价结果 甲级 : 所有项目的能力 / 需求比值 1 乙级 : 大多数项目的能力 / 需求比值 1, 个别项目 0.95 能力 / 需求比 <1, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能影响较小 丙级 : 多数项目的能力 / 需求比值 0.95, 少数项目 0.90 能力 / 需求比 <0.95, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能造成一定影响 丁级 : 出现项目能力 / 需求比 < 除了由于主梁在桥台处因搭接长度不足, 导致落梁外, 很少由于桥台破坏而导致结构倒塌的 但当桥台处基础发生液化震害时则可能会导致结构发生倒塌 因此, 桥台破坏的风险有时是可以接受的 然而如果该桥梁结构需要震后立即提供紧急交通功能, 则由于桥台破坏而影响救援交通运输的通过就无法接受 因此在这种情况下, 桥台就需要进行抗 17

21 震加固 应该注意到, 尽管桥台破坏很少导致桥梁结构的倒塌发生, 但桥台的抗震加固通常是 比较经济的 桥台加固可以改善临近桥墩的抗震能力 / 需求比值, 从而可降低桥墩的加固费 用 5.5 桥墩抗震性能评价 桥墩弯曲强度的降低可能由于纵筋在承台或盖梁中锚固不足 纵筋搭接破坏 箍筋约束不足使混凝土被压碎或纵筋发生屈曲破坏所至 当评价桥梁时, 应计算这些破坏模式对应的桥墩 柱的抗震能力 / 地震需求比值, 并应评价其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 桥墩弯曲强度计算可根据相关规范公式进行, 如果从现场可获得材料有关参数, 则宜根据现场获得的检测材料数据进行计算 应对桥墩的抗剪进行评价, 计算桥墩 柱对应的抗剪能力 / 地震需求比值, 并应评价其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 如果从现场可获得材料有关参数, 则宜根据现场获得的检测材料数据进行计算 桥墩的剪切强度计算可按如下公式计算, 或参照相关规范中给出的公式计算 : V n V V ( ) c s V s A v f yhd' S ( ) V c v A ( ) c e A 0. 8 ( ) e A g 式中 V n 截面总的抗剪切强度 ; V s 横向钢筋提供的剪切强度 ; V c 混凝土提供的剪切强度, 按照式 ( ) 计算 ; A e 有效剪切面积 ; A g 立柱横截面的毛面积 ; 18

22 v c 混凝土提供的名义抗剪应力, 按式 ( ) 和式 ( ) 计算, 当桥墩 受拉时, v 0 ; c 塑性铰区域内混凝土提供的名义抗剪应力为 : v c c (Mpa) ( ) ' ' 1 c2 f c f c 塑性铰区域外混凝土提供的名义抗剪应力为 : v c (Mpa) ( ) ' ' 0.25 c2 f c f c f 混凝土圆柱体抗压强度 ( 0.85R, R 为标号 ); ' c c 1, c 2 系数, 按下式 ( ) 和式 ( ) 计算 ; s f yh c d ( ) Pc c ( ) 13.8 A g d 桥墩的需求位移延性 ; A v 为同一截面上箍筋的总面积 ; S 箍筋的间距 ; D ' 沿计算方向墩柱的宽度 ; f yh 箍筋的设计强度 应对桥墩 柱的破坏对桥梁结构其它部位的累积影响进行评价, 每一种破坏对结 构整体抗震能力的影响应考虑按其出现的先后顺序进行评价 对于图 所示情况, 桥墩构件延性能力计算可按如下公式计算, 或 参照相关规范中给出的公式计算 : u ( ) y ( ) c y 1 y y l 3 p 2 ( ) 19

23 l 0.5l ) ( ) p p ( p l ( ) p p p p ( ) u y c1 y1 p1, c2 y2 p2 ( ) y1 y 1l1, y2 y 2l2 ( ) 3 3 l 0.5l ), l 0.5l ) ( ) p1 p1( 1 p1 p2 p2 ( 2 p2 p1 l p1 p1, p2 l p2 p2, p2 u2 y2 p1 u1 y1 ( ) ( ) 式中 钢筋混凝土桥墩的位移延性系数 ; c 墩顶的极限位移 ; y 墩顶的屈服位移 ; p 墩顶的塑性位移 ; y 延性构件临界截面的屈服曲率 ; u 延性构件临界截面的极限曲率 ; p 延性构件临界截面的塑性曲率 ; l P 等效塑性铰的长度 ; l p 0.08l f d f d ( mm, MPa) ( ) y s y s p 墩柱的塑性转角 ; d s 纵筋直径 ; f y 纵筋屈服应力 20

24 图 墩底嵌固的悬臂墩 图 两端嵌固的桥墩 根据能力 / 需求比值的大小及某项能力不满足地震需求时对桥梁结构整体抗震性能的影响, 评价确定项目评价结果 甲级 : 所有项目的能力 / 需求比值 1 乙级 : 大多数项目的能力 / 需求比值 1, 个别项目 0.95 能力 / 需求比 <1, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能影响较小 丙级 : 多数项目的能力 / 需求比值 0.95, 少数项目 0.90 能力 / 需求比 <0.95, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能造成一定影响 丁级 : 出现项目能力 / 需求比 <0.9 21

25 5.5.1 在强震作用下, 桥墩总是会发生屈服 对于新桥抗震设计, 这是预期的也是允许 的 但对于既有桥梁结构, 桥墩可能不能承担较大的塑性变形 桥墩可能发生几种破坏 模式中的一种 如果桥墩发生弯曲强度或剪切强度突然降低的破坏, 就可能导致结构倒 塌的发生 单柱桥墩的连续结构比多柱桥墩的连续结构更容易发生倒塌 单柱桥墩响应接近于 承台处嵌固的悬臂梁 在墩底弯曲能力丧失后导致在该桥墩处形成一个机构 当上部结 构比较柔时, 在其他桥墩也发生破坏的情况下, 结构将可能发生倒塌 对于多排柱桥墩 的连续梁桥结构, 则具有较大的冗余度而不容易发生倒塌 桥墩的剪切破坏可能会突然导致桥梁的倒塌, 而且降低了桥梁结构整体的抵抗地 震力的能力 此外, 发生剪切破坏的桥墩在持续地震作用下抗震能力降低很快 在很低 的地震力作用下桥墩如果发生剪切破坏, 桥墩抗震能力的连续降低最终会导致桥梁结构 发生倒塌, 这也意味着人员的伤亡不可避免 而且震后桥梁的使用功能丧失, 导致无法 提供紧急救援的交通能力 因此, 这种破坏是不允许的 由于目前我国 公路工程抗震设计规范 条文中没有涉及地震作用下钢筋混凝土 桥墩 柱的剪切强度检算, 也没有给出具体的计算公式, 因此, 此处暂采用 美国加州 抗震设计准则 的抗剪计算公式进行计算, 如果今后有我国自己的规范公式, 则宜按我 国自己的规范公式计算 在评价墩 柱破坏可能对桥梁结构其它构件的累积影响时, 需仔细分析结构可能 形成的倒塌机构和明确的传力路径 因为每一种破坏模式都意味着有额外的力将传给其 他构件, 当某一个构件发生破坏后, 结构倒塌的可能性将更大 这种现象当结构的冗余 显著减低和倒塌机构开始出现时就会发生 钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁能达到的延性水平, 与桥墩塑性铰区截面的 塑性转动能力或曲率延性有关 迄今为止, 国内外已作了大量的关于钢筋混凝土柱和桥 墩延性的试验研究 这些研究成果一致表明, 钢筋混凝土柱和桥墩塑性铰区截面的曲率 延性水平主要取决于轴压比和混凝土的极限压应变, 此外还受到混凝土的抗压强度 纵 向钢筋屈服应力 配筋率以及保护层厚度等因素的影响 其中, 混凝土能达到的极限压 应变, 主要取决于桥墩塑性铰区范围约束箍筋对核心混凝土的约束程度, 即取决于约束 箍筋的形式 屈服应力和配箍率 由于国内目前没有桥墩抗震延性检算的相关规范条文, 尤其是有关墩 柱延性能力计算方面的规定, 因此, 此处关于墩 柱延性能力计算参考 了国外的相关文献, 但这也意味着如果国内规范一旦给出相关公式时, 就宜使用国内的 公式 塑性铰等效长度 l p 同塑性变形的发展和极限压应变有很大的关系, 由于实验结果离 散性很大, 目前主要用经验公式来确定 此处暂采用 美国加州抗震设计准则 的给出 22

26 的计算公式进行计算 钢筋混凝土延性构件的塑性弯曲能力可以根据材料的特性, 通过截面的弯矩 - 曲率 ( M ) 分析来得到, 截面的弯矩 - 曲率 ( M ) 关系曲线, 可采用条带法或其它方法 进行计算, 其基本假定为 : (1) 平截面假定 (2) 剪切应变的影响忽略不计 (3) 钢筋和混凝土之间无滑移现象 (4) 采用前述的钢筋和混凝土的应力 - 应变关系 约束混凝土的极限压应变 cu, 定义为横向约束箍筋开始发生断裂时的混凝土压应 变, 可由横向约束钢筋达到最大应力时所释放的总应变能与混凝土由于横向钢筋的约束 作用而吸收的能量相等的条件进行推导 Mander 给出的混凝土极限压应变的保守估计为 : cu 1.4 s f f 式中 : su 为箍筋在最大拉应力时的应变 ( 一般取 0.09); s 是约束钢筋的体积配筋率 ; ' f cc 是约束混凝土的峰值纵压应力 ; f yh ' cc yh R su 是约束箍筋的最大拉应力 5.6 梁部抗震性能评价 当上部结构和下部结构是整体浇筑时, 应评价上部结构的弯曲抗震性能, 并评价其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 上部结构弯曲强度的计算可根据相关规范公式进行, 计算上部结构对应的抗弯能力 / 地震需求比值 如果从现场可获得材料有关参数, 则宜根据现场获得的检测材料数据进行计算 当上部结构和下部结构是整体浇筑时, 应评价上部结构的剪切抗震性能, 并评价其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 上部结构抗剪强度的计算可根据相关规范公式进行, 计算上部结构对应的抗剪能力 / 地震需求比值 如果从现场可获得材料有关参数, 则宜根据现场获得的检测材料数据进行计算 根据抗弯 抗剪能力 / 地震需求比值及某项能力不满足地震需求时对桥梁结构整体抗震性能的影响确定项目评价结果 甲级 : 所有项目的能力 / 需求比值 1 23

27 乙级 : 大多数项目的能力 / 需求比值 1, 个别项目 0.95 能力 / 需求比 <1, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能影响较小 丙级 : 多数项目的能力 / 需求比值 0.95, 少数项目 0.90 能力 / 需求比 <0.95, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能造成一定影响 丁级 : 出现项目能力 / 需求比 < 支座 伸缩缝的抗震性能评价 应评价支座的抗震能力 ( 剪力 剪切变形 抗滑稳定性 连接装置的强度以及竖向落差等 ) 和其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 支座抗震能力的计算可根据相关规范公式进行, 计算支座各项目的抗震能力 / 地震需求比值 如果从现场可获得材料有关参数, 则宜根据现场获得的检测材料数据进行计算 应评价伸缩缝位移变形能力和其对整个桥梁结构整体抗震性能的影响 伸缩缝位移变形能力的计算可根据相关规范公式进行, 计算确定其抗震能力 / 地震需求比值 根据支座和伸缩缝抗震能力 / 地震需求比值及其对桥梁整体抗震性能的影响确定其抗震性能评价等级 甲级 : 所有项目的能力 / 需求比值 1 乙级 : 大多数项目的能力 / 需求比值 1, 个别项目 0.95 能力 / 需求比 <1, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能影响较小 丙级 : 多数项目的能力 / 需求比值 0.95, 少数项目 0.90 能力 / 需求比 <0.95, 且项目能力不足对桥梁整体抗震性能造成一定影响 丁级 : 出现项目能力 / 需求比 < 对于一些特定结构构型的桥梁, 如果支座发生破坏, 可能很容易导致倒塌的发生 这样的结构必须首先列入考虑加固的范围内 如简支梁桥或挂孔这些没有多余约束的结构是最容易因支座破坏而发生落梁震害的 另一个需要考虑的因素是评价支座破坏导致梁竖向落下的距离, 如果主梁仅因支座破坏离开了支座并下落几公分, 这通常是不重要的, 主梁较小的竖向落差可通过临时措施得到改善 通常支座的锚固螺栓 锚固钢筋或剪力键破坏是可以接受的 但如果这样的破坏导致 24

28 发生的相对位移足以引起支座发生破坏, 则应评价该破坏所产生的不利后果 没有设置约束的伸缩缝处的相对位移抗震能力 / 地震需求比值小于 1.0 可能导致支座发生破坏 通常支座发生破坏可能会导致落梁震害发生 对于连续梁桥, 桥梁结构仍能承担因支座破坏而受到的剪力和弯矩 尽管结构发生这样的破坏后可能不能继续承担交通功能, 但通过震后调查可以发现伸缩缝处的破坏, 并通过一些简单的措施来代替破坏的支座以维持交通功能 6 桥梁抗震构造措施评价 6.1 一般规定 对既有桥梁抗震构造措施的评价包括防落梁构造 限制位移装置 连接构造及其他构造措施的评价 应允许桥梁结构各构件间发生对抗震性能有利的相对运动, 以减小构件内部的地震力, 但对相对运动的位移量应采取限制措施 为防止桥梁结构主要构件间的连接关系失效 ( 如落梁等 ), 对于不同的桥梁形式应采用相应行之有效的抗震连接措施 但任何桥梁抗震措施的使用不应导致桥梁主要构件设计的大的改变 对于进行隔震 耗能设计的桥梁, 必须保证隔震 耗能装置发挥作用所需的运动量 但对运动的位移量应采取限制措施 由于未来工程场地可能遭受的强烈地震的不可确知性, 也由于人们对桥梁结构 ( 特别是动力性能复杂的桥梁结构 ) 地震破坏机理的认识尚不完备, 因此桥梁抗震设计还不能完全依靠定量的计算方法 实际上, 历次大地震的震害表明, 一些从震害经验中总结出来的或经过基本力学概念启示得到的一些构造措施被证明可以有效地减轻桥梁的震害 如构件间适当的相对运动可以减小构件所遭受的地震内力, 主梁与主梁或主梁与墩之间适当的连接措施可以防止等 但构造措施的使用不能导致定量设计结果的失效 待评价公路桥梁的抗震构造措施, 应按下表规定的等级进行评价 各等级的具体构造措施应符合现行 公路工程抗震设计规范 相关章节的要求, 同时也可参考本章以下各节的规定 25

29 各类公路桥梁构造措施等级 地震基本烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 构造物分类 0.05g 0.1g 0.15g 0.2g 0.3g 0.4g A Ⅷ Ⅸ Ⅸ 更高, 专门研究 B Ⅶ Ⅷ Ⅷ Ⅸ Ⅸ Ⅸ C Ⅵ Ⅶ Ⅶ Ⅷ Ⅷ Ⅸ D Ⅵ Ⅶ Ⅶ Ⅷ Ⅷ Ⅸ 既有公路桥梁的抗震构造措施评价标准, 应与现行 公路桥梁抗震设计规范 保持 一致, 也可参考其他相关规范的规定 根据待评价桥梁实际构造措施的设置情况按以下规定确定项目评价结果 : 甲级 : 抗震构造措施的设置不低于现行规范要求, 且目前状态良好 ; 乙级 : 抗震构造措施的设置略低于现行规范要求, 且目前状态良好 ; 丙级 : 设置了抗震构造措施, 但不满足现行规范要求, 且部分功能失效 ; 丁级 : 没有按现行规范要求设置抗震构造措施, 或虽然设置了抗震构造措施但全部功能失效 6.2 防落梁构造 简支梁梁端至墩 台帽或盖梁边缘应有一定的距离 ( 如图 6.2.1), 其最小值 a (cm) 除按现行规范评价外也可按下面公式评价 : a L, 式中 L 是梁的计算跨径 ( m ) a a a 桥墩 桥台 吊梁 图 梁端最小边缘距 斜桥梁 ( 板 ) 端至墩 台帽或盖梁边缘的最小的距离 ( 如图 6.2.2) 可按下面公式评价 : a 50L (sin sin( E )), 式中 L 是上部结构的跨径 ( m ), 斜交角, E 是极限脱落角 26

30 a 图 斜交桥最小边缘距 曲线桥梁端至墩 台帽或盖梁边缘的最小的距离 ( 如图 6.2.3) 可按下面公式评价 : sin a E 30, 式中 E , 是上部结构端部向外侧的移动量的跨径 cos( / 2) ( m ), 是曲线梁的中心角 a 图 曲线桥最小边缘距 27

31 不同规范对梁端最小边缘距的几种取值情况比较见下图 搭接长度 a( 米 ) a=70+0.5l a=70+l a=60+l a=50+l a=80+0.5l 其中 a L 是日本新桥梁抗震设计规范的取值, a 50 L 是我国现行公路工程 抗震设计规范的取值情况 桥梁跨度 L( 米 ) 可以看出我国现行公路工程抗震设计规范关于 a 的取值对于 40 米以下跨径的桥梁明显偏 小, 因此本指南列出了日本规范的结果供参考使用 应按有关规范规定设置防落梁系统, 以防止当结构体系伴随结构构件或地基的破坏而发生无法预测的破坏时, 上部结构的跌落 防落梁措施时可以参照如下的典型形式, 见图 6.2.4a6.2.4c 钢扣件 钢梁 钢缆或钢棒 缓冲材料 桥台 桥台 图 6.2.4a 桥台处拉杆式防落梁构造 28

32 混凝土挡块 缓冲材料 钢挡块 缓冲材料 图 6.2.4b 桥台处挡块式防落梁构造 图 6.2.4c 桥墩处拉杆式防落梁构造 对防落梁构造进行具体评价时, 应满足如下要求 : 1 防落桥构造的强度不低于其所承担的设计地震力, 同时防落桥构造应不妨碍支座的变形 ; 2 防止落桥构造应无损于支承的移动或回转等机能 ; 4 防止落桥构造应能顺应垂直桥轴方向的移动 ; 5 防止落桥构造应考虑到便于支承部分的维护管理 ; 6 防止落桥构造的安装部分应能将作用于防止落桥构造上的地震力, 切实地传递到上下部结构 连续曲梁的边墩和上部结构之间宜采用锚栓连接, 防止边墩与梁脱离 本指南列举了防落梁措施的几种典型形式 还可以根据待评价桥梁防落梁措 施设置的具体情况参照以上原则进行评价 29

33 6.3 限制位移装置 为防止结构相邻部件之间产生过大的相对位移, 应根据待评价桥梁的具体情况, 评价其限制位移装置 限制位移装置可以使用与以上防落梁装置相同的结构 ( 图 6.2.4a-6.2.4c) 或使用类似图 的结构 锚杆或销钉 图 锚杆或销钉式限位装置 对于斜桥 下部结构的顶部宽度狭窄的桥 一条支承线上支承点数量少的桥 由于液化流动使桥墩可能在垂直桥轴方向发生移动的桥, 在其端支点处, 除设置桥轴方向的防止落桥系统外, 宜在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间加装橡胶垫或其它弹性衬垫, 以缓和冲击作用和限制梁的位移 连续梁和桥面连续简支梁 ( 板 ) 桥, 应采设置横向和 ( 或 ) 纵向挡块, 以防止产生较大的位移 使用横向和纵向限位装置可以实现桥梁结构的内力反应和位移反应之间的协调. 一般来讲, 限位装置的间隙小, 内力反应增大, 而位移反应减小 ; 相反若限位装置的间隙大, 则内力反应减小, 但位移反应增大 ; 横向和纵向限位装置的使用应使内力反应和位移反应二者之间达到某种平衡. 另外桥轴方向的限位装置移动能力应与支承的变形能力相适应 ; 限位装置必须无损于支承的移动或回转等功能 ; 限位装置必须考虑到支承部分的维护管理 ; 限位装置的设置不得有碍于防落梁构造机能的发挥 限制位移装置的目的之一是保证在中小地震作用下不因位移过大导致伸缩缝等连接部件 发生损坏 6.4 连接构造 对于不同的桥梁形式应根据待评价桥梁的具体情况, 对其抗震连接构造措施进行评 价 30

34 6.4.2 连续梁桥宜采取使上部构造所产生的水平地震荷载能由各个墩 台共同承担的措施, 以免固定支座墩受力过大 若连续梁的某一个桥墩在地震荷载作用下内力过大, 则可能使整个桥梁结构的受力发生较大的变化 梁桥各片梁间应加强横向连接, 以提高上部结构的整体性 当上部结构使用多片梁时, 为避免在地震中各片梁之间发生分离, 甚至边梁发生横 向落梁, 各片梁间应加强横向连接, 以提高上部结构的整体性 当采用桁架体系时, 应采取措施加强其横向稳定性 拱桥的横撑和斜撑应满足地震动力稳定性的要求 桁架结构构件和拱桥的横撑或斜撑的稳定性十分重要 1995 年日本兵库县南部地震时, 有两座拱桥横撑和斜撑发生了失稳, 这一震害教训应引起重视 应保证支座与构件之间有可靠的连接 支座是桥梁上 下部结构之间的连接和传力部件, 必须与上下部结构之间连接可靠, 这样才能使其功能得到发挥 6.5 其他构造措施 待评价桥梁也可以使用前面各节以外的用于减轻地震影响的构造或装置, 但应对加装这些构造和装置的桥梁的抗震性能进行全面和细致的研究, 保证这些装置功能的发挥, 并且不应减弱其它抗震设计的能力 考虑到可能出现新的抗震构造措施, 本指南包括它们在桥梁抗震设计中使用后抗震性能的评价 7 既有桥梁抗震加固技术 7.1 一般规定 根据抗震性能评价的结果和场地地震 结构以及社会问题等多方面的因素综合确定是否进行抗震加固以及抗震加固的优先顺序 31

35 7.1.1 抗震性能评价的结果是确定是否进行抗震加固以及抗震加固优先顺序的重要因素, 但场地强震发生的概率 结构的易损性 破坏的社会后果 ( 交通密度 震后救援和紧急 服务结构的重要性 替代线路的可行性等 ) 等因素也要综合考虑 选择加固措施的原则应是降低桥梁结构发生倒塌或严重损坏的可能性 当选择加固措施时, 应考虑结构的整体的抗震能力 在最终选择加固方案时主要考虑的应是经济和实用 因此, 既有桥梁的加固类别分为以下四类 : 加固类别甲 : 按照甲方要求, 加固桥梁的抗震性能水平高于现行抗震设计规范要求的抗震的性能水平 ; 加固类别乙 : 以现行规范为标准, 加固桥梁的抗震性能水平不低于现行抗震设计规范的抗震性能水平相同 ; 加固类别丙 : 按照甲方要求, 综合考虑加固难度和经济因素, 加固桥梁的抗震性能水平低于现行抗震设计规范的抗震性能水平, 但应加强对桥梁的养护和监测 加固类别丁 : 按照甲方要求, 综合考虑加固难度和经济因素, 不采取加固措施, 但应加强日常养护, 随时监测桥梁运营情况, 尽量减少桥梁破坏所造成的损失 当进行桥梁加固时, 应避免将过大的地震力传递给其它不容易检查和加固的构件 如果单个构件的破坏导致结构可能发生倒塌, 就必须加固该构件 ; 如果构件破坏导致桥梁的使用功能有所损失, 对于重要性桥梁, 这可能也是不可接受的, 即不满足结构在对应水准地震下的抗震性能要求, 就必须加固该构件 ; 如果该构件的破坏不会导致不可接受的后果, 可根据实际情况来判别是否需对该构件进行加固 7.1.2~7.1.4 既有桥梁结构的分析是识别桥梁结构中抗震能力不足的缺陷 加固的策略应是提高一个 多个构件的抗震能力或是降低抗震能力不足构件的地震需求 选择加固措施的策略应是降低桥梁结构发生倒塌或严重损坏的可能性 在多数情况下将桥梁加固的到新桥的抗震性能水平不是经济可行的, 但有些情况, 特别是十分重要的桥梁, 可能要求的抗震性能水平比新桥更高 这种情况中的一些是当前 AASHTO 规范关于新桥特定桥梁类别的抗震性能水平不能满足一些业主的要求 构件的抗震能力 / 需求比小于 1.0 表明该构件在对应水准地震作用下可能发生破坏, 这可能导致结构强度的损失或影响桥梁的使用功能 尽管这类破坏是不希望的, 但该构件的破坏并不是不可接受 工程人员必须评价因局部构件的破坏对桥梁结构整体稳定性的影响 最终决定是否需对该桥梁进行加固将取决于评价结果和这种地震损伤可能发生的风险水平 32

36 对于重要性桥梁, 如果评价结果表明某个构件的抗震能力 / 需求比小于 1.0, 且该构件的破坏导致严重的后果, 那么就需考虑对其进行加固 在许多情况下, 对桥梁中所有抗震能力 / 需求比值小于 1.0 的构件全部进行加固有时是不可行的 在这种情况下, 应该根据桥梁结构的重要性和各种加固方案的造价进行分析比较, 分析其破坏对桥梁结构整体抗震性能的影响, 然后决定是否对桥梁进行替换 加固或加固到一个略低的抗震水平或接受当前的风险水平而不采取任何加固措施 应对经加固后的桥梁结构整体抗震性能进行重新评价, 判断通过加固后的抗震性能是否得到了改进, 满足了预期的抗震性能要求 桥梁加固技术主要可分为两大类, 一种是传统的针对缺陷构件通过加固提高其强度 变形能力的加固技术 ; 另一种是减隔震技术, 是通过整体降低地震对结构构件的抗震需求使当前构件能够承担给定的地震需求 对于具体的桥梁加固, 宜经过详细分析比较来决定选取这两种方法的一种或二者结合的加固方法 当进行桥梁结构加固时, 设计人员通常有两种方案可供选择 一种方案是传统的加固技术, 即提高结构的抗震能力满足可能的抗震需求 这是最常用的方法 另一种方案是减隔震技术, 即通过降低地震对结构构件的抗震需求使得当前构件的既有承载力足够承担给定的地震需求 减隔震技术包括被动和主动控制装置, 安装于桥梁结构来降低地震对结构的抗震需求 目前, 由于主动控制造价高且需要经常维护 且在中小桥梁中很少应用, 因此, 本指南重点放在目前应用较广的且性价比好的被动控制技术 被动控制装置包括力学装置, 仅通过耗能来降低结构地震响应, 和隔震装置, 通过延长结构周期来降低结构的地震响应 尽管减隔震技术不是对所有结构和场地条件都适用, 同传统加固技术相比, 减隔震技术具有很高的性价比 应该意识到同传统的加固方法相比, 有时减隔震技术可能会更有效 但有时可能是二者相结合的方案更有效 这尤其对于隔震后地震需求仍略高于既有桥梁构件抗震能力的情况比较合适, 只需通过适当加固即可满足要求 这种情况下, 加固造价可能显著小于不采用隔震技术的加固方案 选择加固方案时应该考虑到实际施工和维护的难度, 加固的效果宜经过试验研究, 证实其有效性 7.2 桥梁场地加固 桥梁穿过断层或很接近断层时, 应尽可能通过加固提高结构的位移能力, 应对下 33

37 部结构塑性铰区增加额外的箍筋以提高延性变形能力 多跨简支梁桥穿过断层, 宜仔细考虑是否采用使其上部结构保持连续的加固措施 ; 在每个桥墩 桥台处可用弹性支座替换原有支座支撑上部结构, 这些支座允许发生很大变形且具有一定的自复位能力 近断层的竖向地震动加速度可能很大, 应注意采取加固措施避免上部结构发生上拔的现象 对于重要桥梁位于或接近不稳定的斜坡, 应仔细评价斜坡的稳定性, 可采取清除岸坡 减轻重量等措施进行加固 对于重要桥梁, 可将桥台设置在斜坡顶部的后边, 增加两个边跨 使用岩层锚杆锚固或其它技术将位于岸坡的桩承台锚固住 对于预计可能发生液化的桥址场地, 一是清除或改进有液化可能的场地条件, 二是提高结构承受大位移的能力, 通过这两方面来提高结构的抗震性能 当桥址场地的稳定性存在问题时, 可采用以下几种加固方法进行加固 : 降低地下水位 ; 通过振捣压实 振动替换使土壤密实 ; 竖向排水网 ( 石头柱 ); 使用渗透性强的材料增加可能场地处的压重 ; 压浆 危险的场地条件在地震作用下对任何桥梁结构都会产生很大的力或相对位移 这样的场地条件包括临近活动断层 不稳定的陡坡和可能液化的砂土或淤泥砂土 对于这些条件的加固技术措施是很少的, 且很少能够得到现场证实 当桥梁穿过断层或很接近断层, 在地震作用下, 其相邻桥墩或基础可能会产生很大的相对位移 尽管在一座桥梁的剩余使用期限内发生这样损坏的概率很低, 但在评价这样桥梁的加固措施时应考虑这种可能性 如果多跨简支梁桥穿过断层, 尽管简支跨的优点是可以适应大的相对位移, 但很难确保其不落梁 为了降低这种风险, 应该提供大的支撑长度 ( 座宽 ) 上部结构与下部结构整体连接, 相邻上部结构保持连续可以使结构具有更大的冗余度而降低了倒塌的风险 值得注意的是, 近年来的加速度记录表明, 近断层的竖向地震动加速度可达 1.0g, 这种情况下, 如果使用弹性支座, 则需增加竖向约束以避免上拔的影响 应该意识到对于这样极端的地震, 进行加固的目的是通过降低结构完全倒塌的可能 34

38 性来避免或使生命损失降低到最低程度 震后这样的桥梁可能需要拆除或替换 许多山区桥梁跨越陡的峡谷 应该仔细评价地震作用下山坡的稳定性, 对于重要的桥梁调查应该包括地质和地貌 包括航空图以研究在过去地震作用下的岸坡移动情况, 以及大量的钻孔调查来校核地层的稳定性和有无竖向裂缝 尤其应注意排水情况, 以免潜在破坏区因表面水的渗透导致空隙水压力的增加 应该对避免边坡破坏而采取的清除岸坡 减轻重量等措施的安全系数进行专门的调查研究 地震震害发现, 桥梁结构的破坏主要原因是由于场地液化和侧向扩展导致过大的移动引起的 当预计可能发生严重液化时, 仅通过加固桥梁结构来保持结构的使用功能是不可能的 在这种情况下, 必须降低土壤液化的可能性 目前来看, 桥梁位于液化场地的加固包括两个方面的内容, 首先是清除或改进有液化可能的场地条件 第二个方面就是增加结构承受大的相对位移的能力 可使用各种加固技术来提高结构的变形能力 结构方面的加固方法取决于桥梁结构的形式和可能发生损伤的构件 这些方法通常包括将上部结构连接在一起, 上部结构和桥墩 柱连接在一起 有时还需加固桥墩 柱 对于重要桥梁要保持桥梁的使用功能, 则可能需要使用沉降板 ( 桥台搭板 ) 来加固桥台 降低地下水水位可以排除或降低水的存在, 这是发生液化三个因素中的一个 这个方法的可行性和造价取决于具体的场地条件 一些重力排水法优于力学方法 排水有时会引起周边土壤沉降并可能影响既有桥梁的沉降, 采用该技术时对此应该进行认真评价 密实土壤也可以有效降低液化的的可能性 因为液化的过程中需要密实松散的土壤, 提前密实土壤可降低液化风险 提前密实可能引起较大的沉降, 需要保护既有结构避免在振捣密实过程中损坏 如果在土壤密实施工过程中可能会产生过大的沉降, 则这种加固方法就不宜使用 一种改进排水条件又不扰动既有结构的方法是设置卵石排水网 这允许在地震中水能顺利排出而避免空隙水压的增长和发生液化 可能在地震中结构会发生沉降, 但可避免因土壤液化而可能产生的大变形 使用易透水材料的压重也能够降低液化的风险, 同时对既有结构扰动很小 由于压重增加会导致晶粒间的粘结力增加, 从而发生液化必须需要很高的空隙水压力 压重材料的渗透性又保证不会增加空隙水压力 当使用该方法时应考虑到伴随固结过程可能发生的沉降 通过压浆来增加土壤的抗剪强度也是一种可能的加固方法 但这种方法降低了土壤的渗透性, 加重了空隙压力 因此这样的加固方法应该由有资质的单位来完成 除了注意尽可能减小在施工过程中的沉降, 在特定情况下, 上述方法中的一些加固方法在有些情况下可能不适合, 有些甚至是有害的 因此, 在使用上述加固方法稳定土壤之前必须进行认真仔细的设计 35

39 7.3 基础加固 当进行基础构件的加固时, 应特别注意考虑土的特性, 基础构件的分析和设计应考虑土的强度和各种可能的破坏模式 提高承台的弯曲强度可以通过在既有承台表面覆盖一层钢筋混凝土, 并通过暗销与原有承台连接起来, 见图 顶部钢筋应主要布置在一倍的加固承台厚度范围内, 承台表面在浇注混凝土前应凿毛表面以利于剪力的传递, 承台新 旧混凝土之间应设置足够的暗销以保证之间的剪力传递 如果暗销还用于承受剪力, 则暗销应穿过原有承台的厚度, 并应可靠锚固 (a) 立面图 (b) 平面图 图 承台抗弯强度加固 通过增加承台的厚度将增加截面的抗弯高度, 从而提高了承台正弯矩区的抗弯强度 如果还不够, 还可通过加宽承台, 并需在底部增设钢筋 承台加固种, 设置钢筋的位置宜布置在距离墩柱的一倍承台厚度的范围内 如果暗销的抗拉能力不足以满足加固要求, 可采用扩大承台并在承台周边的整个厚度内设置箍筋来代替暗销 可以通过设置预应力筋来提高承台的正 负弯矩区的抗弯强度 通过增加承台厚度 穿过承台的竖向钢筋或预应力筋 水平向穿过承台的预应力筋等来提高承台的抗剪能力 在承台加宽部分设置额外的箍筋对于提高承台的抗剪能力效果较差 承台 / 墩柱节点区的剪切强度加固, 可采用与承台剪切强度不足所使用的加固方法相同, 加固的有效性宜通过试验来验证 墩 柱纵筋锚固不足的加固, 可采用将承台直接锚固到地基或增加承台中的抗拉桩, 但加固的有效性需要通过试验验证 36

40 承台倾覆抗力的提高可通过扩大承台的平面尺寸 增加抗拉桩 ( 桩数 ) 直接锚固到地基或基岩等措施实现 如果桩基础的破坏或承台滑动不会导致结构发生倒塌, 则可采取震后加固或替换措施 在桥梁抗震加固中, 承台加固可能是最昂贵的 发现的缺陷主要有承台弯曲强度 剪切强度 承台 / 柱剪切强度 桥墩纵筋锚固 桩承载力和倾覆能力等 目前, 还没有大量试验来评价承台的各种加固技术 由于承台顶部钢筋较少, 而使承台与桩的抗拉连接往往不足导致承台的弯曲强度较低 底部钢筋也可能不足, 尤其对于宽的承台, 远离桥墩的钢筋发挥的作用很低 需要提前说明的是, 如果钢筋到柱边缘的距离大于基脚高度时, 这些钢筋对于抵抗柱的弯曲几乎不起作用, 除非基脚有很大延性 如果超过这个距离, 则这些钢筋提供的抗弯强度是很少的, 除非允许承台中发生较大的延性变形 当受到情况限制无法采用增加钢筋混凝土来提高承台的弯曲强度时, 可以使用预应力技术进行加固 预应力管宜穿过原有的承台, 如果不允许, 也可从增加的钢筋混凝土中穿过, 但后一种方式效果可能比前一种要差 承台剪切强度不足的加固比弯曲强度加固要复杂的多 在大多数既有承台中, 在桥墩压力和基础 桩反力之间的剪力是由承台内对角受压部分的混凝土承担的, 这往往要求承台底部的钢筋锚固牢固, 作成 90 度弯钩 如果对角受压部分混凝土倾斜角度少于 30 度, 或底部受拉钢筋锚固不足, 则需通过增加承台厚度 ( 这将增加混凝土抗剪机构承受的能力 ) 或穿过承台的竖向钢筋或预应力筋( 相当于增加额外的箍筋 ) 水平向穿过承台的预应力筋 ( 一般用于增强弯曲强度, 同时也可增强抗剪能力 ) 来提高承台的抗剪能力, 如图 图 承台剪切强度加固 由于剪力主要集中于桥墩附近的承台内, 所以设置的箍筋远离承台产生的剪力位 置时其效果就比较差, 见图

41 图 无效加固 从理论角度和有限试验结果表明, 许多承台 / 墩柱节点的剪切强度不足 节点剪切强度不足可使用与承台剪切强度不足所使用的加固方法相同 然而, 为了提高有效性必须使增加的抗剪钢筋布置在离墩柱尽可能近的周围 目前国内规范还没有评价锚固长度不足的方法, 可参照国外规范 墩柱纵筋在承台中锚固不足的情况在既有桥梁中比较多 有时尽管锚固长度足够, 但如果纵筋没有延伸到承台底部的钢筋层, 则仍有可能存在锚固不足的问题, 尤其对于扩大基础 ( 承台 ) 或桩支撑承台没有足够抗拉能力情况 这种情况下, 当在墩柱纵筋与承台拉筋之间没有连续连接时, 很容易导致伴随承台节点破坏的开裂裂缝出现在这之间 墩 柱纵筋锚固不足的抗震加固是比较困难的 增大承台厚度和钢筋能够提高抗力, 但仍无法克服受拉钢筋之间的不连续缺陷 如果采用锚固到地基或增加抗拉桩, 从而造成在墩柱范围内承台的弯矩反号, 可能会显著改善抗震能力 扩大基础 ( 承台 ) 或桩基础支撑承台在地震作用下可能发生上拔 ( 提离 ) 这中响应有时是可以允许的 当倾覆弯矩小于墩柱的弯曲强度时, 这种承台摇摆可以起到隔震的效果, 从而避免墩柱 承台发生屈服 然而当摇摆的位移很大或承台可能发生破坏, 这时需进行加固, 以提高抗倾覆的能力 增加拉力桩一般与增大承台平面尺寸同时应用 值得指出的是, 利用地基锚固很难从地基锚固中得到主动的拉力, 因此, 当发挥地基锚固作用以提高倾覆抗力之前, 承台就可能会发生较大的位移而达不到预期效果 震害表明, 桩的弯曲强度 剪切强度不足在地震作用可能发生破坏, 承台与地面的摩擦力如果不足其会发生滑动 对这些破坏形式进行加固造价往往很昂贵的 设计人员应该考虑桩破坏或承台滑动是否会导致结构倒塌 因为这些破坏方式引起结构发生倒塌的可能性较小, 设计人员也可承担这种风险, 可采取地震后替换或加固的方式 但设计人员应保证在地震过程中和震后所有情况下桩基础 承台可以支撑墩柱轴力 7.4 桥台加固 当桥台的破坏影响重要桥梁的使用功能时, 宜考虑对桥台进行加固 可通过设置桥台搭板, 改善因填土破坏或桥台破坏导致的桥台过分沉降 38

42 7.4.3 为了减少震后桥台的不连续性, 搭板至少长 3 米, 搭板应按简支跨计算, 钢筋混凝土板应跨越全长 桥台平行于或垂直于桥台面的位移可通过设置锚杆得到改善 由于台后填土在地震作用下可能会移动, 锚杆应延伸到台后足够深度, 以避免台后填土移动而使锚固失效 设计的锚固方式提供的极限能力应该大于或等于地震作用下上部结构传给桥台的剪力或桥台背后的土压力 桥台破坏很少导致桥梁结构倒塌的, 除非是发生液化破坏 桥台挡土的侧向移动或桥台填土的固结可能影响桥梁的使用功能, 这对于特别重要的桥梁可能是不允许的 此外, 在桥台支座处设置限制相对变形的约束装置可能会增大桥台的受力 因此, 如果这些情况存在, 则桥台应该进行加固 设计桥台搭板目的是改善因桥台填土沉降造成的上部结构与桥台的不连续性 搭板应该与桥台连接 图 给出加利福尼亚形式和新西兰形式的沉降板 (a) 加利福尼亚形式的沉降板 (b) 新西兰形式的沉降板图 两种沉降板形式 桥台水平位移可影响桥梁结构的使用功能 可采用各种可能的锚固方式进行改善, 常用的有两种锚固方式, 一种是直接锚固在桥台后的填土, 见图 7.4.4; 另一种是重力式锚固, 包括设置在上部结构或桥台的拉杆和锚固块 39

43 重力式锚杆就是上部结构或桥台与锚固物之间的连系杆, 锚固物可能是钻孔内浇 筑的柱体, 或者是距桥台后面一段距离的地沟内浇筑的重量很大的梁 这些连系杆一般 都放置在混凝土地沟内 图 直接锚固在桥台后的填土的锚固方式 7.5 墩柱的加固 既有桥梁的钢筋混凝土桥墩 柱弯曲强度 延性变形能力和剪切强度的抗震能力的加固可采用钢管外包加固方法 复合材料加固方法 加大截面方法等一些加固技术进行 对于矩形桥墩 柱, 当采用钢管外包加固方法加固时, 宜采用椭圆形的钢管 当加固桥墩 柱的弯曲强度 剪切强度后, 应评价和加固承台和基础的承载力, 以便能够承受增加的剪力和弯矩 采用加大截面法改善钢筋混凝土桥墩 柱的延性能力, 必须保证加大截面对原有墩柱截面的约束作用 采用复合材料加固方法, 需确认施工环境, 正确 合理地安排施工 控制施工品质 在美国, 自从 1989 年 Loma Prieta 地震后, 改进桥梁下部结构 ( 桥墩 柱 盖梁和基础 ) 抗震性能的加固措施受到大量的研究和发展 尤其在加州 San Diego 大学对大量新建的和加固的桥墩 柱进行了试验研究 这些研究项目主要是研究各种加固措施对提高桥墩 柱构件的弯曲 剪切强度和桥墩的弯曲延性能力的有效性 既有桥梁的钢筋混凝土桥墩通常在弯曲延性能力和剪切强度方面存在不足 弯曲强 40

44 度不足可能是由于在塑性铰区的纵筋搭接不足或纵筋提前截断造成的 对于钢筋混凝土桥墩 柱, 目前应用比较多的加固技术有钢管外包加固方法 复合材料加固方法 加大截面方法等 下面对每一种技术给予简要介绍 : 钢管外包技术 : 这个技术最初是针对圆柱桥墩提出的 采用两块半圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接, 钢管内径比桥墩直径略大, 空隙中灌注添加微膨胀剂的水泥沙浆, 钢管的下端与承台顶面有 3-5cm 的间隙, 防止桥墩在地震作用下弯曲时因钢管的受压而增加截面的弯曲强度 钢管提供的是有效的被动约束应力, 这种被动约束应力来自于混凝土受压而引起的膨胀受到钢管环向强度和刚度的限制 类似的效果当桥墩发生对角剪切破坏裂缝时也存在 因此, 钢管可被看作连续的环向箍筋 对于矩形桥墩, 为了提供类似于圆柱桥墩的连续的约束效果, 建议加固时采用椭圆形的钢管, 较大空隙可灌注与原桥墩 ( 柱 ) 同标号的混凝土 加固后的矩形桥墩具有很好的弯曲和抗剪能力 矩形钢管对提高桥墩 柱的抗剪能力是有效的 但桥墩进行抗剪加固时必须保证足够的弯曲延性能力, 但矩形钢管提供的延性能力很差 日本曾使用薄矩形钢管在纵筋提前截断的区域与混凝土桥墩粘接来局部增强桥墩的弯曲和剪切强度 确保非弹性行为仅发生在墩底塑性较区 复合材料加固方法 : 通过外包组合纤维 / 环氧树脂套管来实现约束效果已经通过试验的研究得到证实 通过水泥浆加压到 1.7Mpa, 可以达到一定的主动约束效果 由于组合材料套管相对低的弹性模量, 这个主动压力的一部分可能因徐变松弛而降低 在桥墩的关键区域如桥墩底部可由无应力纤维 / 环氧树脂缠绕套管提供被动约束应力 这个加固技术试验研究表明可有效提高圆形桥墩的弯曲延性能力和抗剪强度 现场安装和耐久性等因素是否能满足要求是该项技术能否应用的关键 加大截面法 ( 外包混凝土 ): 加大截面法是一种常用的墩柱加固方法, 在原有墩柱的表面增加一层混凝土及纵向钢筋和横向钢筋, 增加的横向钢筋能提高墩柱的剪切强度及延性能力, 而纵向钢筋能否提高墩柱的弯曲强度则取决于纵筋是否锚固在承台中, 承台也必须加固以便承受增加的剪力及倾覆弯矩 若纵筋在承台表面处被切断, 则弯曲强度不会增加, 由于外包混凝土对核心混凝土的约束作用, 提高了墩柱的延性能力 加大截面加固方法通常采用的截面形式有圆形 矩形等, 加固方式可分为全截面加固和部分加固方法 为提高加固后墩柱的延性能力, 必须保证加大截面对原有墩柱截面的约束作用, 对圆形墩柱而言比较容易实现, 可采用密布箍筋或螺旋式箍筋, 而对于矩形或方形墩柱截面, 则采用添加辅助箍筋, 同时凿去原有墩柱转角处的混凝土, 并采用多角形箍筋, 可获得较好的约束效果 对于矩形墩柱的补强加固, 大都采用椭圆形, 除非允许搭接钢筋的滑动是可以控 41

45 制的, 则矩形补强可以采用, 但需满足延性加固时的限制要求 复合材料加固方法采用的底漆和环氧树脂在低温状况下, 粘度会增加, 硬化反应 较迟缓, 引起硬化反应不良的状况 冬季或寒冷地带, 施工条件要慎重对待, 气温在 5 以下不可施工 水分的存在会阻碍底漆及环氧树脂的粘结, 有漏水情形时, 先做止水 导水处理, 有可能结露的时候不可施工 C 7.6 盖梁 节点区加固 应加强盖梁的抗弯能力, 确保加固后的盖梁的弯曲强度足以使塑性铰仅在桥墩 柱内形成 当盖梁是通过支座支撑上部结构时, 可通过在盖梁两立面凿毛其表面设置加劲的支撑梁来提高盖梁的弯曲强度, 新的混凝土与旧的混凝土应该通过直接穿过既有盖梁的螺栓连接 当盖梁是通过支座支撑上部结构时, 盖梁的弯曲强度可以通过设置在支撑梁内的预应力筋或体外预应力筋来提高, 见图 图 提高盖梁弯曲强度的加固方式 整体式盖梁的弯曲强度加固, 可通过将支撑梁设置在盖梁底面来提高正弯曲强度, 负弯曲强度提高可通过凿去顶部部分混凝土, 设置附加钢筋来实现 整体式盖梁的弯曲强度加固, 可通过设置体外预应力筋并在预应力管内压浆来提高盖梁正 负弯弯矩区的弯曲强度, 如图 所示 42

46 图 整体式盖梁的弯曲强度加固方式 盖梁的剪切强度提高可通过设置全高度的支撑梁来实现 预应力筋通过增加弯压区的深度和减小桁架抗剪机理中混凝土对角压杆的临界角也可提高盖梁的抗剪能力 盖梁 柱节点区抗震能力的提高可通过在既有节点区两侧面增加钢筋混凝土或完全更换节点实现 可通过在既有盖梁下部现浇一根连梁来改进盖梁的抗震性能, 如图 所示 并应根据能力设计原理设计以确保塑性铰形成在桥墩中而不是在连梁内 图 横向加固的连系梁法 采用增加连梁来加固盖梁, 应对新塑性铰区的延性能力进行校核 桥墩中的剪力由于连梁以下的桥墩高度变矮而增加, 因此有时还需要评价是否需对桥墩进行加固 盖梁抗扭能力的提高可通过在桥墩面内从一排桥墩到另一排桥墩之间增加一个边梁 ( 平行于主梁 ) 来降低盖梁的扭矩来实现 并应根据能力设计原理确保塑性铰不出现在边梁中 盖梁提供了在上部结构和桥墩间传递力的连接 对于横向地震响应, 多柱桥墩的盖梁将受弯 剪和节点剪力, 通常这三方面均有缺陷 对于纵向响应, 通过支座支撑上部结构的盖梁通常没有问题. 但当桥墩 盖梁和上部结构为整体连接时, 盖梁可能存在抗扭不足的问题 1989 年 Loma Prieta 地震, 许多桥梁的盖梁震害比较严重且损伤盖梁的抗震加固很困难 通过调查发现, 一些桥梁中的盖梁的弯曲强度低于与盖梁连接处桥墩的弯曲强度 特别是由于伸入节点区的钢筋锚固不足而且数量少, 盖梁正弯矩区 ( 盖梁底面受拉 ) 弯曲强度较低 负弯矩区屈服强度往往也不足以保证仅在桥墩处形成塑性铰, 尤其当盖梁 43

47 顶面处的纵筋提前截断后更是如此 整体式盖梁的节点区其剪切强度往往不足 一般说来, 在节点区竖向 水平向都需增加剪切钢筋 最好的加固方案是完全替换节点 同时也可以改善桥墩 柱和盖梁之间钢筋锚固不足的缺陷 但是, 也可以通过在既有节点区两侧面增加钢筋混凝土可以提高节点的剪切强度 由于节点的抗剪能力需要通过节点区外部增加的钢筋来提高, 新增加的外包混凝土必须与原有的混凝土很好的栓接以保证剪力的传递 这是因为桥墩 柱弯曲在既有节点产生的剪力必须被传递到外部增加的钢筋 值得指出的是通过粘接钢板在节点侧面由于不能有效传递剪力而不能有效的提高节点的抗剪能力 一种改进盖梁抗震性能的方法是在盖梁下部现浇一根连梁 增加的连梁在连梁下边形成一个新的临界部位 只要连梁和既有盖梁之间的高度足够小, 桥墩在两根梁之间的弯矩就将很小, 因为桥墩中的剪力将由连梁下的桥墩处预期形成塑性铰的弯曲强度确定 盖梁节点处弯矩平衡表明由地震产生的盖梁力将变的很小, 因此不在需要进行加固 合理的选择连梁的设置位置可以保护既有的盖梁, 同时有效的增加了侧向强度和刚度 如果盖梁与上部结构整体连接, 纵桥向响应的主梁惯性力传到地面的传力路径将依赖于上部结构的弯曲和盖梁的扭转从而将力传到桥墩, 尤其对于外伸盖梁 这种情况下, 盖梁的扭矩往往等于桥墩的塑性弯曲强度 提高盖梁抗扭能力的一个解决方案是在桥墩面内从一排桥墩到另一排桥墩增加一个边梁 ( 平行于主梁 ) 来降低盖梁的扭矩响应 只要边梁具有足够的刚度和强度, 盖梁抗扭强度不足和主梁的弯曲能力都将得到改善 这种条件下, 设计方法应保证塑性铰出现在桥墩而不是边梁, 因为当边梁出现塑性铰, 将允许盖梁发生大的转动, 有可能降低盖梁的恒载承载能力 7.7 支座 伸缩缝及防落梁措施抗震加固 可通过设置拉杆将桥梁相邻构件连接起来以改善结构的抗震能力 常用的拉杆限位装置一般为钢缆索或粗钢筋, 根据其材料拉杆根据其用途可分为三种 : 纵桥向伸缩缝处约束 横桥向支座处约束和竖向运动约束 纵桥向伸缩缝处设置拉杆限位装置可限制伸缩缝处的相对变形从而降低这些部位可能的损坏 当支座锚固螺栓和类似构件不足以避免支座的破坏和丧失支撑能力, 采用纵 44

48 桥向拉杆限位装置可以改善这些构造细节的不足 纵桥向拉杆限位装置在最大地震力作用下应保持在弹性范围内 并有足够的间隙满足正常使用条件下温度等变形的要求 纵桥向拉杆限位装置应对称设置以免引入偏心约束 应该仔细评价拉杆限位装置破坏提前后可能造成的不利后果 纵桥向拉杆限位装置应该沿着预期移动的主方向设置 当墩顶处设置伸缩缝时, 则伸缩缝处的拉杆限位装置还应与桥墩连接 每个约束装置必须能够承担两跨的惯性力 通过结构分析得到纵桥向限位装置的荷载和有效刚度, 可以采用频谱法运用拉伸和压缩模型确定限位器荷载, 或者在有些情况下采用近似静力的分析方法也可满足要求 重要桥梁限位器的承载能力应高于抵抗上部结构恒载的 0.35 倍所产生的等效静水平力 当两个上部结构构件连接在一起时, 限位器最小承载能力应该取每一构件单独工作时两个承载力的较大值 对于抗震性能等级较低的 规则 桥梁可不进行分析, 要求限位器具有 0.35 倍的恒载值的最小承载力, 即可作为其设计荷载 当满足下面一些条件时可以仅连接相邻跨的上部结构, 见图 7.7.9: 即地震作用下伸缩缝处相对变形足够小而不会发生落梁 ; 其中一跨已与既有桥墩可靠连接 图 仅连接相邻跨的上部结构 为满足拉杆限位装置的传力要求, 有时需要对安装拉杆限位装置的部位如横隔板进行加固 当横隔板比较弱时, 一种加固构造细节是将约束装置锚固在梁侧面或桥面板 ( 顶板 ) 的下面 拉杆限位装置的附属连接装置 既有结构锚固部位等应能够承担 1.25 倍的拉杆限位装置的极限承载力 横向约束装置在地震作用下应保持弹性状态, 应考虑到桥墩屈服后, 额外的力将会传给约束构件 考虑到多个横向约束装置往往存在安装误差, 这会使它们受力不均匀 45

49 因此横向约束装置设计力取值应将分析计算得到的数值提高 25% 为了防止地震作用下上部结构发生竖向提离, 或当竖向地震力超过恒载 50% 时, 应采用竖向约束装置进行加固,, 如图 所示 图 竖向位移限位器加固 支座 伸缩缝处设置约束装置进行加固时大多数要求在既有混凝土上钻孔, 当需要钻孔时, 应考虑两方面的内容, 即, 一方面是钻孔装置需要的空间 另一方面是与主筋或预应力缆可能相交的情况 如果相交, 应该避开预应力结构的主要钢筋 预应力缆等 当约束装置不能够避免丧失支撑能力时, 应考虑加宽座宽 ( 加宽支承面 ) 由于在地震作用下, 加宽部分的座宽 ( 支承面 ) 将因上部结构落下而承受大的竖向力和水平滑动力, 因此加宽部分应能够承受两倍的恒载加最大活载反力和竖向力等于恒载反力 水平力等恒载数值乘以加速度系数 对于跨中伸缩缝处的座宽 ( 支承面 ) 加宽, 可使用厚壁管延伸作为延伸支承面来增加座宽 如果支座破坏可能会导致结构倒塌或对于重要桥梁丧失其使用功能, 则需考虑更换支座 在同一跨的活动支座或固定支座更换时应采用相同类型的支座, 保证梁转动是相同的且满足对称性 更换的支座和其锚固构件应能承担分析计算得到的竖向 纵桥向和横桥向的地震力 更换支座后应校核垫块 座宽 支承能力是否满足新支座条件下的传力要求 可能需要在更换支座的同时加固座宽或支承能力 尽管因支座破坏 支座座宽不足和伸缩缝破坏导致丧失支撑力是比较常见的破坏现象, 但这些破坏可以通过相对简单且经济的方式予以加固而避免 通常是在上部结构之间和上部结构与下部结构之间设置直接的牢固的约束装置 46

50 为约束伸缩缝过大的移动经常在受拉方向使用钢缆或钢杆进行加固 由于这些构件基本保持弹性, 因此在地震作用下基本不耗能 钢缆或钢杆约束可能会使梁端受损, 但损伤可以加固, 不会导致梁失去支撑 尽管钢缆或钢杆约束装置不满足理想约束装置的所有条件, 但对于防止地震作用下发生灾难性破坏, 它们是一种安装相对简单而且经济的加固方法 钢缆索在造价方面有一定的优点, 在给定长度范围内, 需使用的缆索长度更短 此外, 钢缆索比较柔更能够满足竖向和横向的移动 如果使用粗钢筋, 横向和竖向约束装置中的钢筋可能受剪或弯扭 如果桥墩在横向是刚性的, 上部结构将仅沿桥的纵向移动, 因此约束装置应沿纵桥向设置 然而对于斜桥且横桥向为柔性支撑, 上部结构可能发生转动 这种情况下, 约束应垂直伸缩缝设置会更有效 当伸缩缝位于桥墩处, 在上部结构和下部结构间设置牢固连接更合理 除非桥长比较短, 只有少数几跨且盖梁宽度足够避免落梁震害 因为每一个约束装置仅能约束一个方向的移动, 而且由于伸缩缝的闭合上部结构惯性力将从一跨传给相邻跨, 因此每个约束装置必须能够承担两跨的惯性力 取决于约束装置在相邻伸缩缝的布置情况, 有时还应考虑其它跨的惯性力影响 尽管这种加固技术不能够避免滚动支座破坏, 但可通过桥墩盖梁防止落梁 可通过采取最小的紧急措施加固以恢复桥梁的交通功能 约束装置需要与既有结构连接在一起, 这就要求注意重要构件不能变弱和超载 支架和附属连接装置应设计的力为所有约束装置中应力的 1.25 倍 此外, 它们应设计成能够承受由于某些约束构件破坏其余构件仍工作情况达到极限强度时的响应 混凝土表面的支撑板应能保证混凝土在约束装置达到 1.25 倍应力情况下仍不发生破坏 应加强锚固处混凝土壁可能遭受的冲剪破坏, 横隔板经常需要这样的加固 在许多情况下, 需要横向约束装置来避免上部结构在横桥向滑落支座 尤其是当处于易损条件下, 如单梁下高混凝土垫块用做支座垫石, 座宽很窄且为斜桥, 两主梁桥支座和座宽边距离很小 无论横向移动是否会导致丧失支撑能力, 横向约束都需设置 通常仅横向支座破坏并不总是需要进行加固, 这是因为即使破坏桥梁结构也不可能发生部分或整体倒塌 但不应排除加固, 因为使用很小的代价可能可以避免结构发生严重损坏 竖向锚固装置用于防止在支座处发生提离现象, 如果允许发生, 可能会导致损伤和丧失稳定性 尽管提离自身不会导致结构倒塌, 但当地震力超过恒载 50% 时, 应设置竖向锚固装置 通常桥梁抗震分析不包括竖向地震动, 但如果提离 ( 上拔 ) 是一个重要因素, 则抗震分析中应包括竖向地震动 这些设计力反映了在地震作用下当主梁落于座宽时, 座宽可能承受的大地震力 47

51 应该考虑两种荷载条件 第一种是仅考虑竖向力, 目的是考虑当上部结构落在座宽上可能产生的大的撞击力 第二种情况考虑上部结构落于座宽在地震作用下可能产生的水平力和竖向力 一端固结在伸缩缝一侧的梁横隔板上, 而另一端穿过伸缩缝锚固在另一侧梁的横隔板上, 且这端可自由滑动一定距离 当上部结构落梁时, 此管设计的可以承受产生的力 过去震害表明钢滚动支座最容易损坏 这种支座是一种主要的需要更换的支座类型, 更换为更有效抗震的支座, 如弹性支座或加劲支座等 7.8 减隔震加固技术 用于提高既有桥梁抗震性能的减隔震装置应包括三个基本组成成分, 即 : 柔性支承 : 用来延长结构周期, 降低地震力 ; 阻尼 耗能装置 : 降低支承面处的相对变形, 以便使位移在设计允许的范围内 ; 一定的刚度 屈服力 : 在正常使用荷载下 ( 如风, 制动力等 ) 结构不发生屈服和有害振动 应用隔震技术加固的主要目的就是改变桥梁结构的周期和增强耗能能力, 达到降低构件的地震需求, 使其低于构件既有的抗震能力而不再需要进行加固 如果要求震后桥梁结构保持交通功能, 应该优先考虑采用隔震加固技术 如果采用隔震技术加固既有桥梁, 则应满足现行的公路桥梁隔震设计规范中的相应要求 下列条件下, 不宜采用减隔震技术进行既有桥梁的加固 基础土层不稳定 ; 下部结构柔性大, 原有结构的固有周期比较长 ; 位于软弱场地, 延长周期可能引起共振 ; 支座中出现负反力 进行桥梁减隔震技术加固, 应保证其具有足够的刚度和屈服强度以避免在正常使用条件下不出现因风荷载 制动力等引起的有害振动 采用隔震技术加固时, 必须在桥台 桥墩等处相邻上部结构之间设置足够的间隙, 以保证所允许的位移 减隔震装置的构造宜尽可能简单 性能可靠, 应在其性能明确的范围内使用 ; 必须 48

52 考虑隔震系统的可替换性, 并进行定期的维护和检查 在隔震计算分析中采用的减隔震装置的变形 阻尼比值等力学参数值等, 都应通过试验进行校核 试验得到的隔震装置的等效刚度的值必须在设计值的 10% 以内, 同时必须保证隔震装置的等效阻尼比值大于计算分析中采用的值 对于梁式桥在桥墩 桥台处已经采用的是支座的情况 可用隔震支座替换这些支座将降低桥墩 承台 盖梁和所有节点 连接构件的地震需求 7.8.1~ 正如前边提到的, 当设计人员面对需要加固的桥梁时, 有两种方案可供选择 第一种方案是在前边已规定的, 通过加固有缺陷的构件, 提高既有桥梁的抗震的能力以满足预期的抗震性能 第二种方案就是通过应用减隔震技术来降低对这些构件的地震需求, 从而满足结构预期的抗震性能 在应用减隔震技术中, 隔震技术是目前应用最广泛的而且是造价比较合理的一种减隔震技术 近年来, 隔震技术在桥梁中的应用正逐渐增多, 到现在为止, 在新西兰 意大利 美国 日本等国家已有数百座桥梁使用了减隔震技术来提高桥梁结构的抗震能力 隔震的本质和目的就是将结构与可能引起破坏的地面运动尽可能分离开来 要达到这个目的, 可通过延长结构的基本周期, 避开地震能量集中的范围, 从而降低结构的地震力, 见图 但通过延长结构周期以达到折减地震力, 必然伴随着结构位移的增大 ( 见图 7.8.2), 从而可能造成设计上的困难, 此外由于结构较柔, 在正常使用荷载作用下结构可能发生有害振动 为了控制过大变形, 可通过在结构中引入阻尼装置, 以增加结构的阻尼, 从而减低结构的位移 此外, 从图 可知, 增加结构的阻尼还可同时降低结构的动力加速度 但在桥台处可能需要设置比正常条件下温度 徐变变形所要求的间隙大, 这要求在桥台处采取特殊的构造细节来满足预期的要求 图 加速度反应谱 图 位移反应谱 7.9 上部结构加固 可通过对上部结构施加体外预应力来提高抗震能力 可通过设置平行于上部结构且沿纵桥向的连梁来改善上部结构的抗震性能 预应力加固是指运用预应力原理, 在增设构件或原有构件中, 施加了一定初始应力的一种加固方法 用预应力方法加固桥梁结构时, 应考虑的主要问题有 : 施加预应力方式方法 ; 49

53 预应力损失的估计和减少预应力损失的措施 ; 以及预应力加固的计算等 用预应力法甲骨钢 筋混凝土或预应力混凝土梁板, 其加固件一般采用钢杆 粗钢筋或钢丝索等钢材, 施加预应 力的方法有纵向张拉法 横向张拉法和张拉钢丝束等 8. 基于性能 ( 多水平性能目标 ) 的既有桥梁抗震性能评价 在经历了 Loma Prieta Northridge 阪神大地震后, 震害表明目前的抗震规范对于保护生命安全方面还是相当有效的 但这些近似属于中等强度烈度的地震, 由于其震中接近于人口密集的城市, 导致大量基础设施的破坏, 分别造成的经济损失为 70 亿 200 亿 1000 亿美元之多, 这对于地震活跃区是不可接受的, 官方 公众等机构组织均要求提出更有效的抗震措施 鉴于此, 在大量研究及汲取经验教训的基础上, 提出了近年来重点研究的基于结构抗震性能的抗震设计和评价加固方法, 如 Vision2000 ATC-40 等越来越多的学者同意将来的抗震设计或评价加固应是基于性能的抗震设计或评价加固, 但目前关于基于性能设计或评价的含义及设计方法的具体应用还存在许多分歧和难点 从概念上看, 基于性能的设计或评价具有如下一些特点 : 首先对应不同设防水准, 不同的结构, 提出相应的性能目标 ; 其次, 提供了供社会团体 业主根据自己的需求选择结构在相应地震下性能目标的机会 ; 随后设计人员和工程人员根据所选定的预期性能目标进行桥梁结构的设计或评价, 使设计的或加固后的结构在相应地震下的响应满足预期的抗震性能目标 从性能设计或评价加固的特点来看, 基于结构性能的抗震设计或评价加固是一个十分理性的目标, 通过采用该方法使设计的或加固的桥梁结构更经济 合理, 且对应于不同的设防水准结构的性能是可预知的 但要实现基于性能的抗震设计或评价加固的过程, 目前仍需要在以下一些方面进行大量的研究, 即 : 一 不同场地 不同超越概率水准设计地震确定 ; 二 性能目标 性能水平 性能描述, 大多数情况下, 性能目标的描述是借助于一些定性的术语给出的, 如 倒塌 生命安全 维持一定的使用功能 完全保持正常使用功能 等, 但用于工程设计或评价加固时, 工程人员需要的是可用于设计或评价的由工程术语明确表达的性能目标, 这二者之间的对应关系, 目前还没有得到很好的解决, 仍需进行大量的研究 ; 三 在设计或评价和性能校核过程中, 涉及需求计算与能力计算的各个方面, 目前仍有许多方面值得研究, 如不同设计或评价阶段所适宜采用的分析方法和与之相协调的分析模型的建立 不同性能水平下结构构件 附属物以及整个结构体系各力学 50

54 参数的定量计算等 尽管目前已有学者对基于性能的抗震既有桥梁抗震性能评价和加固方法进行了一些研究, 但正如上面所述, 仍面临很多问题值得研究 因此, 此处仅在综合这些研究成果的基础上, 给出一个基于性能的既有桥梁抗震评价的简要流程图, 已论述该方法的大概过程, 供工程人员参考 桥梁已有记录的调查 现场视察 确定对应不同设防水准地震的既有桥梁预期的抗震性能目标 计算不同地震水平下既有桥梁构件相应的抗震能力 / 需求比值 不同地震水平下既有桥梁任意构件能力 / 需求比值 <1.0? 否 对应不同地震水平, 对低的能力 / 需求比值构件, 评价构件的破坏后果 是 加固方案是否经济可行? 否 是 选择可能的加固措施 是 加固后是否改变 结构的响应? 否 完成详细的抗震性能评价 图 8.1 基于性能的既有桥梁详细抗震性能评价流程 51