橋梁抗震分析方法綜述
2016-07-05
一、 引言
我國是自然災(zāi)害多發(fā)的國家，從2008年初南方雪災(zāi)到5月12日震驚世界的汶川特大地震，災(zāi)害對人民的生命以及財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的影響，同時(shí)導(dǎo)致交通、電力、通信、供水、供氣等基礎(chǔ)設(shè)施大面積癱瘓。公路、鐵路工程也會(huì)遭到不同程度的破壞。在抗震救災(zāi)中，公路、鐵路交通運(yùn)輸是搶救人民生命財(cái)產(chǎn)和盡快恢復(fù)生產(chǎn)、重建家園的重要環(huán)節(jié)。而橋梁又是其關(guān)鍵部位和控制性工程。因而橋梁抗震是當(dāng)前重點(diǎn)研究課題和亟待解決的難點(diǎn)問題。本文主要對橋梁抗震分析方法作簡要綜述。
回顧歷史，橋梁抗震分析方法的發(fā)展大致經(jīng)歷了靜力法、以動(dòng)力法為基礎(chǔ)的反應(yīng)譜法和動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法這三個(gè)階段。
二、靜力法
早期結(jié)構(gòu)抗震分析采用的是靜力法。該方法不考慮建筑物的動(dòng)力特性，假設(shè)結(jié)構(gòu)物為絕對剛性，地震時(shí)結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)與地面運(yùn)動(dòng)完全一致，結(jié)構(gòu)物的最大加速度等于地面運(yùn)動(dòng)最大加速度，于是，結(jié)構(gòu)物所受的最大地震荷載F等于水平地震系數(shù) 與結(jié)構(gòu)物重量W的乘積，或者等于建筑物質(zhì)量m與地面最大加速度 的乘積。即：
其中， 為水平地震系數(shù)，其值等于地面最大加速度與重力加速度的比值。
在設(shè)計(jì)中，把地面運(yùn)動(dòng)的最大加速度、水平地震系數(shù)和地震烈度聯(lián)系起來，且通常根據(jù)重力加速度g與地面最大水平加速度的統(tǒng)計(jì)平均值的比值對水平系數(shù)加以劃分，我國鐵路、公路工程抗震規(guī)范的規(guī)定見表1。目前采用地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)取代地震基本烈度，兩者之間的關(guān)系見表2。
從震動(dòng)這一角度分析，把地震加速度看作是結(jié)構(gòu)破壞的唯一因素具有很大的局限性，因?yàn)樗雎粤私Y(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性，這使得靜力法只有在當(dāng)結(jié)構(gòu)物的基本因有周期比地面卓越周期小很多時(shí)才能成立，即結(jié)構(gòu)物在受地震的振動(dòng)作用時(shí)表現(xiàn)為絕對剛體而幾乎不發(fā)生任何變形。由于概念簡單，計(jì)算公式簡明扼要，擋土結(jié)構(gòu)和橋臺等質(zhì)量較大的剛性結(jié)構(gòu)物的抗震計(jì)算常常采用靜力法。我國的《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ004-89中擋土墻和路基的抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性均采用靜力法計(jì)算地震荷載。
三、反應(yīng)譜法
在逐漸認(rèn)識結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性后，美國學(xué)者在上世紀(jì)40年代提出了計(jì)算地震力的反應(yīng)譜法，也叫動(dòng)力法。它不僅考慮了地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的特性，而且考慮了結(jié)構(gòu)物自身的動(dòng)力特性，是目前工程設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的抗震設(shè)計(jì)方法。它的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)采用加速度或烈度來表示。
該方法稱為彈性反應(yīng)譜法，因?yàn)槠涫且詮椥泽w系作為研究的對象。但在地震作用下，結(jié)構(gòu)物一般都會(huì)發(fā)生彈塑性變形，此時(shí)，結(jié)構(gòu)物的延性將起到消耗能量的作用，這就是延性設(shè)計(jì)。
四、動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法
時(shí)程分析法是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的抗震分析方法，用以進(jìn)行超高層建筑的抗震分析和工程抗震研究等。至于80年代，已成為多數(shù)國家抗震設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程的分析方法之一。
“時(shí)程分析法”是由結(jié)構(gòu)基本方程輸入地震加速度記錄進(jìn)行積分，求得整個(gè)時(shí)間歷程內(nèi)結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)的一種機(jī)構(gòu)動(dòng)力（輔助）計(jì)算方法，也就是說滿足規(guī)范要求的時(shí)候可以不用它計(jì)算。規(guī)范規(guī)定：對于特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑及超過一定高度的高層建筑，宜采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。
五、結(jié)語
大地震對橋梁的損害是直接的，同時(shí)由于道路的不暢通也進(jìn)一步造成了更多的人員傷亡及更大的經(jīng)濟(jì)損失，然而，地震的發(fā)生是不可避免的。以上只是對幾種抗震分析方法進(jìn)行了簡單介紹，所以，為了能更好地了解并掌握橋梁抗震，更先進(jìn)、科學(xué)的抗震分析方法是必須的，這就要求我們在今后的學(xué)習(xí)和工作中認(rèn)真努力、刻苦鉆研。
參考文獻(xiàn)：
[1]范立礎(chǔ),卓衛(wèi)東.橋梁抗震延性設(shè)計(jì).北京:人民交通出版社.2001.5.
[2]JTG/T B02-012008.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則.中華人民共和國交通運(yùn)輸部.2008.
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