橋梁抗震分析方法綜述
2016-07-05
一、 引言
我國是自然災害多發(fā)的國家，從2008年初南方雪災到5月12日震驚世界的汶川特大地震，災害對人民的生命以及財產安全造成了嚴重的影響，同時導致交通、電力、通信、供水、供氣等基礎設施大面積癱瘓。公路、鐵路工程也會遭到不同程度的破壞。在抗震救災中，公路、鐵路交通運輸是搶救人民生命財產和盡快恢復生產、重建家園的重要環(huán)節(jié)。而橋梁又是其關鍵部位和控制性工程。因而橋梁抗震是當前重點研究課題和亟待解決的難點問題。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)展大致經歷了靜力法、以動力法為基礎的反應譜法和動態(tài)時程分析法這三個階段。
二、靜力法
早期結構抗震分析采用的是靜力法。該方法不考慮建筑物的動力特性，假設結構物為絕對剛性，地震時結構物的運動與地面運動完全一致，結構物的最大加速度等于地面運動最大加速度，于是，結構物所受的最大地震荷載F等于水平地震系數 與結構物重量W的乘積，或者等于建筑物質量m與地面最大加速度 的乘積。即：
其中， 為水平地震系數，其值等于地面最大加速度與重力加速度的比值。
在設計中，把地面運動的最大加速度、水平地震系數和地震烈度聯(lián)系起來，且通常根據重力加速度g與地面最大水平加速度的統(tǒng)計平均值的比值對水平系數加以劃分，我國鐵路、公路工程抗震規(guī)范的規(guī)定見表1。目前采用地震動峰值加速度系數取代地震基本烈度，兩者之間的關系見表2。
從震動這一角度分析，把地震加速度看作是結構破壞的唯一因素具有很大的局限性，因為它忽略了結構物的動力特性，這使得靜力法只有在當結構物的基本因有周期比地面卓越周期小很多時才能成立，即結構物在受地震的振動作用時表現(xiàn)為絕對剛體而幾乎不發(fā)生任何變形。由于概念簡單，計算公式簡明扼要，擋土結構和橋臺等質量較大的剛性結構物的抗震計算常常采用靜力法。我國的《公路工程抗震設計規(guī)范》JTJ004-89中擋土墻和路基的抗震強度和穩(wěn)定性均采用靜力法計算地震荷載。
三、反應譜法
在逐漸認識結構的動力特性后，美國學者在上世紀40年代提出了計算地震力的反應譜法，也叫動力法。它不僅考慮了地震時地面運動的特性，而且考慮了結構物自身的動力特性，是目前工程設計當中應用最為廣泛的抗震設計方法。它的設防標準采用加速度或烈度來表示。
該方法稱為彈性反應譜法，因為其是以彈性體系作為研究的對象。但在地震作用下，結構物一般都會發(fā)生彈塑性變形，此時，結構物的延性將起到消耗能量的作用，這就是延性設計。
四、動態(tài)時程分析法
時程分析法是上世紀60年代發(fā)展起來的抗震分析方法，用以進行超高層建筑的抗震分析和工程抗震研究等。至于80年代，已成為多數國家抗震設計規(guī)范或規(guī)程的分析方法之一。
“時程分析法”是由結構基本方程輸入地震加速度記錄進行積分，求得整個時間歷程內結構地震作用效應的一種機構動力（輔助）計算方法，也就是說滿足規(guī)范要求的時候可以不用它計算。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，宜采用時程分析法進行補充計算。
五、結語
大地震對橋梁的損害是直接的，同時由于道路的不暢通也進一步造成了更多的人員傷亡及更大的經濟損失，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、科學的抗震分析方法是必須的，這就要求我們在今后的學習和工作中認真努力、刻苦鉆研。
參考文獻：
[1]范立礎,卓衛(wèi)東.橋梁抗震延性設計.北京:人民交通出版社.2001.5.
[2]JTG/T B02-012008.公路橋梁抗震設計細則.中華人民共和國交通運輸部.2008.
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