桥梁结构基于概率的抗震设计和评估方法研究项目摘要

由于结构地震响应从地面运动到结构性能两方面固有的随机性和不确定性，使基于性能的抗震设计应当在概率的基础上形成。不仅性能的目标是多水准的，而且对评估和设计的全过程要研究其合理的逻辑分割，才可能在一致的概率框架下作出定量地分析。一般分成危险分析、结构分析、破坏分析和损失分析四个过程，就能在条件概率的意义上得出不同的脆弱性曲线（累积分布函数）。并分别确定出烈度度量、工程需求参数、破坏度量和决定变量。对钢

桥梁结构系统本身及模拟的很多不确定性、监测系统测量误差和噪声干扰等复杂因素，给桥梁结构的早期损伤识别带来很大的困难，使之成为桥梁健康监测和安全评估的瓶颈。基于模型确认的桥梁结构概率损伤识别方法研究课题，紧密结合桥梁健康监测，研究能够反映桥梁结构损伤局部化特点的敏感损伤特征指标及其统计分布规律；结合有限元模型确认技术和概率统计方法，研究基于确认有限元模型的桥梁结构概率损伤诊断方法；以混凝土简支梁桥和连续刚构桥模型的地震模拟振动台损伤试验来验证方法的有效性，同时结合实桥健康监测系统验证平台，探索实桥早期损伤诊断的可行性。本课题研究可以应用于桥梁结构健康监测、损伤识别和安全评估，对于桥梁健康监测具有重要的理论意义和实用价值。

本项目拟瞄准重大研究计划培育项目中优先资助领域：抗灾设计理论。针对斜拉桥、悬索桥等大跨度桥梁结构，根据大跨度桥梁寿命期内组成结构各部分的重要性、可检性、可修性和可换性以及地震破坏后桥梁结构修复工作（抢修）的难易程度和结构所能承受的损伤、破坏风险，初步建立大跨度桥梁基于性能的抗震设计理论和方法，实现对大跨度桥梁工程地震灾变合理有效控制，提升大跨度桥梁结构防灾减灾能力。重点研究内容为：（1）地震作用下，大跨度桥梁主要结构构件的损伤与性能目标的定量关系；（2）大跨桥梁结构地震易损性分析和地震损伤、破坏风险；（3）大跨桥梁抗震设防标准与相应的性能要求；（4）大跨桥梁基于性能抗震设计方法。 2100433B

在震害宏观调查和理论研究的基础上,探求桥梁结构震害的规律,据以作出桥梁结构抗震设计的规定。多地震国家，以及中国都制定、颁布了和工程有关的抗震设计规范，如《铁路工程抗震设计规范》(1977年试用)和《公路工程抗震设计规范》（1978年试用）。

桥梁结构抗震地震区桥位和桥型选择

。桥位应选择在对抗震有利的地段，尽可能避免选择在软弱粘性土层、可液化土层和地层严重不均匀的地段，特别是发震断层地段。如必须设置在可液化或松软土层的河岸地段时，桥长应适当增长，将桥台置于稳定的河岸上，而桥墩基础要加强。桥型要选择抗震性能好、整体性强的结构体系，如连续梁，无铰拱等。如中国赵州桥，系石拱桥，地处多地震区，建桥1300多年以来，经历多次强烈地震，犹屹立未毁。如在软土地基上选用简支梁或悬臂梁体系（带有挂孔）时，应在构造上加强防止落梁的措施。墩台结构应选用整体性好的结构形式。基础要埋入稳定土层内。

桥梁结构抗震设计烈度

。地震时，各地区地面受到的影响和程度，称地震烈度，以度表示。某一地区今后一定的时期内，可能遭到的最大地震烈度称基本烈度（一般为百年一遇的最大地震烈度）。各地区的基本烈度由国家制定并标明在全国地震烈度图上。工程结构抗震设计所采用的地震烈度称设计烈度，一般在桥梁结构的抗震设计中即按基本烈度取用，特别重要的结构要经过有关权限单位批准后可提高一度作为设计烈度。根据大量震害调查的事实表明,在基本烈度7度以下,桥梁震害极为轻微,因而，规范中规定桥梁结构抗震设防的一般起点为基本烈度7度，最高9度。7度以下,结构不必进行抗震设计，高于 9度或有特殊抗震要求的新型结构要专门研究它的抗震设计。

桥梁结构抗震设计方法

。对一般桥梁工程，则按规范所规定的简化方法进行结构抗震设计。中国规范是采用反应谱理论（见地震作用），即根据设计烈度，以简便的地震荷载系数计算地震惯性力，作为地震荷载，然后以一般结构静力设计计算步骤求得结构最大内力和变位，使其控制在规范容许值的范围内来确保结构的抗震安全。

对大跨度或特别重要的桥梁结构，应对结构进行地震动力分析（地震反应分析）。分析的方法一般是直接根据建桥地区在强震时地面运动的加速度记录，依照动力学的原理，应用电子计算技术，对结构作地震动力分析计算。对于已经建成的桥梁结构，如不满足现行规范抗震设防的要求，也可通过结构地震动力分析作进一步的抗震鉴定和决择最优加固方案。

在强烈地震区，为了经济，结构抗震设计可以容许结构局部出现不太严重影响使用和易于修复的塑性变形、裂缝或损坏；但为了安全目的，则要力求主要承重结构即使遭受严重损坏也不致倒塌，以减少生命财产的损失。