现役桥梁抗震性能初步评估研究

梁 洪 昌

(亳州市公路管理局，安徽 亳州 236800)

·桥梁·隧道·

现役桥梁抗震性能初步评估研究

梁 洪 昌

(亳州市公路管理局，安徽 亳州 236800)

结合国内外先进研究成果，进行了系统的抗震性能初步评估方法的研究，通过某三跨连续梁主桥工程实例分析，计算评估了该桥的抗震性能，以供类似工程参考。

现役桥梁，抗震性能评估，初步评估方法

0 引言

早期建设的旧桥无相关抗震设计规范作依据，很少考虑抗震防灾问题，即使按新刊布的《公路桥梁抗震设计细则》[1]进行设计，但经过一段时间运营使用后，许多桥梁抗震性能仍然不足。因此对现有桥梁进行抗震性能评估是极为必要的。

在桥梁抗震性能评估方面美国和日本的研究位居世界前列。美国于2006年修订已出版的《Seismic Retrofitting Manual for Highway Structures》手册[2]，该手册涵盖了详细的评估流程。日本在进行多次实例抗震性能评估后出版了《既有公路桥梁抗震加固参考》一书[3]。我国在公路桥梁抗震评估方面虽然有一定的研究，但研究成果较少，至今还没有制定出一套可用于抗震性能评估的手册。陈海全[4]、刘汉歆等人[5]从地震的危害大小和结构本身的易损程度两个方面来判定桥梁结构的抗震评定等级，为制订我国的抗震评定及加固手册提供了借鉴。

综上所述，我国桥梁抗震性能评估急需提出一套系统的、有效的评估方法，从而能准确地评判现役桥梁的抗震性能是否满足要求，进而为后续抗震加固的优先顺序及资金合理投入提供依据。

1 桥梁抗震性能初步评估方法

抗震性能初步评估旨在筛选出现役桥梁中抗震性能不足的桥梁，以期能对这种抗震性能给出一个定量的评价，更为直观的判定该桥是否需要进一步的评估和加固维修。按照桥梁等级分值越高，其加固优先权等级越高的原则，也能对区域内抗震性能不足的桥梁进行加固优先排序。

当前已有不少初步评估的流程，但是出于地质环境，桥梁结构特点等限定条件无法形成一套通用的评估方法。文章针对安徽省地质构造及桥梁结构的使用年代、重要性及自身结构等特点出发，在大量的研究及结合国内外先进研究成果后，最终提出了一套系统的适合安徽省省情的城市桥梁抗震性能初步评估方法。该抗震性能初步评估工作流程如图1所示。

由图1可知，初步评估分为两个阶段：抗震加固类别和优先加固等级确定。根据桥梁重要性及所处桥址地震活动性和预期服役类别判别是否需要进行加固。当确定需要进行加固后，从桥梁易损性和地震危险级别量化计算出桥梁等级，最终给出优先加固级别。

以一座连续梁桥为例，对其进行抗震性能初步评估，展示整个评估的流程。

2 工程实例——某连续梁桥抗震性能初步评估

2.1 工程概述

某连续梁桥主桥为60 m+100 m+60 m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，左右幅分离布置，单幅箱梁采用单箱单室截面形式。根部梁高5.5 m，跨中梁高2.2 m，箱梁顶板宽16.65 m，底板宽8.0 m，翼缘板悬臂长为4.275 m，梁高按二次抛物线线形变化。箱梁横桥向顶板设2%的横坡。下部主墩采用矩形墩，墩身采用C40混凝土,基础采用直径1.8 m钻孔灌注多排桩。过渡墩采用桩柱式桥墩，墩身和盖梁采用C30混凝土。总体布置如图2所示。

2.2 抗震性能初步评估

按以上初步评估流程，分别对该桥在E1和E2两水准地震作用下进行抗震性能初步评估。

初步评估结果如表1所示。

远空的白影终于飞近了云浮山，抬眼望，却是一群白色的鹫。它们大概有数十只，通体雪白，羽色鲜亮，最小者翼展不足三尺，最大者翼展怕是要超过一丈。它们围着山巅，高高地盘旋，不时发出一声声嘶哑刺耳的鸣叫。

2.2.1 抗震加固类别

根据桥梁结构形式和在交通网络中的重要性确定该桥抗震设防分类、预期服役类别和抗震最低性能水平；以结构自振周期对应的加速度反应谱Sη和Sg为衡量标准，划分不同的地震危险性水平，最后由地震作用和地震危险性水平确定抗震加固等级。该桥计算结果E1作用下Smax=0.096 8g，Sη=0.096 8g，Sg=0.033 9g；E2作用下Smax=0.292 5g，Sη=0.292 5g,Sg=0.102 4g。查表知E1和E2作用下地震危险性水平分别为H1和H3，抗震加固等级均为L3。

表1 抗震性能初步评估结果

2.2.2 易损性级别

易损性级别V由各构件易损性级别共同决定，主要为连接部位的易损性级别V1和桥墩、桥台、场地液化的易损性级别V2。按图3所示的计算过程，易损性级别V取V1和V2的较大值，其值范围为0～10。

1)易损性级别V1。

由于支座为盆式支座且支座未失效，所以横向易损性级别VT=0。支承长度L=95 cm,大于最小支承长度N=70+0.5×30=85 cm，0.5N

对于抗震加固等级为L3的桥梁，桥墩会因剪切破坏或由搭接缺陷引起损伤。由剪切破坏引起的桥墩易损性CVR1=Q-PR=5.2，由搭接缺陷引起的桥墩易损性CVR2取7，所以桥墩易损性级别CVR=7。中低强度地震时，桥台易损性级别AVR一般不大于5，这里取5。本桥不涉及场地液化，所以液化易损性级别LVR

取0。则易损性级别V2=CVR+AVR+LVR=12,取10。

3)易损性级别V。

该桥易损性级别V=max(V1,V2)=10。

2.2.3 桥梁等级

最终得到的桥梁抗震性能的定量评定就是桥梁等级，用R来表示，其取值是由易损性级别V和地震危险性级别E相乘得到的，即：

R=VE

(1)

其中，E为地震危险性级别，由式E=10Sg来确定。这里E取0.34和1.02。

总结国内外评估经验和实例，得到桥梁等级的参考标准为：R<7时，地震作用下桥梁不会发生破坏；R=7～10时，地震作用下桥梁发生破坏的可能性较小；R=10～15时，地震作用下桥梁发生破坏的可能性为中等；R>15，地震作用下桥梁发生破坏的可能性较大。由上计算得E1作用下R=3.4，E2作用下R=10.2。

根据以上初步评估，E1作用下R=3.4，评定结果小于7，则E1地震作用下桥梁不会发生破坏；E2作用下R=10.2，评定结果在10～15，则对应E2地震作用下桥梁发生破坏的可能性为中等。

3 结语

文章提出了一套有效的抗震性能初步评估方法，并运用该方法评估一座现役桥梁的抗震性能，主要得出以下几点结论：

1)该桥在E1地震作用下桥梁等级为3.4<7，抗震性能满足要求不会发生破坏；E2作用下桥梁等级为10.2<15，表面抗震性能不足，桥梁发生破坏的可能性为中等。

2)通过对一连续梁桥进行抗震性能初步评估，清晰地展示整个初步评估的流程和步骤，最终给出一个定量的评定数值，验证了该方法的可操作性。

3)关于桥梁抗震性能不足时发生破坏，具体的可能性大小还需要大量的工程实践和更深入的研究来进一步地界定。

[1] JTG/T B02—01—2008,公路桥梁抗震设计细则[S].

[2] Buckle I G,Friedland I,Mander J,et al.Seismic Retrofitting Manual for Highway Structures[J].Highway Bridges,2007(3)：18-19.

[3] Japan Road Association.Reference for Seismic Retrofit of Existing HighwayBridges[M]．Maruzen，Tokyo，Japan，1998.

[4] 陈海全,谢 剑.美国公路桥梁抗震初步评定方法及实例[J].山东建筑大学学报,2008,23(1):74-79.

[5] 刘汉歆,周建春.桥梁抗震加固初定评估研究[J].中国水运,2009,9(1):201-202.

Preliminary evaluation of seismic behavior of existing bridges

Liang Hongchang

(BozhouHighwayAdministrationBureau,Bozhou236800,China)

Combined with advanced research results at home and abroad, the preliminary evaluation method of seismic performance of the system is carried out. Finally, calculating and evaluating a bridge’s seismic performance by analyzing a three-span continuous beam bridge project, provided reference for similar engineering.

active bridge, seismic performance evaluation, preliminary evaluation method

1009-6825(2017)20-0162-02

2017-05-08

梁洪昌(1963- )，男，高级工程师

U442.55

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