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基于性能的抗震设计方法-铁路桥梁抗震设计研究

时间:2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,真正实现基于性能的抗震设计,也有一个不断发展的过程。可以说,基于性能的抗震设计方法大大提升了结构抗震设计的水平,为人们提供了使工程结构达到预期功能的设计方法体系。实用的基于性能的抗震设计方法必须建立在极限状态的概率基础上,基于可靠度理论对结构抗震性能进行设计方面的研究还在进行中。

基于性能的抗震设计方法-铁路桥梁抗震设计研究

基于对20世纪80年代数次地震的经验教训,20世纪90年代初,美国学者从Loma Prieta、Northridge、阪神地震等的震害思考中,在深刻剖析传统抗震理念的基础上提出了基于性能的抗震设计思想,也陆续被学术界和工程界所认同。

回溯基于性能抗震设计研究的发展历程,不难发现性能化设计理论旨在解决宏观上和微观上的两个矛盾。宏观上表现为结构性能与经济支出之间的矛盾,由此产生了基于性能抗震设计思想;微观上表现为抗震性能与需求之间的矛盾,由此催生了基于性能的抗震设计理论。从本质上来说,基于性能的结构抗震设计是对人们早有共识的“多级抗震设防”思想的进一步细化,通过将抗震设防目标和设计过程直接联系,从而更准确地把握结构在不同地震动水平下的实际性能。这一设计思想使抗震设防目标与设计过程直接联系,设计师可以更准确把握结构在不同地震动水平下的实际性能,使所设计的结构更经济、合理。但是,真正实现基于性能的抗震设计,也有一个不断发展的过程。时至今日,仍要进行这方面大量的研究,包括抗震性能等级的定量描述、不同场地和不同概率水平设计地震动的确定等。发展基于结构性能的实用抗震设计方法,需要解决一系列问题,如何将性能目标落实为具体的可以度量的性能指标并贯穿到抗震设计的过程中是最核心的问题之一。

基于性能的抗震设计理论是抗震设计理论的一次重大变革,是对国际上长期公认的基本抗震设防原则的细化和拓展,并由传统的结构抗震设计“生命安全”为单一设防目标发展到综合考虑结构的使用性能、生命安全和财产损失等诸多因素,从而使得抗震设计所追求的目标更加具体合理化。基于性能的抗震设计是指所设计和建造的工程结构能在各种可能遇到的地震作用下,它的性态即反应和破坏程度均在设计预期的要求范围内,从而在经济的条件下设计出最不利极限荷载下能够保证功能的工程结构,实质是期望对地震破坏进行定量或半定量控制。

基于性能的抗震设计理论改变了现有设计理念和方式,其提出后得到世界各地的地震工程研究者的广泛重视与研究,并取得了丰硕的研究成果,部分国家或地区已将基于性能抗震设计的思想纳入到相应的规范或指南中。基于性能的抗震设计理论的基本框架包括:

(1)设防水准的确定;

(2)结构性能水平的划分;

(3)性能目标的选择;(www.xing528.com)

(4)抗震性能分析方法;

(5)基于性能的抗震设计方法。

基于性能抗震设计的发展,通过地震危险性分析、结构弹塑性分析和结构损失分析,给出了“中震可修”“大震不倒”的具体量化评价方法。但是传统的性能化设计,并不能回答结构“值不值得修”“需要花多大的代价、多长的时间去维修”的问题。

基于性能的抗震设计理论引入了桥梁对应损伤状态的多级性能水平:倒塌、中断交通、限速通行、立即通行等,同时也给出了与结构和非结构构件损伤性能相关的性能概念,性能目标就是用以联系性能水平与地震灾害水平的。基于性能的抗震设计方法为评估结构体系或构件的性能提供了系统的方法体系,可用于证明多种性能选择的等效性,以降低成本达到规定性能或赋予关键设施所需的更高性能,同时还建立了可接受成本范围内的安全、财产保护水准。具体来说,基于性能的抗震设计方法可用于:可靠实现结构的高性能;低成本实现结构预定的性能;低成本实现结构更高性能;充分考虑造型、材料、系统,实现超规范结构的预定性能;评估既有结构抗震性能,估算结构可能的震害损失;按现行规范评估新结构的潜在性能,以此作为规范改进的基础。

可以说,基于性能的抗震设计方法大大提升了结构抗震设计的水平,为人们提供了使工程结构达到预期功能的设计方法体系。但是很多研究人员逐步认识到这种设计方法的局限性,如预测真实结构地震响应的准确性、当前验收标准的冗余度,还有现有设计方法无法考虑新建结构物的可靠性、经济性,为此需要建立抗震性能与投资者之间的联系,这对于工程建设决策具有重要意义。

实用的基于性能的抗震设计方法必须建立在极限状态的概率基础上,基于可靠度理论对结构抗震性能进行设计方面的研究还在进行中。

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