基于統(tǒng)計(jì)易損性的廈門BRT橋梁抗震性能評(píng)估

■羅章華魯耀剛許睦暉　劉正建

（1.廈門市快速公交場(chǎng)站有限公司；2.廈門合成工程檢測(cè)有限公司，廈門　361000）

基于統(tǒng)計(jì)易損性的廈門BRT橋梁抗震性能評(píng)估

■羅章華1魯耀剛1許睦暉2劉正建2

（1.廈門市快速公交場(chǎng)站有限公司；2.廈門合成工程檢測(cè)有限公司，廈門361000）

廈門BRT已運(yùn)營(yíng)近9年，但橋梁抗震現(xiàn)狀不清楚，必要對(duì)當(dāng)前的BRT橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次有針對(duì)性的抗震性能評(píng)估。因此，以廈門市BRT專用混凝土斜箱梁橋?yàn)楸尘?，進(jìn)行其抗震性能普查、分類評(píng)價(jià)研究。主要包括橋址設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)、場(chǎng)地類型、橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)時(shí)間、結(jié)構(gòu)類型、是否采用抗震規(guī)范設(shè)計(jì)、抗震措施類別等。在調(diào)查資料基礎(chǔ)上，按照橋梁的地震危險(xiǎn)性和重要性等對(duì)橋梁進(jìn)行抗震性能分類和總體評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，常規(guī)BRT箱梁橋能基本滿足抗震9度設(shè)防要求，但彎橋會(huì)發(fā)生輕微破壞，需要采取必要的加固措施。

斜箱梁橋統(tǒng)計(jì)易損性地震動(dòng)參數(shù)抗震性能評(píng)估

1　引言

我國(guó)的地震活動(dòng)較多面且強(qiáng)烈，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大陸地震約占世界大陸地震的三分之一。近些年來，國(guó)內(nèi)外地震頻發(fā)，地震造成的損失慘重，我國(guó)的抗震形勢(shì)十分嚴(yán)峻，一個(gè)非常重要的原因是：橋梁在地震中遭到嚴(yán)重的破壞，切斷了災(zāi)區(qū)的交通生命線工程，造成救災(zāi)工作的巨大困難，致使次生災(zāi)害加重，從而導(dǎo)致非常巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心介紹，因?yàn)?008年我國(guó)汶川地震釋放能量相對(duì)較多，所以2009年的地質(zhì)活動(dòng)進(jìn)入一個(gè)平靜期，但2010年發(fā)生青海的玉樹地震，標(biāo)志中國(guó)可能進(jìn)入了一個(gè)新的大陸活動(dòng)活躍時(shí)段［1-3］。2008年我國(guó)的新版的《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》［4］和2011版《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》［5］開始實(shí)行，因此有許多以前橋梁的抗震性能達(dá)不到新的抗震規(guī)范所要求的，需重新對(duì)橋梁的抗震性能進(jìn)行評(píng)估，對(duì)不滿足要求的這部分橋梁需要加固以達(dá)到現(xiàn)行的抗震規(guī)范的要求。而對(duì)橋梁進(jìn)行抗震性能評(píng)估的第一步需對(duì)橋梁進(jìn)行抗震普查和分類。

對(duì)于廈門市來說，地震同樣是對(duì)公路橋梁工程的一個(gè)重大考驗(yàn)。廈門市位于閩東火山斷拗東緣、閩東南沿海變質(zhì)帶西南，屬于中國(guó)東南沿海地震帶范圍，島上的建筑防震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定為7.5級(jí)。廈門BRT已運(yùn)營(yíng)近9年，首創(chuàng)高架橋模式，但橋梁抗震現(xiàn)狀不清楚。故有必要對(duì)當(dāng)前的BRT橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次有針對(duì)性的抗震性能評(píng)估。因此，以廈門市BRT專用混凝土斜箱梁橋橋?yàn)楣こ瘫尘埃M(jìn)行其抗震性能普查、分類評(píng)價(jià)研究。主要包括橋址設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)（或設(shè)防烈度）、場(chǎng)地類型、橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)時(shí)間、結(jié)構(gòu)類型、是否采用抗震規(guī)范設(shè)計(jì)、抗震措施類別等等。在調(diào)查資料基礎(chǔ)上，按照橋梁的地震危險(xiǎn)性和重要性等對(duì)橋梁進(jìn)行抗震性能分類和總體評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出橋梁抗震性能評(píng)估和抗震加固的基本對(duì)策。

2　廈門市BRT橋梁的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)

我國(guó)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定阻尼比0.05的設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜由下式確定：

式中，T為結(jié)構(gòu)自振周期；Tg為特征周期；Smax= 2.25CiCaCdA，為最大的水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜值；Cd=為阻尼調(diào)整系數(shù)；C為場(chǎng)地系數(shù)，與a場(chǎng)地類型和設(shè)防烈度有關(guān)；Ci為抗震重要性系數(shù)；A為水平向設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值?！豆窐蛄嚎拐鹪O(shè)計(jì)細(xì)則》所采用的反應(yīng)譜均為彈性譜 ，一般都用于模擬常遇地震的作用 ，而在分析鋼筋混凝土橋墩罕遇地震反應(yīng)時(shí)采用時(shí)程分析法考慮塑性鉸區(qū)等延性設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施。最新的《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》［6］于2016年6月1號(hào)開始實(shí)施，具體的廈門市區(qū)劃一覽表見表1。

3　廈門市BRT專用道路典型混凝土梁橋抗震設(shè)計(jì)普查

近些年來，我國(guó)地震頻發(fā)，地震造成的損失慘重，我國(guó)的抗震形勢(shì)十分嚴(yán)峻，廈門的大部分地處我國(guó)地震動(dòng)區(qū)劃的7度區(qū)，對(duì)廈門地區(qū)的橋梁進(jìn)行抗震普查，有利于全面掌握這一地區(qū)的橋梁的運(yùn)行安全狀況，建立較完善的橋梁抗震性能檔案，同時(shí)也可為有關(guān)部門日后抗震防災(zāi)工作提供參考。

表1　《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》廈門市區(qū)劃一覽表

3.1抗震性能總體評(píng)價(jià)的方法

在橋梁抗震安全性評(píng)價(jià)定性方法中，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法應(yīng)用較多，即先根據(jù)歷史震害經(jīng)驗(yàn)、橋梁抗震知識(shí)及橋梁樣本所提供的資料，選擇影響橋梁震害的主要因素，再根據(jù)大量震害樣本進(jìn)行各影響因素的影響方式和權(quán)值的統(tǒng)計(jì)回歸，建立橋梁震害經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)公式的一種地震安全評(píng)價(jià)方法。橋梁震害預(yù)測(cè)被作為交通運(yùn)輸安全評(píng)估，橋梁加固優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)和地震應(yīng)急決策的必要依據(jù)之一，常見的有久保慶三郎方法、日本土木工程學(xué)會(huì)方法、朱美珍方法、I．G．Buckle方法等［7-10］。

I．G．Buckle等［7］利用美國(guó)從1964年Alaska地震到1991年Costa Rica地震期間11次地震中114座橋梁震害資料，選擇地面運(yùn)動(dòng)峰值、設(shè)計(jì)規(guī)范、上部結(jié)構(gòu)類型、上部結(jié)構(gòu)外形、跨中鉸、橋墩類型、基礎(chǔ)類型、墩體材料、規(guī)則性、場(chǎng)地條件、液化程度、支座支承長(zhǎng)度12個(gè)影響因素，通過多參數(shù)回歸分析建立了震害指數(shù)與影響因子的經(jīng)驗(yàn)公式，并指出地面運(yùn)動(dòng)峰值、液化程度、設(shè)計(jì)規(guī)范和支座支承長(zhǎng)度是影響橋梁震害的最主要因素。在I．G．Buckle的方法中，上部結(jié)構(gòu)類型也包括了斜拉橋和懸索橋。該方法的基本公式為：

D＝∑Wjk-3.754（2）

式中，D為橋梁震害參考指標(biāo)；Wjk為選擇的各類因素權(quán)系數(shù)。用上式進(jìn)行橋梁抗震能力評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)應(yīng)于基本完好，輕微破壞，中等破壞，嚴(yán)重破壞的臨界D值為0.5，1.5，2.5和3.5。

其中I．G．Buckle方法指出：液化程度，地震烈度，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范是影響橋梁震害最主要的因素。這一點(diǎn)從其所設(shè)定的權(quán)值系數(shù)可以明顯看得出來。一般情況下，久保慶三郎方法和朱美珍方法僅適合于未采取抗震設(shè)計(jì)的橋梁，日本土木工程學(xué)會(huì)方法和I．G．Buckle方法適用范圍則廣些。經(jīng)過比較，再根據(jù)我們國(guó)家基本國(guó)情，本次采用I．G．Buckle方法。

橋梁震害影響因素取舍對(duì)其抗震安全性評(píng)價(jià)定性分析有很大的影響，選擇場(chǎng)地（含類別、液化條件、抗液化措施3個(gè)因素）、結(jié)構(gòu)（含上部結(jié)構(gòu)、橋墩、基礎(chǔ)3個(gè)項(xiàng)目6個(gè)因素）、地震動(dòng)（以烈度表示）、抗震設(shè)防（設(shè)計(jì)規(guī)范、防落梁措施2個(gè)因素）等4大類12個(gè)因素作為橋梁抗震性能總體評(píng)估定性分析考慮因素。根據(jù)原方法考慮的各個(gè)因素重新確定了上述12個(gè)因素的權(quán)系數(shù)，分別如表2所示：

3.2典型橋梁簡(jiǎn)介

本次廈門抗震普查的對(duì)象是廈門市BRT道路上的高架橋梁，廈門BRT橋梁中的第93聯(lián)大橋（見圖1），設(shè)計(jì)采用四跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)。93聯(lián)跨度為：23m+24m+29m+29m=105m，主跨為29m。橋梁根據(jù)通行要求布置2車道瀝青混凝土路面，上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室結(jié)構(gòu)形式，箱寬11.30m。

廈門BRT橋梁中的113聯(lián)大橋（見圖2），設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線橋結(jié)構(gòu)。113聯(lián)跨度為等跨30m+ 30m+30m。橋梁橫向?qū)挾?1.5m。

圖1　第93聯(lián)

表2　I．G．Buckle方法各因素權(quán)系數(shù)表

圖2　第113聯(lián)

廈門BRT橋梁中的118聯(lián)大橋，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)。113聯(lián)跨度為25m+30m+30m+30m+ 25m，主跨30m。上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室結(jié)構(gòu)形式，箱寬11.50m。廈門BRT橋梁中的第151聯(lián)大橋，設(shè)計(jì)采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。151聯(lián)跨度為30m+ 50m+30m，主跨為50m。橋梁根據(jù)通行要求布置2車道，上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室結(jié)構(gòu)形式，箱寬9.8m。廈門BRT橋梁中的164聯(lián)大橋，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。164聯(lián)跨度為30m+50m+30m+27.5m+21m，主跨50m。橋梁根據(jù)通行要求布置2車道，上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室結(jié)構(gòu)形式，箱寬9.8m。

3.3橋梁實(shí)地抗震設(shè)計(jì)普查

對(duì)本次實(shí)地考察的典型橋梁分別選擇場(chǎng)地（含類別、液化條件、抗液化措施3個(gè)因素）、結(jié)構(gòu)（含上部結(jié)構(gòu)、橋墩、基礎(chǔ)3個(gè)項(xiàng)目6個(gè)因素）、地震動(dòng)（以烈度表示）、抗震設(shè)防（設(shè)計(jì)規(guī)范、防落梁措施2個(gè)因素）等4大類12個(gè)因素作為橋梁抗震性能總體評(píng)估定性分析考慮因素。

4　廈門市BRT專用混凝土梁橋抗震性能總體評(píng)價(jià)

對(duì)廈門市BRT專用道上的五座典型橋抗震性能進(jìn)行定性的評(píng)估，結(jié)果如表3和表4：

表3 I．G．Buckle方法橋梁震害參考指標(biāo)