一、引言我国是自然灾害多发的国家,从2008年初南方雪灾到5月12日震惊世界的汶川特大地震,灾害对人民的生命以及财产安全造成了严重的影响,同时导致交通、电力、通信、供水、供气等基础设施大面积瘫痪。公路、铁路工程也会遭到不同程度的破坏。在抗震救灾中,公路、铁路交通运输是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园的重要环节。而桥梁又是其关键部位和控制性工程。因而桥梁抗震是当前重点研究课题和亟待解决的难点问题。本文主要对桥梁抗震分析方法作简要综述。
回顾历史,桥梁抗震分析方法的发展大致经历了静力法、以动力法为基础的反应谱法和动态时程分析法这三个阶段。
二、静力法
早期结构抗震分析采用的是静力法。该方法不考虑建筑物的动力特性,假设结构物为绝对刚性,地震时结构物的运动与地面运动完全一致,结构物的最大加速度等于地面运动最大加速度,于是,结构物所受的最大地震荷载F等于水平地震系数与结构物重量W的乘积,或者等于建筑物质量m与地面最大加速度的乘积。即:
其中,为水平地震系数,其值等于地面最大加速度与重力加速度的比值。
在设计中,把地面运动的最大加速度、水平地震系数和地震烈度联系起来,且通常根据重力加速度g与地面最大水平加速度的统计平均值的比值对水平系数加以划分,我国铁路、公路工程抗震规范的规定见表1。目前采用地震动峰值加速度系数取代地震基本烈度,两者之间的关系见表2。
从震动这一角度分析,把地震加速度看作是结构破坏的唯一因素具有很大的局限性,因为它忽略了结构物的动力特性,这使得静力法只有在当结构物的基本因有周期比地面卓越周期小很多时才能成立,即结构物在受地震的振动作用时表现为绝对刚体而几乎不发生任何变形。由于概念简单,计算公式简明扼要,挡土结构和桥台等质量较大的刚性结构物的抗震计算常常采用静力法。我国的《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89中挡土墙和路基的抗震强度和稳定性均采用静力法计算地震荷载。
三、反应谱法
在逐渐认识结构的动力特性后,美国学者在上世纪40年代提出了计算地震力的反应谱法,也叫动力法。它不仅考虑了地震时地面运动的特性,而且考虑了结构物自身的动力特性,是目前工程设计当中应用最为广泛的抗震设计方法。它的设防标准采用加速度或烈度来表示。
该方法称为弹性反应谱法,因为其是以弹性体系作为研究的对象。但在地震作用下,结构物一般都会发生弹塑性变形,此时,结构物的延性将起到消耗能量的作用,这就是延性设计。
四、动态时程分析法
时程分析法是上世纪60年代发展起来的抗震分析方法,用以进行超高层建筑的抗震分析和工程抗震研究等。至于80年代,已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。
“时程分析法”是由结构基本方程输入地震加速度记录进行积分,求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种机构动力(辅助)计算方法,也就是说满足规范要求的时候可以不用它计算。规范规定:对于特别不规则的建筑、甲类建筑及超过一定高度的高层建筑,宜采用时程分析法进行补充计算。
五、结语
大地震对桥梁的损害是直接的,同时由于道路的不畅通也进一步造成了更多的人员伤亡及更大的经济损失,然而,地震的发生是不可避免的。以上只是对几种抗震分析方法进行了简单介绍,所以,为了能更好地了解并掌握桥梁抗震,更先进、科学的抗震分析方法是必须的,这就要求我们在今后的学习和工作中认真努力、刻苦钻研。
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