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基于性能的抗震设计方法研究

日期: 2016-11-28
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       引言 
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-7132318.htm
  地震造成的损失巨大,给社会的经济和人们的心理都带来了很大的负面效应,超出了人们所能接受的能力。“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标,虽保障了人的生命安全,但随着人口城市化进程的加快和科学技术发展的今天,已不再是一种完美的设计理念。 
  基于对上述问题的深刻反思,美国学者Bertero在20世纪90年代初期,首先提出了基于性能的抗震设计理论的新概念。这个理念的提出,得到了各国学者的广泛关注和兴趣。并展开了多方面的研究。目前,美国、新西兰、日本和欧洲等国家都把基于性能的抗震设计理论作为改进抗震设计方法、完善抗震设计规范的重要研究课题。 
  基于性能的抗震设计理论实际上是一个总体设计思想,主要指结构在受到不同水平地震(不同概率地震)作用下的性能达到一组预期的性能目标。这一理论的提出,是结构抗震设计思想的一次重大变革,它使抗震设防目标由传统的以生命安全为单一设防目标转为综合考虑生命安全与财产损失两方面的具体要求,强调了“个性”设计。目前,普遍的观点认为,基于性能的抗震设计理论主要包括以下内容:确定设防水准,划分结构的性能水平,选择合适的性能目标确定抗震的性能准则,研究抗震性能的分析方法,研究基于抗震性能的设计方法,制定基于性能的抗震设计规范。 
  1 基于性能的抗震设计方法 
  基于位移抗震设计方法 
  为实现性能抗震设计思想,可以借助多种方法,如传统的基于强度的设计方法、基于位移、能量、损伤的设计方法等。但就目前的研究水平而言,把性能设计应用到实际设计中主要有两种方法[1-2],分别是基于强度的抗震设计方法和基于位移的抗震设计方法。 
  与传统的设计相比,基于性能的抗震设计方法从根本上改变了设计过程。主要不同是:这种设计思想直接以目标位移作为设计变量。采用基于位移的抗震设计方法,可以在结构设计初始就明确结构的性能设计水平,并且使设计的结构性能正好达到目标性能水平,而不是传统设计时给出一个限值。采用结构对应的最大位移进行变形设计,这与结构实际情况更为相符。 
  基于性能的抗震设计是指:根据结构的重要性和用途,提出不同的抗震设防水准和预期的性能目标,使设计的结构在未来地震中具备预期功能,从而使结构在整个生命期内,在遭遇可能发生的地震作用下,总的费用达到最小。当前,国内外对基于性能的抗震设计开展的研究工作主要集中在以下几个方面: 
  1)多级抗震设防水准的确定 
  抗震设防水准是指工程设计中,根据工程所在的地震环境和已定的设防目标,并考虑具体的社会经济条件来确定采用多大的设防参数,或者说应采用多大的强度作为防御的对象[3-4]。基于性能的抗震设计要求能预期结构在未来可能发生的地震作用下的抗震性能,即在抗震设防水准和性能水准之间建立起某种对应关系,因此,抗震设防水准的确定在基于性能的抗震设计中占有重要地位。 
  2)多级抗震性能水准的确定 
  性能水准,是指结构在某一特定抗震设防水准下预期破坏的最大程度。基于性能的抗震设计趋势是将结构构件、非结构构件等多种因素考虑进去,结构、非结构构件的破坏及其起的后果都被认为是性能水准。由此划分的抗震性能水准要更具体细致,使人们的选择范围更灵活。 
  3)可行的结构设计与分析方法 
  基于性能的抗震设计要求建立适合于在多级抗震设防水准下实现多级性能水准的结构设计与分析方法。 
  性能水准有两种彼此关联的表示方式:一种是定性的描述,另一种是定量的描述。前者主要针对非专业人员,如关于破坏程度、运营情况等的描述;后者主要针对专业人员,用于设计、维修、评估等,采用的指标通常为位移、延性系数等。 
  基于性能的抗震设计思想是一种基于投资和效益平衡的多级抗震设防思想,即要求在不同水准的地震作用下,根据结构的重要性、用途或业主的要求确定。同传统的抗震设计思想相比,基于性能的抗震设计思想主要有以下几个特点: 
  1)性能目标的多级性,即在不同的地震设防水准下,结构应满足不同等级的性能要求;对重要的结构,其性能目标要高于一般结构。 
  2)性能目标的可选性。在基于性能的抗震设计中,可以在满足规范的前提下,根据结构的用途及业主、使用者等的特殊要求,由工程师同业主、使用者共同研究制订结构的性能目标。这样,不仅可以满足不同业主提出的设计要求,发挥研究者、设计者的创造性,同时也有利于新材料和新技术的应用。 
  3)结构抗震性能的可控制性。在基于性能抗震设计中,在设计初始就明确结构的性能目标,并且使通过设计,使结构在各级地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标,因而结构的抗震性能是可以预测和控制的。 
  结构抗震性能目标是针对某一地震设防水准而期望达到的抗震性能等级。结构抗震性能目标的建立需要综合考虑结构本身和社会效应的诸多因素。Vision2000 委员会建议将结构抗震性能目标分为三个等级:基本设防目标、重要设防目标和特别设防目标。基本设防目标是一般建筑设防的最低标准;重要设防目标是医院、公安消防、学校、通讯等重要建筑设防的最低标准;特别设防目标是含核材料等特别危险物质的特别重要的建筑的最低设防标准。 
  2 结论 
  基于性能的抗震设计理论的研究是一项有重要意义的课题,它的研究与发展有待国内外土木工程界和地震工程学界的共同努力。目前需要研究的问题有: 
  (1)对结构性态进行准确的评估; 
  (2)结构性态的明确说明; 
  (3)新型结构和特殊结构(如隔震或耗能减震结构)的基于性态设计的研究。 
  【参考文献】 
  [1]PriestleyM.J.N. Performance based seismic design12th Word Conference on Earthquake Engineering,Auckland,2000,Paper No.2831[Z].
  [2]Fajfar,P. krawinkler, Helmut .Seismic design methodologies for the next generation of codes:Proeeedings of the Intemational Workshop on Seismic Design Methodologies for the Next Generation of codes[Z].Bled,Slovenia,June1997.
  [3]张新培.基于性能的抗震结构设计理论的若干进展[J].四川建筑科学研究,2001(1):34-35. 
  [4]马玉宏,谢礼立.考虑地震环境的设计常遇地震和罕遇地震的确定[J].建筑结构学报,2003,23(1):43-47,67. 
  [责任编辑:汤静]

       原文地址:http://www.xzbu.com/8/view-7132318.htm


师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
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【摘要】桥梁桥面的施工质量,是保证桥梁安全和平稳的前提条件。桥面铺装层作为桥梁系的一部分,相对于桥梁其他部分它直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用。桥面铺装层施工质量的好坏直接影响桥梁使用的耐久性和行车的舒适性、安全性。本文主要就桥梁桥面铺装病害及防治措施进行了分析,以供参考。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-6894584.htm  【关键词】桥梁;桥面铺装;病害;控制措施   1、桥面铺装的破坏形式   沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:①铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥包等病害;②因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。   设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量,加之沥青混凝土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。   2、桥面铺装层病害分析   2.1 结构理论与设计。桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值,工程界一直在备等级公路中运用了几十年。桥冲击桥结构的变铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。粱设计的箱粱骨架钢筋在实际受力状态下难以像T梁主筋那样发挥应有的作用。所以设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一致。...
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摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm  关键词:检测;桥梁;工程    传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷...
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