摘要：随着近年来我国桥梁设计技术的迅速发展，桥梁抗震分析在桥梁设计中显得愈加重要。论文简要论述延性抗震设计理论，总结现行规范下两种抗震分析方法的特点，并简述抗震分析建模的要点。
关键词：桥梁抗震；延性设计；有限元建模
引言：
交通运输在抗震救灾行动中扮演着极为重要的角色，是抢救人民生命财产和开展震后修复工作的重要渠道，所以在桥梁设计阶段，需要熟知延性抗震基本思路和不同抗震分析方法特点，并且在抗震分析的有限元建模过程中要精确有效，采取适当的抗震设计方法和措施，优化桥梁的抗震性能，以保证桥梁的良好抗震能力，发挥其交通枢纽作用。
一、桥梁延性抗震设计基本概念
（一）结构延性定义
人们从实际地震中观察到的结构反应性能显示，强度不足不一定总是导致结构倒塌，甚至不一定严重破坏，实际上只要结构的初始强度能够基本维持，不出现因非弹性变形的而导致强度过度下降，那么结构就能在地震中幸存，而且震后常只需花少量的费用即可修复，但是如果非弹性变形导致强度急剧降低，则结构的严重破坏甚至倒塌现象是通常可见的，以上便是延性抗震的最初认识。结构的延性，通常定义为初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形的能力，它包括两个方面的能力：承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力；利用滞回特性吸收能量的能力。桥梁抗震设计的基本原则之一，是要保证结构在预期的设计地震作用下的安全性。根据这个原则，按延性概念来设计抗震结构，意味着结构在预期的设计地震作用下必须具有一定可靠度保证的延性储备。
（二）现行桥梁抗震设计基本思路
现行桥梁抗震规范《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）和《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166-2011）均采用两水平设防、两阶段设计：A类桥梁的抗震设防目标是中震（E1地震作用）不坏，大震（E2地震作用）可修；B、C类桥梁的抗震设防目标是小震（E1地震作用）不坏，中震（E1地震作用）可修，大震（E2地震作用）不倒。第一阶段的抗震设计，即对应E1地震作用的抗震设计，采用弹性抗震设计，第二阶段的抗震设计，即对应E2地震作用的抗震设计，采用延性抗震设计方法，并引入能力保护设计原则。通过第二阶段的抗震设计，来保证结构具有足够的延性能力，确保塑性铰只在选定的位置出现，并且不出现剪切破坏等破坏模式。桥梁体系中设置延性构件后，比如说墩柱处设塑性铰，桥梁在E2地震作用下，延性构件进入塑性状态发生塑性变形，耗散地震能量，同时可以减小结构刚度，延长结构周期，达到减小地震动响应的目的。
二、两种抗震分析方法比较
抗震分析时，可将桥梁划分为规则桥梁和非规则桥梁，对应抗震分析方法的选用有反应谱法和时程计算方法，以下分析归纳两者的特点：
（一）反应谱分析法
反应谱分析法是将多自由度体系视为多个单自由度体系的组合，通过计算各单自由度体系的最大地震响应后再进行组合的方式计算多自由度体系的最大地震响应的分析方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆反应谱理论由于考虑了结构的动力特性与地震特征之间的动力关系，又保持了静力理论形式，概念比较清晰易于理解，但其缺陷也是明显的，主要有以下几个点：（1）反应谱法是弹性范围内的概念，当结构在强烈地震作用下进入塑性工作阶段时不能直接应用；（2）地震作用是一个时间过程，而反应谱方法只能得到最大反应，不能反映结构在地震过程中的时间经历和地震动持时效应；（3）对于多振型反应谱法，由于反应谱仅能给出结构各振型反应的最大值，不能反应最大值的正负和时间。虽然现已进行了许多改进，但对于多联大跨度连续梁桥、曲线桥和斜桥等复杂结构，采用反应谱方法很难正确预计其地震反应，因此反应谱法只能作为一种估算方法适用于较为简单的中小跨度桥梁。
（二）时程分析法
其原理是将地震加速度时程输入，对结构进行地震时程反应分析，即动态时程分析。时程分析是纯粹的动力分析方法，不同于反应谱分析，可以考虑各时间点结构对地震的响应情况。对于桥梁结构，地震时程分析采用动力弹塑性分析方法。时程分析法可以精确地考虑结构、桩土相互作用、地震波相位差及不同地震波多分量多点输入因素，可以考虑几何和材料非线性以及各种减震、隔震装置的作用效果，使得桥梁抗震计算从以前单一强度保证转入强度、变形（延性）的双重保证。目前，对重要、复杂、大跨度桥梁抗震计算都建议采用动态时程分析法。动力分析有线性和非线性之别，结构在强震作用下通常都进入弹塑性范围，产生较大的塑性变形，此时地震响应应按弹塑性动力理论计算。非线性时程分析方法技术复杂、计算耗费机时多、计算工作量大、建模过程繁琐、结果处理复杂，规范有关时程分析方法的规定一般缺乏可操作性，因此这种方法仅限于非常重要又非常复杂的结构。
三、抗震分析建模要点
分析所用模型必须能够模拟对结构地震反应有贡献的所有特征的振型。计算模型需用三维模型，三维计算模型可忽略非结构部分，但需考虑非结构部分的质量分布，比如说二期恒载，而对于活荷载，可以作为附加质量来考虑。在进行动力分析前，应该运行静力荷载的计算模型，以检查各种不同的近似建模方法。
桥梁结构的建模中一般包括的构件是桥台、上部结构、盖梁、桥墩、伸缩缝和地基弹簧或桩土作用模拟，其建模要点概述如下：（1）上部结构和盖梁通常可用线弹性的三维单元模拟，但进行详细分析并上部结构变形较大时可能也需要非线性梁单元。（2）桥墩通常是用具有反应参数的非线性梁单元建模的，反应参数是指由轴向荷载和双向弯矩所描述的屈服面，其弹塑性铰可采用单轴铰模型、基于塑性理论的多轴铰模型、纤维模型。纤维模型不仅可以准确模拟受弯构件的力学特性，而且可以考虑截面内纤维的局部损伤状态；另外纤维模型同样可以考虑轴力和弯矩、两个弯矩之间的相互影响，但是因为不能反映剪切破坏，所以一般用于剪切变形不大的线单元，纤维模型的计算也是基于平截面假定的。（3）伸缩缝可用模拟接缝非线性行为的间隙单元模拟。变量包括初始间隙、接缝的抗剪能力和间隙的非线性荷载-位移特征。（4）地震作用下桥墩边界可采用弹性约束，当承台下采用群桩布置时，考虑桩基边界条件的最常用的处理方法是用六个自由度的土弹簧模拟基础刚度，此时可采用桥博基础、桥梁通等相关下部计算软件计算；另外一种模拟方法是用m法计算等代土弹簧刚度，桩长按实际模拟，采用表征土介质弹性值的m参数计算的等代土弹簧刚度模拟桩土作用，桩侧有X、Y水平方向的土弹簧，桩底固结。要注意的是，以上两种方法m的取值均应取静土的2~3倍。
四、结束语：
桥梁结构中设有塑性铰形成延性构件，让它们在大震下的屈服来耗散地震能量，在桥梁抗震设计中，要始终贯通结构延性设计理念，同时根据工程实际情况，结合规范合理选择抗震分析方法，建立精确且有效的抗震分析模型，从整个设计阶段来提升桥梁抗震性能。
参考文献：
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[2] 范立础，卓卫东. 桥梁延性抗震设计[M]. 北京：人民交通出版社，2001.
[3] 葛俊颖. 桥梁工程软件midas Civil使用指南[M]. 北京：人民交通出版社，2013.
论文作者:何炎宏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
标签：延性论文; 桥梁论文; 结构论文; 塑性论文; 方法论文; 建模论文; 模型论文; 《基层建设》2019年第13期论文;