邵玉剛 馬賢明

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430052)

1 概述

近年來，世界范圍內發(fā)生了幾次影響較大的地震，如汶川地震、海地地震、智利地震、日本福島地震等。這些地震都造成了重大人員傷亡，更重要的是作為生命線工程的橋梁倒塌，直接影響了震后救援的及時展開，造成了更大的經(jīng)濟損失和社會災難。因此，直到20世紀90年代，美國抗震專家提出了基于性能的抗震設計思想，即Performance-based Seismic Design［1］。這種設計方法是針對不同的結構形式和地震設防水準，制定相應的性能目標，通過合理的抗震設計使結構對不同水準地震的響應滿足該目標?；谛阅艿目拐鹪O計理論已成為21世紀世界各國抗震理論研究的熱點問題之一。

2 國內外橋梁抗震設計規(guī)范的現(xiàn)狀

地震給人類造成的慘痛教訓使得人們不停地改進橋梁設計思想，以期使地震造成的橋梁破壞最小化。從最初的靜力設計方法，到基于強度與位移的設計方法，經(jīng)歷了一個長期的過程，并形成了規(guī)范或指導性的設計文件，如［2］:

美國也在幾次大震中汲取教訓，對橋梁的抗震規(guī)范進行了修編，得到了美國聯(lián)邦公路局以及加州政府的大力資助。對結構抗震的基本問題重新進行了大量的研究，并十分重視減隔振、耗能技術在結構抗震設計中的應用。橋梁、道路方面的抗震設計規(guī)范已經(jīng)重新編寫，完成了ATC-32和ATC-40等研究報告或指南等。這次修編更加注重橋梁的抗震設計思想和方法，甚至在設計細節(jié)和計算程序上都有了很大程度的改進。日本于1995年阪神大地震之后，針對橋梁結構的抗震安全性能、橋梁減震隔振方法、防震措施等各方面進行大量的研究，并開發(fā)出許多橋梁減震耗能構件，如減震橡膠支座、鋼阻尼支座等等，在橋梁設計上也得到了大量的應用。

在橋梁結構抗震理論不斷發(fā)展的今天，結合實際震害對現(xiàn)行規(guī)范進行反思，也仍有不足之處，如:與結構性能有關的設計參數(shù)選擇不適當;規(guī)范的性能概念不明確，設計透明度小;規(guī)范標準缺少靈活性;結構的性能水平?jīng)]有用來進行經(jīng)濟評估等。

從各國的設計規(guī)范來看，當前主要地震國家橋梁抗震設計規(guī)范的基本思想是一致的，即兩水準設防、兩階段設計，當然也有三水準設防、兩階段設計的案例。但總的來講，各國規(guī)范遵循的一個總的原則即為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。比如，在美國規(guī)范中，設防水準歸納為兩個等級:功能設計地震與安全設計地震，功能設計地震具有較大的發(fā)生概率，安全設計地震具有很小的發(fā)生概率。在其他許多國家的抗震規(guī)范中，也或多或少地采用了這一設計原則，即便如此，各國規(guī)范在具體的設計程序上絕大多數(shù)仍堅持以安全設計地震為準的單一水平設計手法，并認為第一設計水準的要求自動滿足［3］。

近年來，專家已建議對兩個設防水準的地震力都要進行設計，這在一定程度上更加保證了橋梁結構的抗震安全性，也是未來橋梁抗震設計的一個發(fā)展方向。

3 理念的提出

基于性能的抗震設計思想是一個比較抽象的概念，它沒有明確的力的大小的物理意義，也沒有單純的材料強度或結構位移的具體量化結果。因此，基于性能的抗震設計思想不能比較明確的用一個參數(shù)來衡量結構的抗震性能，它是對以往的結構的響應的一個綜合考量，結構的性能往往與結構的受力大小、強度或位移，耗能能力以及結構的功能有關，更為直接地反映的是為滿足人們的正常使用要求或結構功能性或安全性的性能綜合考量。因此，對于不同的需求和功能要求，同樣一座橋梁的抗震評估結果將有所不同［1］。

基于性能的抗震設計可以簡要的概括為，用總少的投入，建總可靠的橋梁。正如著名的地震工程學家胡聿賢先生所講，工程抗震不僅與工程技術有關，而且與社會經(jīng)濟密切相關?；谛阅艿目拐鹪O計思想是橋梁抗震設計思想發(fā)展的一種必然趨勢，對于人類進步和社會發(fā)展都將起到積極的作用。

基于性能的抗震設計思想是一個全新的思想體系，目前已經(jīng)取得了一些研究成果，但到廣泛的應用還有一定的距離，甚至目前都沒有形成完全統(tǒng)一的概念。但這并不妨礙基于性能的設計思想的進一步完善。

4 設計方法的體現(xiàn)

傳統(tǒng)的橋梁抗震設計思想即對某一性能目標進行比較，如對結構的地震響應力、地震位移、結構耗能等單一性能參數(shù)進行考慮。從嚴格意義來講，這并不能反映結構的真實安全性能。而基于性能的抗震設計，其目標即為業(yè)主的期望目標或結構性能，包括地震動性能目標和結構抗震性能目標?；谛阅艿目拐鹦阅苣繕耍且粋€對傳統(tǒng)的結構的性能的一個綜合考慮，因此，各單一結構性能之間的相互關系顯得十分重要而又相互制約，如連續(xù)梁橋梁結構的梁端位移與墩底彎矩即為相互制約的關系，基于性能的設計思想即要從這兩者之間找到一個平衡點，以達到各單一性能的充分而平衡的發(fā)揮。

同時，基于性能的抗震設計思想也要對結構的經(jīng)濟指標提出要求。人們總是希望結構設計以社會效益和經(jīng)濟指標為目的，基于性能的抗震設計思想即在對結構進行抗震設計時，對橋梁結構遭受地震破壞所造成的損失、維修成本、社會影響等進行綜合評估，這也是基于性能的抗震設計思想所必須考慮的一個關鍵所在。

基于性能的橋梁抗震設計是一個涉及多門學科的綜合型研究領域，需要對多個領域，如地震學、橋梁工程、經(jīng)濟等都要有一定程度的認知才能進行基于性能的抗震設計，這也對橋梁抗震設計工程師提出了更高的要求。

5 設計特點

概括起來，基于性能的抗震設計具有如下特點［4，5］:

1)基于性能的抗震設計思想繼承了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計理念，但在此基礎上，更加綜合地考慮了人身安全與結構性能的因素。只有在綜合比較了結構性能、經(jīng)濟損失、社會影響等眾多因素之后，方可進行最佳的抗震設計。

2)基于性能的抗震設計思想不再把單一的結構響應作為評價結構抗震性能的目標，而是把業(yè)主對結構的性能需求與業(yè)主的經(jīng)濟投入能力的綜合因素作為抗震設計的目標。因此，結構的抗震設防目標不再是唯一的，而是可選的，基于此，可以預先評估出橋梁的抗震性能。

3)為了更加完善橋梁的結構性能，特別是考慮多重因素下的結構性能，必然對設計理念和設計方法，材料性能等都提出了更高的要求，也給予設計者更多的選擇，因此，對于推動橋梁抗震理論的發(fā)展和新材料的開發(fā)將起到積極的作用。

6 結語

基于性能的抗震設計思想已經(jīng)在一些橋梁設計中得到了初步應用，但并不完美，并且在許多細節(jié)方面，還存在許多困難?？偨Y起來，作者認為可以在以下幾個方面作進一步的研究:

1)目前的結構損傷評估都是基于常規(guī)橋梁，也是基于單一因素的損傷界定，對于基于性能的設計方法已不再適用。因此，建議對橋梁多重地震損傷性能評估的指標參數(shù)進行深入研究。針對一個大型結構，可以根據(jù)不同構件的不同功能提出不同的性能要求，也按照不同的性能指標去評價其性能。同時，也可以考慮用多重性能指標對一個構件或結構體系進行性能評價，使各個構件都能盡其所能。

2)使橋梁結構的設計達到社會經(jīng)濟效益最大化是未來的一個發(fā)展方向。發(fā)展基于壽命周期的橋梁抗震性能—投資—經(jīng)濟效益的評估方法，建立橋梁的抗震性能評估體系。

［1］SEAOC.Vision2000，Conceptual framework for performance-based seismic design［R］.Sacramento，1995.

［2］范立礎.橋梁抗震設計規(guī)劃的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.地震工程與工程振動，2001，21(2):34-35.

［3］Kowalsky，M.J.，Priestley，et al.Displacement-based design of RC bridge column in seismic regions［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，1995(24):1623-1643.

［4］梁智垚.橋梁高墩位移延性能力計算方法研究［J］.工程抗震與加固改造，2005，27(5):82-83.

［5］翟東武.高墩大跨橋梁結構非線性地震行為及基于位移的抗震設計方法［D］.北京:北方交通大學，2001.