改进的城市桥梁震害预测因子法研究及其应用

庄丽 冯启民 贾婧
中国海洋大学环境科学与工程学院,青岛266100

文章摘要:本文根据对青岛市123座桥梁的考察结果，建立了与青岛市桥梁类型比例相当的国内243座桥梁的资料，并以此为对象阐述了城市桥梁震害预测因子法的研究过程，确定了桥梁易损性影响因素及其取值，给出了桥梁震害预测指标计算方法和各种破坏状态的划分依据等。最后将此方法运用到青岛市地震应急指挥系统中，对青岛市的123座桥梁进行了桥梁震害模拟。
文章主题:桥梁震害预测 震害因 因子法 青岛市桥梁

文章内容：第2卷第3期2007年9月震灾防御技术1.2..3.,2007庄丽,冯启民,贾婧,2007.改进的城市桥梁震害预测因子法研究及其应用.震灾防御技术,2(3):322--328改进的城市桥梁震害预测因子法研究及其应用庄丽冯启民贾婧(中国海洋大学环境科学与程学院,青岛266100)摘要本文根据对青岛市123座桥梁的考察结果,建立了与青岛市桥梁类型比例相当的国内243座桥梁的资料,并以此为对象阐述了城市桥梁震害预测因子法的研究过程,确定了桥梁易损性影响因素及其取值,给出了桥梁震害预测指标计算方法和各种破坏状态的划分依据等.最后将此方法运用到青岛市地震应急指挥系统中,对青岛市的123座桥梁进行了桥梁震害模拟.关键词:桥梁震害预测震害因子因子法青岛市桥梁引言桥梁作为交通系统这一城市生命线工程中的重要环节,当受到地震作用而破坏后,对道路流量的影响往往是致命性的,因此在交通系统的防震减灾工作中处于核心的地位.本文给出的城市桥梁震害预测因子法是在青岛市地震应急指挥技术系统的研究开发过程中,提出的一个重要而有意义的课题.根据前期的功能设计,该系统要求对青岛市所有的桥梁在给定的地震影响场下的破坏情况进行模拟,于是才有了针对此类需求,此类对象的桥梁震害预测方法的探索,桥梁震害预测因子法也正是在这一探索过程中应运而生的.1桥梁震害预测因子法的提出过程1.1现有的桥梁震害预测方法及适用性研究现有的桥梁震害预测方法主要有4种(姜淑珍等,2004):①地震反应时程分析法;@法;③规范校核法;④经验统计法.第一种方法是在对桥梁结构建立力学模型后,通过对运动方程采用直接积分以求得桥梁的地震反应,再通过地震反应大小来确定桥梁的震害程度.这种方法对桥梁结构考虑的比较全面,对解决桥梁结构安全性是最为有效的方法,但该方法工作量大,因此主要用于一些结构类型比较复杂,桥墩高度超过30的单个桥梁的震害预测分析.第二种方法是建立在非线性静力分析基础上,通过计算结构的非线性变形能力来评价它的抗震性能,给出结构的破损倒塌机制,从而发现结构的抗震薄弱环节.这种方法常用于评估钢筋混凝土桥墩的延性抗震能力和伸缩缝处的可能最大地震相对位移(王东升等,2000).第三种方法是采用构件强度和结构稳定性来判别桥梁的安全性.对于砖石砌体重[收稿日期]2007.05—21[作者简介]庄丽,女,生于1970年.中国海洋大学环境科学与工程学院博士研究生.主要从事城市防灾与管理方面的研究.-:9159@.3期庄丽等:改进的城市桥梁震害预测因子法研究及其应用323力式桥墩采用该方法较为适宜.第四种方法不需要复杂计算就可以确定桥梁在未来地震中可能的破坏等级,使用起来经济方便,特别是当某个地区或城市有大量桥梁需要进行震害预测时非常实用(王东升等,2003).由于本文所要研究的对象包括青岛市七区五市所有的桥梁,不仅桥梁数目非常庞大(仅公路桥就有123座),同时桥梁种类也非常复杂.而对于上述的前3种方法仅适用于单个或少数桥梁的震害预测,因此通过桥梁震害预测方法适用性的对比分析,本文选择经验统计法,作为青岛市城市桥梁震害预测的方法.1.2现有的桥梁震害预测经验统计法现有的桥梁震害预测经验统计法主要包括以下4种:第一种方法是由日本的久保庆三郎(1984)提出的,该方法统计了遭受严重震害的30座公路桥梁的资料,考虑了地震烈度,场地条件,液化,上部结构类型,支座类型,墩台高度,桥孔数,支承宽度,基础类型,墩台材料等0个影响因素.第二种方法是由日本土木工程学会(1997)提出的,该方法根据124座遭受地震破坏的桥梁资料,考虑了设计规范,上部结构类型,上部结构形式(曲梁桥和直梁桥),上部结构材料,桥轴线坡度,抗落梁措施,桩高,场地条件,液化,基础持力层不均匀性,土层杂质,基础材料,基础种类,地面运动强度等5个影响因素.第三种方法是由朱美珍(1990)提出的,该方法根据唐山,海城,通海,包头地震中100多座公路桥梁的震害情况,选择地震烈度,场地类别,地基失效程度,上部结构类型,支座形式,墩台高度,墩台材料,基础类型,桥梁长度等9个因素.第四种方法是由提出的,该方法利用美国从1964年地震到1991年地震期间,11次地震中114座桥梁震害资料,选择地面运动峰值,设计规范,上部结构类型,上部结构外形,跨中铰,桥墩类型,基础类型,墩体材料,规则性,场地条件,液化程度,支座支承长度等2个影响因素.1.3青岛市桥梁震害预测因子法的提出分析上述的4种桥梁震害预测经验统计法,都存在着样本群数目类型以及考虑因素的不同.经验统计法是有针对性和实效性的,要根据所研究对象的不同以及时间的推移而不断修正.在参考了上述4种经验统计法的基础上,本文通过对青岛市七区五市所有桥梁的考察,确定了桥梁易损性影响因素,并将其数值化.试图通过数值的大小来反应所确定的影响因素对桥梁最终的震害造成的影响,我们把这些数值化的影响因素称为"震害因子",而数值的大小称为"震害因子值".根据对青岛市123座桥梁的考察结果,建立了与青岛市桥梁类型比例相当的国内243座桥梁的资料,并以此为对象研究了各个震害因子的取值,以及桥梁震害参考指标的计算公式.根据对所有桥梁震害参考指标的综合分析,给出了桥梁处于基本完好,轻微破坏,中等破坏,严重破坏和倒塌这5个状态下的震害参考指标范围,作为今后进行桥梁震害预测的依据,并最终形成了完整的青岛市桥梁震害预测因子法.2青岛市桥梁震害预测因子法的形成过程2.1震害因子与研究对象的确立根据对青岛市桥梁实地考察的结果,筛选了与青岛市桥梁类型比例相当的国内243座遭受地震作用的桥梁为研究对象,并确定了场地基本烈度,场地土分类,地基失效,建造年代,324震灾防御技术2卷抗震设防,桥主跨长度,上部结构,桥墩形式,桥墩高度,桥台高度,基础类型,支座形式,桥梁类型等13个桥梁震害因子.这13个桥梁震害因子是在充分考虑了青岛市桥梁的总体状况后给出的,与上述的4种桥梁震害预测经验统计法比较,多考虑了建造年代,桥梁类型等震害因子.2.2震害因子值的确