基于統計易損性的廈門BRT橋梁抗震性能評估

■羅章華魯耀剛許睦暉　劉正建

（1.廈門市快速公交場站有限公司；2.廈門合成工程檢測有限公司，廈門　361000）

基于統計易損性的廈門BRT橋梁抗震性能評估

■羅章華1魯耀剛1許睦暉2劉正建2

（1.廈門市快速公交場站有限公司；2.廈門合成工程檢測有限公司，廈門361000）

廈門BRT已運營近9年，但橋梁抗震現狀不清楚，必要對當前的BRT橋梁結構進行一次有針對性的抗震性能評估。因此，以廈門市BRT專用混凝土斜箱梁橋為背景，進行其抗震性能普查、分類評價研究。主要包括橋址設計地震動參數、場地類型、橋梁設計與建設時間、結構類型、是否采用抗震規范設計、抗震措施類別等。在調查資料基礎上，按照橋梁的地震危險性和重要性等對橋梁進行抗震性能分類和總體評價。結果表明，常規BRT箱梁橋能基本滿足抗震9度設防要求，但彎橋會發生輕微破壞，需要采取必要的加固措施。

斜箱梁橋統計易損性地震動參數抗震性能評估

1　引言

我國的地震活動較多面且強烈，據統計，我國大陸地震約占世界大陸地震的三分之一。近些年來，國內外地震頻發，地震造成的損失慘重，我國的抗震形勢十分嚴峻，一個非常重要的原因是：橋梁在地震中遭到嚴重的破壞，切斷了災區的交通生命線工程，造成救災工作的巨大困難，致使次生災害加重，從而導致非常巨大的經濟損失。據中國地震臺網中心介紹，因為2008年我國汶川地震釋放能量相對較多，所以2009年的地質活動進入一個平靜期，但2010年發生青海的玉樹地震，標志中國可能進入了一個新的大陸活動活躍時段［1-3］。2008年我國的新版的《公路橋梁抗震設計細則》［4］和2011版《城市橋梁抗震設計規程》［5］開始實行，因此有許多以前橋梁的抗震性能達不到新的抗震規范所要求的，需重新對橋梁的抗震性能進行評估，對不滿足要求的這部分橋梁需要加固以達到現行的抗震規范的要求。而對橋梁進行抗震性能評估的第一步需對橋梁進行抗震普查和分類。

對于廈門市來說，地震同樣是對公路橋梁工程的一個重大考驗。廈門市位于閩東火山斷拗東緣、閩東南沿海變質帶西南，屬于中國東南沿海地震帶范圍，島上的建筑防震設計標準定為7.5級。廈門BRT已運營近9年，首創高架橋模式，但橋梁抗震現狀不清楚。故有必要對當前的BRT橋梁結構進行一次有針對性的抗震性能評估。因此，以廈門市BRT專用混凝土斜箱梁橋橋為工程背景，進行其抗震性能普查、分類評價研究。主要包括橋址設計地震動參數（或設防烈度）、場地類型、橋梁設計與建設時間、結構類型、是否采用抗震規范設計、抗震措施類別等等。在調查資料基礎上，按照橋梁的地震危險性和重要性等對橋梁進行抗震性能分類和總體評價，進而提出橋梁抗震性能評估和抗震加固的基本對策。

2　廈門市BRT橋梁的設計地震動參數

我國《公路橋梁抗震設計細則》規定阻尼比0.05的設計加速度反應譜由下式確定：

式中，T為結構自振周期；Tg為特征周期；Smax= 2.25CiCaCdA，為最大的水平設計加速度反應譜值；Cd=為阻尼調整系數；C為場地系數，與a場地類型和設防烈度有關；Ci為抗震重要性系數；A為水平向設計基本地震動加速度峰值。《公路橋梁抗震設計細則》所采用的反應譜均為彈性譜 ，一般都用于模擬常遇地震的作用 ，而在分析鋼筋混凝土橋墩罕遇地震反應時采用時程分析法考慮塑性鉸區等延性設計和構造措施。最新的《中國地震動峰值加速度區劃圖》［6］于2016年6月1號開始實施，具體的廈門市區劃一覽表見表1。

3　廈門市BRT專用道路典型混凝土梁橋抗震設計普查

近些年來，我國地震頻發，地震造成的損失慘重，我國的抗震形勢十分嚴峻，廈門的大部分地處我國地震動區劃的7度區，對廈門地區的橋梁進行抗震普查，有利于全面掌握這一地區的橋梁的運行安全狀況，建立較完善的橋梁抗震性能檔案，同時也可為有關部門日后抗震防災工作提供參考。

表1　《中國地震動峰值加速度區劃圖》廈門市區劃一覽表

3.1抗震性能總體評價的方法

在橋梁抗震安全性評價定性方法中，經驗統計法應用較多，即先根據歷史震害經驗、橋梁抗震知識及橋梁樣本所提供的資料，選擇影響橋梁震害的主要因素，再根據大量震害樣本進行各影響因素的影響方式和權值的統計回歸，建立橋梁震害經驗預測公式的一種地震安全評價方法。橋梁震害預測被作為交通運輸安全評估，橋梁加固優先級評價和地震應急決策的必要依據之一，常見的有久保慶三郎方法、日本土木工程學會方法、朱美珍方法、I．G．Buckle方法等［7-10］。

I．G．Buckle等［7］利用美國從1964年Alaska地震到1991年Costa Rica地震期間11次地震中114座橋梁震害資料，選擇地面運動峰值、設計規范、上部結構類型、上部結構外形、跨中鉸、橋墩類型、基礎類型、墩體材料、規則性、場地條件、液化程度、支座支承長度12個影響因素，通過多參數回歸分析建立了震害指數與影響因子的經驗公式，并指出地面運動峰值、液化程度、設計規范和支座支承長度是影響橋梁震害的最主要因素。在I．G．Buckle的方法中，上部結構類型也包括了斜拉橋和懸索橋。該方法的基本公式為：

D＝∑Wjk-3.754（2）

式中，D為橋梁震害參考指標；Wjk為選擇的各類因素權系數。用上式進行橋梁抗震能力評價時，對應于基本完好，輕微破壞，中等破壞，嚴重破壞的臨界D值為0.5，1.5，2.5和3.5。

其中I．G．Buckle方法指出：液化程度，地震烈度，抗震設計規范是影響橋梁震害最主要的因素。這一點從其所設定的權值系數可以明顯看得出來。一般情況下，久保慶三郎方法和朱美珍方法僅適合于未采取抗震設計的橋梁，日本土木工程學會方法和I．G．Buckle方法適用范圍則廣些。經過比較，再根據我們國家基本國情，本次采用I．G．Buckle方法。

橋梁震害影響因素取舍對其抗震安全性評價定性分析有很大的影響，選擇場地（含類別、液化條件、抗液化措施3個因素）、結構（含上部結構、橋墩、基礎3個項目6個因素）、地震動（以烈度表示）、抗震設防（設計規范、防落梁措施2個因素）等4大類12個因素作為橋梁抗震性能總體評估定性分析考慮因素。根據原方法考慮的各個因素重新確定了上述12個因素的權系數，分別如表2所示：

3.2典型橋梁簡介

本次廈門抗震普查的對象是廈門市BRT道路上的高架橋梁，廈門BRT橋梁中的第93聯大橋（見圖1），設計采用四跨預應力混凝土連續剛構橋結構。93聯跨度為：23m+24m+29m+29m=105m，主跨為29m。橋梁根據通行要求布置2車道瀝青混凝土路面，上部結構采用單箱單室結構形式，箱寬11.30m。

廈門BRT橋梁中的113聯大橋（見圖2），設計采用預應力混凝土連續曲線橋結構。113聯跨度為等跨30m+ 30m+30m。橋梁橫向寬度11.5m。

圖1　第93聯

表2　I．G．Buckle方法各因素權系數表

圖2　第113聯

廈門BRT橋梁中的118聯大橋，設計采用預應力混凝土連續剛構橋結構。113聯跨度為25m+30m+30m+30m+ 25m，主跨30m。上部結構采用單箱單室結構形式，箱寬11.50m。廈門BRT橋梁中的第151聯大橋，設計采用三跨預應力混凝土變截面連續梁結構。151聯跨度為30m+ 50m+30m，主跨為50m。橋梁根據通行要求布置2車道，上部結構采用單箱單室結構形式，箱寬9.8m。廈門BRT橋梁中的164聯大橋，設計采用預應力混凝土變截面連續梁結構。164聯跨度為30m+50m+30m+27.5m+21m，主跨50m。橋梁根據通行要求布置2車道，上部結構采用單箱單室結構形式，箱寬9.8m。

3.3橋梁實地抗震設計普查

對本次實地考察的典型橋梁分別選擇場地（含類別、液化條件、抗液化措施3個因素）、結構（含上部結構、橋墩、基礎3個項目6個因素）、地震動（以烈度表示）、抗震設防（設計規范、防落梁措施2個因素）等4大類12個因素作為橋梁抗震性能總體評估定性分析考慮因素。

4　廈門市BRT專用混凝土梁橋抗震性能總體評價

對廈門市BRT專用道上的五座典型橋抗震性能進行定性的評估，結果如表3和表4：

表3 I．G．Buckle方法橋梁震害參考指標