基于统计易损性的厦门BRT桥梁抗震性能评估

■罗章华鲁耀刚许睦晖　刘正建

（1.厦门市快速公交场站有限公司；2.厦门合成工程检测有限公司，厦门　361000）

基于统计易损性的厦门BRT桥梁抗震性能评估

■罗章华1鲁耀刚1许睦晖2刘正建2

（1.厦门市快速公交场站有限公司；2.厦门合成工程检测有限公司，厦门361000）

厦门BRT已运营近9年，但桥梁抗震现状不清楚，必要对当前的BRT桥梁结构进行一次有针对性的抗震性能评估。因此，以厦门市BRT专用混凝土斜箱梁桥为背景，进行其抗震性能普查、分类评价研究。主要包括桥址设计地震动参数、场地类型、桥梁设计与建设时间、结构类型、是否采用抗震规范设计、抗震措施类别等。在调查资料基础上，按照桥梁的地震危险性和重要性等对桥梁进行抗震性能分类和总体评价。结果表明，常规BRT箱梁桥能基本满足抗震9度设防要求，但弯桥会发生轻微破坏，需要采取必要的加固措施。

斜箱梁桥统计易损性地震动参数抗震性能评估

1　引言

我国的地震活动较多面且强烈，据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。近些年来，国内外地震频发，地震造成的损失惨重，我国的抗震形势十分严峻，一个非常重要的原因是：桥梁在地震中遭到严重的破坏，切断了灾区的交通生命线工程，造成救灾工作的巨大困难，致使次生灾害加重，从而导致非常巨大的经济损失。据中国地震台网中心介绍，因为2008年我国汶川地震释放能量相对较多，所以2009年的地质活动进入一个平静期，但2010年发生青海的玉树地震，标志中国可能进入了一个新的大陆活动活跃时段［1-3］。2008年我国的新版的《公路桥梁抗震设计细则》［4］和2011版《城市桥梁抗震设计规程》［5］开始实行，因此有许多以前桥梁的抗震性能达不到新的抗震规范所要求的，需重新对桥梁的抗震性能进行评估，对不满足要求的这部分桥梁需要加固以达到现行的抗震规范的要求。而对桥梁进行抗震性能评估的第一步需对桥梁进行抗震普查和分类。

对于厦门市来说，地震同样是对公路桥梁工程的一个重大考验。厦门市位于闽东火山断拗东缘、闽东南沿海变质带西南，属于中国东南沿海地震带范围，岛上的建筑防震设计标准定为7.5级。厦门BRT已运营近9年，首创高架桥模式，但桥梁抗震现状不清楚。故有必要对当前的BRT桥梁结构进行一次有针对性的抗震性能评估。因此，以厦门市BRT专用混凝土斜箱梁桥桥为工程背景，进行其抗震性能普查、分类评价研究。主要包括桥址设计地震动参数（或设防烈度）、场地类型、桥梁设计与建设时间、结构类型、是否采用抗震规范设计、抗震措施类别等等。在调查资料基础上，按照桥梁的地震危险性和重要性等对桥梁进行抗震性能分类和总体评价，进而提出桥梁抗震性能评估和抗震加固的基本对策。

2　厦门市BRT桥梁的设计地震动参数

我国《公路桥梁抗震设计细则》规定阻尼比0.05的设计加速度反应谱由下式确定：

式中，T为结构自振周期；Tg为特征周期；Smax= 2.25CiCaCdA，为最大的水平设计加速度反应谱值；Cd=为阻尼调整系数；C为场地系数，与a场地类型和设防烈度有关；Ci为抗震重要性系数；A为水平向设计基本地震动加速度峰值。《公路桥梁抗震设计细则》所采用的反应谱均为弹性谱 ，一般都用于模拟常遇地震的作用 ，而在分析钢筋混凝土桥墩罕遇地震反应时采用时程分析法考虑塑性铰区等延性设计和构造措施。最新的《中国地震动峰值加速度区划图》［6］于2016年6月1号开始实施，具体的厦门市区划一览表见表1。

3　厦门市BRT专用道路典型混凝土梁桥抗震设计普查

近些年来，我国地震频发，地震造成的损失惨重，我国的抗震形势十分严峻，厦门的大部分地处我国地震动区划的7度区，对厦门地区的桥梁进行抗震普查，有利于全面掌握这一地区的桥梁的运行安全状况，建立较完善的桥梁抗震性能档案，同时也可为有关部门日后抗震防灾工作提供参考。

表1　《中国地震动峰值加速度区划图》厦门市区划一览表

3.1抗震性能总体评价的方法

在桥梁抗震安全性评价定性方法中，经验统计法应用较多，即先根据历史震害经验、桥梁抗震知识及桥梁样本所提供的资料，选择影响桥梁震害的主要因素，再根据大量震害样本进行各影响因素的影响方式和权值的统计回归，建立桥梁震害经验预测公式的一种地震安全评价方法。桥梁震害预测被作为交通运输安全评估，桥梁加固优先级评价和地震应急决策的必要依据之一，常见的有久保庆三郎方法、日本土木工程学会方法、朱美珍方法、I．G．Buckle方法等［7-10］。

I．G．Buckle等［7］利用美国从1964年Alaska地震到1991年Costa Rica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12个影响因素，通过多参数回归分析建立了震害指数与影响因子的经验公式，并指出地面运动峰值、液化程度、设计规范和支座支承长度是影响桥梁震害的最主要因素。在I．G．Buckle的方法中，上部结构类型也包括了斜拉桥和悬索桥。该方法的基本公式为：

D＝∑Wjk-3.754（2）

式中，D为桥梁震害参考指标；Wjk为选择的各类因素权系数。用上式进行桥梁抗震能力评价时，对应于基本完好，轻微破坏，中等破坏，严重破坏的临界D值为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，抗震设计规范是影响桥梁震害最主要的因素。这一点从其所设定的权值系数可以明显看得出来。一般情况下，久保庆三郎方法和朱美珍方法仅适合于未采取抗震设计的桥梁，日本土木工程学会方法和I．G．Buckle方法适用范围则广些。经过比较，再根据我们国家基本国情，本次采用I．G．Buckle方法。

桥梁震害影响因素取舍对其抗震安全性评价定性分析有很大的影响，选择场地（含类别、液化条件、抗液化措施3个因素）、结构（含上部结构、桥墩、基础3个项目6个因素）、地震动（以烈度表示）、抗震设防（设计规范、防落梁措施2个因素）等4大类12个因素作为桥梁抗震性能总体评估定性分析考虑因素。根据原方法考虑的各个因素重新确定了上述12个因素的权系数，分别如表2所示：

3.2典型桥梁简介

本次厦门抗震普查的对象是厦门市BRT道路上的高架桥梁，厦门BRT桥梁中的第93联大桥（见图1），设计采用四跨预应力混凝土连续刚构桥结构。93联跨度为：23m+24m+29m+29m=105m，主跨为29m。桥梁根据通行要求布置2车道沥青混凝土路面，上部结构采用单箱单室结构形式，箱宽11.30m。

厦门BRT桥梁中的113联大桥（见图2），设计采用预应力混凝土连续曲线桥结构。113联跨度为等跨30m+ 30m+30m。桥梁横向宽度11.5m。

图1　第93联

表2　I．G．Buckle方法各因素权系数表

图2　第113联

厦门BRT桥梁中的118联大桥，设计采用预应力混凝土连续刚构桥结构。113联跨度为25m+30m+30m+30m+ 25m，主跨30m。上部结构采用单箱单室结构形式，箱宽11.50m。厦门BRT桥梁中的第151联大桥，设计采用三跨预应力混凝土变截面连续梁结构。151联跨度为30m+ 50m+30m，主跨为50m。桥梁根据通行要求布置2车道，上部结构采用单箱单室结构形式，箱宽9.8m。厦门BRT桥梁中的164联大桥，设计采用预应力混凝土变截面连续梁结构。164联跨度为30m+50m+30m+27.5m+21m，主跨50m。桥梁根据通行要求布置2车道，上部结构采用单箱单室结构形式，箱宽9.8m。

3.3桥梁实地抗震设计普查

对本次实地考察的典型桥梁分别选择场地（含类别、液化条件、抗液化措施3个因素）、结构（含上部结构、桥墩、基础3个项目6个因素）、地震动（以烈度表示）、抗震设防（设计规范、防落梁措施2个因素）等4大类12个因素作为桥梁抗震性能总体评估定性分析考虑因素。

4　厦门市BRT专用混凝土梁桥抗震性能总体评价

对厦门市BRT专用道上的五座典型桥抗震性能进行定性的评估，结果如表3和表4：

表3 I．G．Buckle方法桥梁震害参考指标