论文摘要：分析了桥梁震害的原因，介绍了纤维模型的特性，总结了国内外利用纤维单元模拟结构进行抗震分析的研究现状，提出在基于性能的桥梁抗震分析中，应用纤维模型合理的模拟在地震作用下进入塑性变形阶段时的桥墩，得出合理的桥梁抗震性能指标来标定结构的破坏。
论文关键词：纤维模型,桥梁抗震,弹塑性
1、前言
地震，是地球内部某部分急剧运动而发生的传播振动的现象。大地震爆发时，释放出巨大的地震能量，造成地表和人为工程的大量破坏，严重危及人民生命和财产的安全，历来是严重危害人类的一大自然灾害。
据统计，地球上平均每年都要发生近千次的破坏性地震，其中破坏力巨大的灾难性大地震达十几次，如1906年的美国旧金山大地震和1923年的日本关东大地震，前者使7万余人丧生，后者使10万余人死亡，4万余人下落不明。1971年美国SanFernando地震(M6.6)，导致的城市经济总损失10亿美元(以当时的币值为准)。1976年我国河北唐山大地震(M7.8)，使整个城市在片刻之间沦为一片废墟，地震造成24万余人丧生，直接经济损失近100亿元人民币。尤其是最近的二十余年，全球发生了许多次大地震，其中多次破坏性地震都集中在城市，造成了非常惨重的生命财产损失。1989年美国LomaPrieta地震(M7.0)，1994年美国Northridge地震(M6.7)，1995年日本阪神大地震(M7.2)，1999年土耳其伊兹米特地震(M7.4)，1999年中国台湾集集大地震(M7.8)，直接经济损失分别为：70亿美元，200亿美元，1000亿美元，超过200亿美元，118亿美元（以当时币值计算）。2008年中国四川汶川大地震（M8.0），直接经济损失达8451亿元人民币。特别是2011年日本大地震（M9.0），济损失或达25万亿日元。
近二十余年发生的几次大地震使桥梁结构遭到严重破坏，也使桥梁工作者获得了非常宝贵的经验与教训。国内外地震工作者历来都很重视震害的调查研究，调查与分析桥梁的震害及其产生的原因，对于认识结构破坏机理、建立正确的抗震分析、设计方法，有巨大的价值。
在现代钢筋混凝土桥梁结构中，桥墩是结构体系中最易遭受地震破坏的构件，因钢筋混凝土桥墩破坏而导致的桥梁严重破坏甚至倒塌现象，己成为现代桥梁震害的最主要特征。深入研究其抗震性能、地震损伤和破坏过程，对加深震害理解和发展桥梁抗震设计方法具有重要理论意义和实际价值。
2、桥梁震害原因分析
近10年来，公路桥梁震害现象表现出一些新的特点，最明显的表现之一是上部结构因地基液化而坠毁的现象大大减少。与液化问题明显减轻形成对照的是，钢筋混凝土墩柱的大量损坏成为公路桥梁震害的新特点。对墩柱震害可能的原因分析表明:主要是设计方法和细部构造两个方面的缺陷。
（1）设计方法上的缺陷
对几次破坏性地震的调查表明，遭受严重破坏的桥墩都是采用基于线弹性理论的强度设计原理进行设计的。在这种设计方法中，唯一考虑的因素只有静态的“力”，而没有考虑“变形能力”和“耗能能力”，这就导致钢筋混凝墩柱在强烈地震动作用下，往往因设计弯曲延性不足或塑性铰区设计抗剪强度不足而弯剪破坏或剪切破坏。
（2）细部构造方面的缺陷
细部构造方面的缺陷包括横向箍筋数量不足和间距过大，因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲，纵向钢筋和横向箍筋锚固不足导致粘结失效，以及主筋采用搭接或焊接接头没有错层等细部构造方面的缺陷对桥梁结构抗震性能的不利影响。
在桥梁抗震设计中，出于经济方面的考虑，通常允许桥梁结构在遭遇强烈震作用时，发生一定的弹塑性变形。这实际意味着下部结构体系在强震作用下，将出现一定的损坏，此时桥梁是否严重破坏或倒塌，就完全取决于下部结构承受反复的非弹性变形循环的能力(滞回延性)和耗散能量的能力。目前己经认识到桥墩塑性铰区截面的塑性转动能力，这就对桥墩的延性提出了很高的要求。按照钢筋混凝土桥墩的延性设计要求，桥墩在强振动作用下将经历较大的反复非弹性变形循环，此时在钢筋混凝土桥墩塑性铰区内，裂缝将大量开展，而且随着非弹性变形循环次数的增加和幅值的增大，裂缝宽度也不断增大，截面发生严重破坏，从而降低了整个截面的承载力。
由桥梁震害可知，在强烈地震作用下,桥梁结构处于非线性状态，并且非线性变形大都集中在墩柱,结构的抗震性能与墩柱的延性变形与耗能能力直接相关,而墩柱的非线性变形能力取决于塑性铰区截面的延性性能,因此,对墩柱截面承载力和延性的研究具有重要的理论和实际意义。
3、纤维模型特性及应用介绍
如何较可靠的模拟结构在强震作用下的非线性反应是结构抗震领域的重要课题。人们已经很好的解决了结构的弹性分析问题,而对结构的非线性反应分析却一直没有很好的解决方案。解决结构的非线性反应分析问题首先要解决构件非线性分析模型问题。纤维模型是近来引起广泛关注的构件非线性分析模型。
所谓纤维模型，就是将杆件截面划分成若干纤维，每个纤维均为单轴受力，并用材料单轴应力应变关系来描述该纤维材料的受力特性，纤维间的变形协调则采用平截面假定。对于长细比较大的杆系结构，纤维模型具有以下优点：①纤维模型将构件截面划分为若干混凝土纤维和钢筋纤维，通过用户自定义每根纤维的截面位置、面积和材料的单轴本构关系，可适用于各种截面形状；②纤维模型可以准确考虑轴力和(单向和双向)弯矩的相互关系；③由于纤维模型将截面分割，因而同一截面的不同纤维可以有不同的单轴本构关系，这样就可以采用更加符合构件受力状态的单轴本构关系，如可模拟构件截面不同部分受到侧向约束作用(如箍筋、钢管或外包碳纤维布)时的受力性能。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
