3.2 抗震性能要求
3.2.1 为确保城市轨道交通结构在地震作用下的安全性,防止地震时发生毁灭性的损伤,避免使用功能低下,本条规定了城市轨道交通结构应达到的三个抗震性能要求。在抗震设计时,应根据不同的地震动水准,并结合其重要程度,选取不同的性能要求,作为抗震设防目标。城市轨道交通结构在不同性能要求下的工作状态及受损程度分述为:
性能要求Ⅰ:结构处于正常使用状态,从抗震分析角度,结构可视为弹性体系,在预期的地震动作用下,结构一般不受损坏或轻微损坏,但不中断行车。
性能要求Ⅱ:结构局部进入弹塑性工作阶段,结构的非弹性变形或结构体系的损坏应控制在可修复的范围,在预期的地震动作用下,结构不致产生大的破坏,经修补后可限速通车。
性能要求Ⅲ:结构进入弹塑性工作阶段,结构发生较大的非弹性变形,但应控制在规定的范围内,在预期的地震动作用下,结构可能产生较大破坏,但不出现整体倒塌,经抢修后可限速通车。
3.2.2 本规范主要针对城市轨道交通中常见的钢筋混凝土构件、钢骨混凝土构件、钢管混凝土构件和钢构件的材料力学特点与修复工艺特征,将构件性能等级划分为无需维修、可修复的损伤和更换新构件3个等级。
由于可直接观察的基础的震害实例不多,本规范参考日本铁道抗震规范将其分为3个等级。
支座作为结构的重要连接构件,相对结构的其他构件易于更换。在实际工程中,针对它的破坏往往不是进行维修加固,而是直接更换,故本规范将其分为无需更换和需要更换2个等级。
3.2.3 由于性能要求Ⅰ规定结构地震后不破坏或轻微破坏,结构呈现弹性体系,这就要求其所属构件、基础和支座均处于正常使用状态,无需修复,故构件、基础和支座的性能等级均要求为1。
性能要求Ⅱ是以结构在地震后可修复,短期内应能恢复其正常使用功能为条件,故一般将构件的性能等级定为可修复的损伤,即为2。同时对于一些诸如特殊设防类结构的主要受力构件(如特大桥的桥塔、主拱圈等)、隧道与地下车站的侧壁等外侧与土相接的构件、直接支承轨道结构的构件等极为重要或极不易维修的构件,由于它的严重破坏会使得整体结构修复难度加大。故要求设定这些构件的性能等级时,虽仍为可修复的损伤,但相对一般构件损伤程度要低,易于修复,即在满足构件性能等级2的要求基础上适当提高。
性能要求Ⅲ规定结构地震后可能产生较大破坏,但不应出现局部或整体倒毁,故一般将构件的性能等级设定为需要更换新构件,即为3。
对于性能要求Ⅱ和Ⅲ,若下部结构按延性设计,主要是通过下部结构的弹塑性变形来实现抗震设计的目的,此时为防止落梁的发生,需要保持支座的完好,故支座的性能等级设定为1;而若下部结构按非延性设计的情况,则可以考虑将支座作为牺牲构件,通过支座的破坏释放上部结构的地震力,来达到减小地震在下部结构中产生的反应,因此支座的性能等级可设定为2。
3.2.4 本条是强制性条文,必须严格执行。历次强烈地震中的震害经验表明,即使是现代土木工程结构也会发生不同程度的破坏、甚至倒塌。从经济方面考虑,将结构设计成在任何强烈地震作用下都不破坏是极其困难的、甚至是不可能的。考虑到强度不同的地震发生的概率不同,强度越高则发生概率越低。在抗震设计性能要求方面,基本设想是在遭受发生概率高的地震时,预期的结构破坏应比较小,而在遭受发生概率低的地震时,预期的结构破坏比较大,即不同发生概率的地震作用下,规范容许的结构破坏程度不同。