2.3 基于性能抗震设计的主要内容
基于性能的抗震设计基本思想是保证抗震结构在一定地震动作用水平下同时应具有可靠的预期性能水平，其设计本质采用多级设防的思想，即可根据要求的不同设计目标设计结构，使其具有不同的抗震性能。性能设计的水平是一个具体的量值，能够准确反映结构破坏情况，便于设计人员评估，业主可以根据结构重要性及在地震作用下可以接受的预期经济损失，自主选择性能目标。概括地讲，这些研究工作主要包括地震设防水准的研究、性能目标的研究、结构地震反应预测方法的研究，以及设计方法的研究等四个方面，它们构成了基于性能抗震设计思想的基本框架。
2.3.1 地震设防水准的确定
设防水准是指在工程设计中如何根据客观的设防环境和已定的设防目标，并考虑具体的社会经济条件来确定采用多大的设防参数。美国Vision 2000提出了表2-1所示的多级地震设防水准。
表2-1 Vision 2000定义的地震设防水准
我国地震设防分为三个水准：小震不坏、中震可修、大震不倒。对于基于性能抗震设计，为了实现多级设防标准，控制不同水平地震作用下结构的破坏状态，则需在传统设防划分的基础上，细化地震设防水准。由表2-1可知，水准一相当于我国目前的“小震”设防水准；水准三相当于我国目前的“中震”设防水准；而水准五相当于我国目前的“大震”设防水准。基于性能抗震设计实际上是对人们早已认识的“多级抗震设防”思想的进一步细化，设计者可以更准确地把握结构在不同的地震动水平下的实际性能，使所设计的结构更经济合理。
汶川地震后，我国对1989年版的《公路工程抗震设计规范》（JTJ 044）采用的单一水准抗震设防思想修改为两水准设防。两阶段设计的抗震设计思想，对于我国向基于性能抗震设计发展作了些许贡献，而《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166）则采用了三级设防思想，根据桥梁在交通网络上位置的重要性以及承担交通量的多少采用不同的抗震设防标准。可见，基于性能抗震设计是一种抗震设计的发展趋势。
为了防止在地震中结构破坏带来直接或间接财产损失，就要求以后设计的结构不仅要保证生命的安全，同时也要控制结构的破坏程度，使财产的损失控制在可以接受的范围内，这就需要在实际设计中，结构在针对不同设防水准的地震时应该具有明确的性能水准。性能水准有两种表示方式：一种是定性的描述，另一种是定量的描述。定性描述本文不再叙述；定量描述的指标通常为位移、延性系数、损伤指标、材料应变等，见表2-2。
表2-2 Caltrans建议的桥梁抗震性能指标
注：εcu—约束混凝土的极限压应变；εy—钢筋的屈服应变；εsh—钢筋强化应变。
由表2-2可知：
（1）性能水准1：轻微破坏（minimum damage），结构基本保持在弹性反应范围；此水准的钢筋应变值εs=0.03，位移延性系数为1～2，曲率延性系数为2～4，混凝土压应变εc=0.004；通常在结构倒塌时，钢筋的最大εs=0.12，这里取其1/4。
（2）性能水准2：可修复破坏（repairable damage），破坏可以修复；此水准的钢筋应变值εs=0.08，位移延性系数为2～4，曲率延性系数为4～6，混凝土压应变εc=0.005；通常在结构倒塌时，钢筋的最大εs=0.12，这里取其2/3。
（3）性能水准3：严重破坏（significant damage）；此水准的钢筋应变值为钢筋强化应变εsh，位移延性系数为4～6，曲率延性系数为8～10，混凝土压应变εc则达到约束混凝土的极限压应变。试验和震害经验表明，在严重破坏阶段，混凝土的极限压应变可以达到计算值的1.5倍左右。
2.3.2 抗震性能目标的确定
对于桥梁工程，采用基于性能抗震设计思想进行设计时，最基本的仍然是性能目标的确定，也就是结构性能水准究竟取多高。取得太高，尽管结构变得安全，但也会大大增加结构的初期投入；取得太低，尽管降低了结构初期造价，但会增加未来的使用风险。所以结构抗震目标性能目标的确定，目前认为合理的方法是采用“投资—效益”准则，使设计结构处于考虑安全性和经济性的合理平衡上。在上述步骤确定的基础上，就可确定结构的性能目标，即性能目标矩阵，如图2-3所示。设计者可根据结构的重要性从该矩阵中选择出适合结构性能的目标来进行设计。
图2-3 性能目标矩阵
2.3.3 结构地震反应的预测方法
在基于性能的抗震设计中，为了保证结构在不同水准地震作用下能够实现期望的性能目标，就需要采用恰当、简便的分析方法对结构的地震反应进行计算。一般来讲，结构的地震反应计算方法可分为两类，即动力时程分析方法和反应谱分析方法。非线性动力时程分析方法由于计算量大、分析复杂，且在地震动的合理选择方面有较大的困难，故而限制了其在工程中的广泛应用。而平均光滑后的反应谱在较大程度上能够反映地震记录的特征，因此使用与反应谱相结合的位移简化计算方法越来越受到青睐，比如等位移准则、等效线性化方法、位移修正系数法和替代结构方法等。
近几年发展起来的弹塑性静力分析与反应谱相结合的方法，由于采用了考虑构件弹塑性性能的静力方法，从而不仅计算简单，而且能够更直接地反映结构的弹塑性行为，因而在基于性能的抗震设计中得到了广泛的应用，像美国的ATC-40和FEMA 273规范均采用了该方法。但目前该方法的应用仅限于受基本振型控制的结构，对受高阶振型影响的情况，尚需在侧向分布力模式等方面进行研究和改进。