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桥梁抗震规范

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范文一:桥梁抗震规范的体会 投稿:杜蝒蝓

桥梁抗震规范的体会

A:能力保护设计的基本原理:

对于能力保护构件的设计与地震力已经没有关系了,这与《89规范》是个显著差别,能力保护构件在地震过程中一直要处于弹性范围内工作,而与能力保护构件相连的延性构件是允许出现塑性变形,这种情况下就要把延性构件能承受的最大抗力计算出来(这与地震力没有关系的,是构件本身的特性,延性构件在地震中达到这个最大的地震力后就会维持这个力不变,从而使与其相连的能力保护构件得到保护)依次推算每个能力保护构件需要的最大抗力,使其在最不利的情况下依然保持弹性。也就是被保护的构件与地震力已经没有关系了。

B:延性构件:

对于延性构件在E1地震作用下需要保持弹性,而在E2作用下可以进入塑性状态,所以E1作用的时候关心结构的强度,而在E2作用的时候关心结构的变形。注意E2计算的时候要注意如果用反应谱的时候要用截面有效刚度进行折减,用非线形时程分析的时候要用纤维单元或者弹塑性单元考虑材料非线形。

C:超强系数:

超强系数=结构的实际极限承载力/结构的设计承载力(采用材料强度标准值计算的结构承载力) 超强的原因很多,这里说明一点:〈〈混桥规〉〉中规定钢筋混凝土构件中结构的破坏标准是材料达到材料屈服强度,也就是的材料强度标准值,而我们实际采用的是材料强度的设计值,材料强度的设计值=材料强度标准值/分项系数。这是出现超强的一个原因。实际求解超强系数的时候结构的设计承载力是采用材料强度标准值的,所以需要注意。矩形截面容易求解。圆形截面可以通过圆形截面小程序采用逐步叠代的方法求解,只是需要修改其中的材料设计强度值。

D:8.1.5条与8.1.1.5条 约束混凝土与非约束混凝土的概念。 规范条为了使延性构件有足够的延性能力,故将提高约束混凝土区域作为一个限制条件,其中圆形箍筋内部全部是约束混凝土,而矩形截面的箍筋仅仅是交点处是约束混凝土,为了提高矩形截面的约束混凝土区域所以加了很多拉筋,目的是为了增加交点数量。保证约束混凝土区域。该条与圆形截面无关,因为圆形箍筋可以保证内部混凝土均为约束混凝土。但是在沿着构件的纵向,依然需要加密箍筋间距。

另外规范第8.1.2条规定塑性铰区体积含箍率最小为千分之四,对于直径较小的构件可以配螺旋钢筋,但是直径稍大,该条很难满足,就需要采用较密的环筋加拉筋的方式满足该要求。

E:规范5.1.1条 地震作用分量组合

总的设计最大地震作用效应组合E按照 该说法含糊不清。EX,EY,EZ指的是X,Y,Z方向的地震力在同一个方向产生的最大地震力,而不是X方向的地震力在X方向产生的最大地震力,Y方向的地震力在Y方向产生的最大地震力,Z方向的地震力在Z方向产生的最大地震力,然后叠加。

F:对于抗震结构的延性构件,以后不需要按照〈〈混桥规〉〉中验算其在偶然荷载作用下是否满足。因为〈〈混桥规〉〉中要求结构在任何情况都要保持弹性状态,而抗震结构中的延性构件允许出现塑性变形,这两者之间存在矛盾。按照新抗震规范为准。

G:规范11.2.1条规定了简支梁端部至台帽边缘的最小距离,对于连续梁或者其他大跨桥梁的边墩与引桥的衔接墩宽度一定要严格按照该规范执行,因为主桥与引桥之间的自振特性会有很大差别,在地震过程中他们之间会发生不一致振动,也就是主桥与引桥反向振动,更加容易落梁。这样会造成连续梁中间墩盖梁宽度比边墩盖梁宽度小的现象,会影响桥梁美观。同时结合汶川地震的震害,要限制做高垫石的请况出现,因为梁板实际是搭接在垫石上面,而梁板与垫石搭接长度很小,地震过程中梁板很容易从垫石上面脱落,如果高差很大,就会砸坏盖梁,引起落梁。

H:为什么取消综合影响系数

1)、6.9.1条提出了桥台的水平力计算方法,使用该条要注意肋板台可能导致前后桩出现轴向压力相差很大的现象,甚至出现拉力。

2)、6.8.3条明确提出来要对盖梁进行计算,为什么〈〈89规范〉〉不需要计算地震力作用下盖梁的承载力是否满足要求?

3)、曲线梁桥桥跨不宜过大,不宜采用单柱式桥墩。

该三条尤其应该注意,这就是新旧规范一个显著差异。原因如下:

〈〈89规范〉〉为了简化计算,对结构的地震力进行折减,也就是综合影响系数CZ,该系数在0.20~0.35之间,也就是对地震力折减1/3到1/5,同时认为如果弹性计算能满足要求,则该结构的塑性计算就满足要求。该削减的地震力导致设计人员很多误解的,比如盖梁等在水平地震力作用下影响很小,该条很不合理。而新规范的出现就消除了这个综合影响系数,这样弹性范围内的计算与塑性计算分开考虑。这样地震力明显比以前求出来的地震力要很多。很多因为综合影响系数导致的误解一定要调整一下。以前没有必要验算的构件都需要验算了。

I:6.1.6条规定了在E2地震作用下,延性构件的有效截面抗弯刚度采用了折减计算。该条是为了满足采用反应谱法计算而采用的一种简化方法。因为反应谱分析是线性分析,不能考虑材料非线性,所以采用一个折减的刚度进行考虑,结构依然是弹性分析。对于6.3.6条,对于要进行非线性时程分析的情况下,墩柱可采用钢筋混凝土梁柱单元或者纤维单元考虑结构的非线性,而不能直接采用折减的刚度,否则又是线性分析了。

MIDAS中指出,空间动力模型的建立,延性构件的抗弯刚度,在反应谱分析中要做相应的折减,而在时程分析中需要对可能进入塑性的构件运用弹塑性梁单元(分布铰或者纤维模型)或者用弯曲弹簧(集中铰)模拟。

J:规范7.3.4条抗剪计算中,李建中说圆形截面的b取圆的直径,不需要折减。量纲换算不对应,左面为KN,右面为10N,李建中说该量纲没有问题。我理解原因可能是该公式中的单位换算体现在0.1里面。

K:规范6.3.8条指出建立桥梁抗震计算模型的时候,应采用土弹簧模拟桩土共同作用

土弹簧模拟方法简述如下:

按照〈〈地规〉〉, m的单位是KN/m4,而土弹簧的刚度k=KN/m,

也就是 。(该m3就是土弹簧的位置距地面的距离*该处的有效面积,具体方式可以根据设计者对该参数的理解)

具体步骤:

C=my 求出覆盖层顶面(冲刷线)向下按不同土层绘出地基系数图,再计算土弹簧的位置相临单元的长度和之一半所覆盖的地基系数面积,最后用桩计算宽度乘以此面积,自己编制一个EXCEL表格可以方便求出各个位置的弹簧刚度。注意土的比例系数在地震这样的动力荷载作用下会增大2~3倍。

L:大部分桥梁横桥向都不是独柱墩,因此横桥向计算的时候一定要注意柱的轴力在时程分析中随着横向水平力的增加而剧烈变化,而轴力有影响结构的屈服特性,因此在横桥向计算的时候要慎重考虑这一条。因此横桥向计算时候塑性铰要采用状态P-M-M铰。

M:规范第7.1.4条中的重力式桥墩与桥台与7.3.2条规定的矮墩都是因为其没有延性, 而不会发生塑性变形。结构承受的地震力会一直增加到E2,但是重力式桥墩与桥台可只验算E1,而矮墩却需要验算E2。我认为这与两种结构组成材料有关,圬工材料截面已经很大,抗剪能力已经足够,没有必要验算E2。

N:对于桩柱式桥墩的计算,桩作为能力保护构件需要一直保持弹性,桩作为能力保护构件在柱达到极限承载力的时候依然要保持弹性,这就是为什么要乘以超强系数的原因,将柱按照材料强度标准值计算出来的抗弯承载力弯矩值扩大到极限承载力,桩顶力采用该值,然后经过m法进行扩大,保证桩一直处于弹性状态,但是这样的话,对于一桩一柱的结构桩柱的钢筋数量将会相差很大,在桩柱交接处如何进行构造处理避免刚度突变过快, 8.1.9条规定柱式桥墩和排架桥墩的截面变化处,宜作成坡度为2:1~3:1的喇叭形渐变截面或在截面变化处适当增加钢筋。

O:新规范的抗震计算就是允许延性构件出现较大的变形,从而利用结构刚度下降,周期延长,降低地震力。结构允许大变形的前提就是要给结构足够的限位与防落梁措施,这点该如何处理?

P:板边与挡块边缘的距离过去规定为2.5cm,按照这个规定,与现在抗震新规范的思想有些相悖,对于20m空心板桥,支座选用6.3cm,其橡胶层的厚度为4.5cm,也就是允许橡胶支座在E2时候发生4.5cm的变形,挡块的设计要求在E1的作用下挡块不发生破坏,但是在E2作用下, 挡块一定要发生破坏,因为采用板式橡胶支座的桥梁,混凝土挡块在地震中破坏,可以有效减小下部结构所受到的地震力。如果挡块与板边距离过近就会限制梁体的变位,过早的被撞坏,达不到设计目的。

Q:设计地震动功率谱 由于编制规范单位擅长该方法,所以加进去的。因为该方法可以由反应谱法代替,设计地震动功率谱可以不看的。

R:MIDAS中的注意事项:

1:振型组合的时候,当结构振型分布密集,互有耦连的时候建议采用CQC。

2:对于弹塑性梁单元而言,注意强度P-M铰与状态P-M-M铰的区别。 强度P-M铰承受的轴力仅仅考虑初始轴力,而状态P-M-M铰却是可以考虑变化轴力带来的影响。这在分析横桥向的时候要注意应用。 3:规范7.4.4 MIDAS抗震模块提供了一个小插件,可以直接拟合。

4:与7.4.8条要用到MIDAS里面的静力弹塑性模块(PUSHOVER模块)。

5:规范6.3.7条规定了板式橡胶支座的模拟,在MIDAS中可以应用弹性连接输入其中的弹性刚度。 6: MIDAS抗震模块不能输入新规范的反应谱,需要自己在EXCEL中算出来反应谱数据,拷入MIDAS中自己定义反应谱。

范文二:公路桥梁抗震设计规范比较 投稿:江聫聬

大连理工大学

硕士学位论文

公路桥梁抗震设计规范比较

姓名:林康

申请学位级别:硕士

专业:建筑与土木工程

指导教师:柳春光

20090628

大连理工大学专业学位硕士学使论文

摘要

抗震设计在公路桥梁设计中有着重要的地位。本论文就我国的公路桥梁抗震规范与日本的相关规定傲一探讨比较,分析桥梁抗震设计规范的变迁和发展,以及在实际工程中各种设计方法的应用。

我国自1989年lO月交通部发布公路工程抗震设计规范JTJ004-89以来,至今已经历了二十年的时间。从2004年至今,陆续颁布了新版的公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝±桥涵设计规范玎GD62-2004和公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63-2007,但抗震设计规范并来正式颁布。2008年8月交通运输部颁布了公路桥梁抗震设计细则JTG/TB02-01-2008,大量吸取了国外的设计思想,使我们更看到了设计行业间国际交流程度的不断加深,但这部规范是以行监推荐性标准的形式发布,与遴用设计规范等其他挢规的地位之闯还有一定的不同。

日本从1990年起在桥梁抗震设计规范中针对罕遇地震加入了弹塑性数值计算的具体要求,1995年经历阪神地震后,对罕遇地震作用增加了内陆直下型地震,地震最大强度达1.59~2。Og,再次强化了弹塑性数值计算的地位。2002年颁布的现行规范对抗震设计的一些具体要求又进行了进一步的细化。弹塑性时程分析法在实际工程中的达到了普遍应用的水平。

本论文对中爵桥梁抗震规范之间做~比较,对日本的桥粱抗震设计计算和抗震结构措施做~整体说明,希望能对实际工程有参考价值。关键词:桥粱抗震;抗震规范;弹塑性分析;高烈度条件

公路桥梁抗震设计规范比较

AComparisonofSeismicDesignCodesforHighwayBridges

Abstract

Since1989SpecificationsofEarthquakeResistantDesignforHighwayEngineeringhasbeenissued,it’ShasalongperiodtOissueanewerspecification.InAug2008,Guidelinesfor

aSeismicDesignofHighwayBridgeshasbeenissued。butit’S

InGuideline,notuse

aaCode.designcode,ductilityseismicmethodhasbeenputtosince1990inJapan.AfteraHashinEarthquakeinl995,seismic

degree.designspecifaicationhadlotofimprovetohigher

BailmaBridge,XiaoyudongBridgeetcsubjectedtO

ourtheseriousdamageintheWenchuanEarthquake.It’SveryimportanttOimpmveearthquakeresistantdesigncode.Thispaper

codeintroducesthemajordifferenceofseismicdesignbetweenJapallandChina.

KeyWords:HighwayBridgeSeismicDesign;SeismicDesignCode;DuctilitySeismic

IntensityDesign;HighSeismicFortification

—II~

独创性说明

作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

作者签名:盈!筮一日期:丝呈呈:£:望

大连理工大学硕士研究生学位论文

大连理工大学学位论文版权使用授权书

本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定",同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。

作者签名:盔叠筮新签名:盛越

大连理工大学专业学位硕士学蹙论文

孳|言

在2008年5胃圭2圜发生汶川大地震孛,百花大桥,小鱼洞大桥等多座桥梁结构发生致命损害,生命线被阻断,严重影响了救援工作的进行和灾后重建工作的展开。而桥梁抗震设计规范所采用的是89年颁布的公路工程抗震设计规范。自89年以盾,在桥梁抗震工程界有非常多的研究成果,其中,日本由于经历了1995年阪神地震,1996年抗震规范有了较多的更新。

2008年8胃,交通运输部发布了公路桥梁抗震设计细则,在一定程度上改变了这种情况。但由于时间仓促,仍有一些规定的可操作性还不是很强。官方的计算例未能推出,广大工程技术人员和软l簪开发人员的应用还存在一定的困难。

臼本经历阪神地震后,经过10多年的努力,按照新的抗震要求,对全国范围内既有桥梁进行了大规模的抗震加固工作。期间积累了丰富的工程实践经验。

有关日本桥梁抗震设计,谢旭在20衢年出版的《桥粱结构地震响应分析与抗震设计》一书中已有较为全砸的介绍。该书对科研工作者了解日本的桥梁抗震技术有较高参考价值。我国研究工体已经进行缀多了,还须进一步落实在工程实践中。为近一步在工程实践中参考多震国家的先行经验,还需在设计规范中给出更具体的可操作性规定。本论文将更多地就中日两国间桥梁抗震设计规范进行比较说明,特别对高烈度条件下的桥梁抗震设计,日本规定的较为详细具体,有一定的借鉴意义,文中进行较多的介绍。

公路桥梁抗震设计规范比较

1抗震设计基本方针

1.1桥梁的抗震设防类别

我国根据桥梁的规模和所在道路的重要性,将桥梁的抗震设防类别分为ABCD四类,A种是单跨跨径超过150米的特大桥;B种是单跨不超150米的高速公路,一级公路上的桥梁,单跨不超150米的二级公路上的特大桥,大桥;C种是二级公路上的中小桥,单跨跨径不超150米的三四级公路上的特大桥,大桥;D类是三四级公路上的中小桥。

日本将桥的重要度分为A种桥和B种桥,其中B种桥是抗震性能较高的桥。所有的高速公路,城市快速路,国家级道路,以及县级(日本的县相当于我国的省级行政单位)道路的跨线桥以及防灾计划上位置重要的桥都是B种桥。A种桥是上述桥梁以外的桥梁。

实际上,以笔者10数年来的日本桥梁抗震设计经历来看,可以认为所有的桥梁都是B种桥,即所谓抗震设计上特别重要的桥。

大致对照如下:可认为我国的ABC类桥对应日本的B种桥,D类桥对应A种桥。这反映了日本多震的地理特点,和防灾设防程度较高的社会特点。

1.2抗震设计的类别

我国规定ABC类桥梁必须进行多遇地震和罕遇地震的抗震设计,D类桥梁只须进行多遇地震条件下的抗震设计。

日本规定所有桥梁均须针对多遇地震和罕遇地震进行抗震设计。

由于日本是多震的发达国家,所以抗震设计进行的较为复杂。

1.3抗震设防目标

桥的设防目标,从抗震设计的安全性,抗震设计的可用性,抗震设计的修复性出发分为3个方面。这里,抗震设计上的安全性是指,不致发生由于地震引起上部结构的落梁引起的生命的损失的机能,抗震设计的可用性是指,地震后桥本来应拥有的通行机能,避难路及救助救急医疗消防活动及紧急物资的运输通路的机能,抗震设计上的修复性指,由于地震引起的损伤能够修复的机能。

首先,抗震性能1是由于地震桥的健全性没有损伤的性能。抗震性能1当然要保证没有发生落梁的安全性,即使在地震刚发生后也无需进行为恢复机能而进行修复,和地震前一样保持着桥的机能。另外,也包含着为长期进行的修复也是轻微的。

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抗震性能2是壶予地震弓|起昀损伤在限定程度态,桥的性能麓够迅速恢复的性能。即,抗震性能2也包含着确保不发生落梁的安全性的同时,在地震后作为桥的机能应该能够进行应急修复。另外,长期必要的修复也比较容易进行。

抗震性能3是地震时不产生致命损伤的性能。即,包含地震后不发生落梁事故的抗震设计的安全性的必要,但不包含抗震设计上的可用性和抗震设计的修复性的必要。

根据地震作用的大小和桥梁的重要程度,进行桥梁的抗震设计。考虑地形,地质,地基条件,选定高性能抗震结构结构形式的同时,对构成桥梁的各个构件和桥梁全体系进行抗震设计。

当遭遇多遇地震时,要求桥梁结构达到抗震性能1(无损伤),对于B种桥(高等级桥梁)遭遇罕遇地震,要求达至I抗震性能2(震中安全,震舞可修),对于A种桥(低等级桥梁)遭遇罕遇地震,要求达到抗震性能3(无致命损伤)。

我国规定,各类桥梁在多遇地震下,一般不受损或不需修复可继续使用;日本规定各种桥梁在多遇地震下桥的健全性没有损害。两蓬的规定基本一致。

在罕遇地震作用下,我国规定A类桥可发生局部轻微损伤,不需修复或经简单修复矗可继续使用。具备废急修复性和长期修复性。BC类桥为不致倒塌或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用。但是不要求长期修复性。日本规定B种桥为高速道路和主要道路,损伤在限定范围肉,地震发生后可用,地震后经修理具有长期可用性;类似予我国的A类桥。日本的A种桥位于次要道路,要求大震不倒;类似于我国的C类桥。

可以看毒,在遭遇罕遇地震磊,嚣本遍布全霞的B种桥能保持通行功能和震后可修缮功能,设防水准较高。由于A种桥只存在于低等级道路上,所以可以认为由B种桥组建的道路鼹在发生强震后对桥梁不会对救援工作的展开和震后重建造成障碍,两虽桥梁自身也可在事后进行修缮,而不需重建。

{。4抗震设计上希望采用的桥梁结构形式和尽力避免采用的结构形式

在日本规范中明确提出了几种抗震设计上希望采用的桥梁结构形式和尽力避免采用的结构形式:

(1)为确实防止发生落梁现象,尽可能采用多径问连续梁的结构形式。采用多径间连续粱后,通常希望顺桥向支座的支持形式选用水平力分散支座。如果是一点固定多点可动的支持形式,容易造成固定支座处承担过大的水平力。但在山区的设有高墩的桥梁,桥台部的地震条件好的话,也可考虑由桥台承担地震时水平力。总之,为提高桥梁全体系的抗震能力,根据桥梁的结构形式,基础地基支持条件等选择逶当的支座形式。

公路褥粱挽震设诗规范眈较

(2)在容易发生滑坡,液状化,流动亿的地基条件时,选定承平剐性高的基础形式,多点固定形式,刚构形式等,上下部接点尽可能多的结构形式。

(3>在良好地基条件下,对于结构鱼振周期短的多径闻连续桥梁,希望采用免震形式。

(4)由部分构件的失效引起全体系崩溃的结构体系,须设法使这部分构件的损伤控制在限界条件内。

(5)在大地震作用下,对允许进入塑性的构件和须保持在弹性状态的构件分别进行设计,构成适当的结橡体系。避免采震几何学菲线性影响大懿结构,或在僵载条件下受到大的偏心弯矩作用的结构。

(6)在地基条件或结梅形式发生显著变化的位置,上部结构采用截断还有连续须进行充分的研讨。

相比之下,我国的水平力分散结构的应用还不普遍。有推力连拱桥的单拱失效容易引起全体系的崩溃。对水平作用的分配还须多下功夫;对于根据结构体系的不同分别对待,对连拱桥等结构采取更高的安全系数。一4一

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2地震作用

2.1抗震设计应考虑的作用效应

我国规范规定,抗震设计时考虑永久作用和地震作用。其中,永久作用包括恒载,预应力,土压力,水压力。地震作用包括地震动的作用和土压力,水压力等。作用效应组合包括永久作用效应+地震作用效应。

在这点上日本规范规定更详尽一些。其中的永久作用除包括恒载,预应力,土压力,水压力外,还将混凝土的徐变作用,混凝土的干燥收缩作用,水的浮力作用明确的列出。在实际设计中,徐变,干燥收缩,浮力作用均加以考虑,设计进行的较为细致。地震作用除结构自身重力引起的惯性力,土压,水压外,还有地基的液状化和流动化的影响,地震时地基的变位等作用的影响。日本是地震多发的岛国,在距海岸线/水岸线附近的砂质土层有可能在地震时发生液状化,甚至在地震时发生流动化,作用在基础上产生不利的影响。地震时地基会发生变位,有可能引起落梁等极端事件。我国规范在场地和地基一章中也对地基液化和软土地基作了相关规定。

2.2抗震设防烈度区划

我国的幅员辽阔,各地受地震作用影响差别非常大,从地震区的抗震设防基本烈度上看,分为6度区到9度区,基本加速度从O.059到0.409,相差8倍。

表2.1我国规定的抗震设防烈度和水平向设计基本地震加速度峰值A

抗震设防烈度

A60.059789O.10(0.15)g0.20(0.30)gO.409

日本国土狭小,整体处于地震带,抗震规范中规定的地震作用基本值乘以地域修正系数来修正地震作用的大小。日本的太平洋沿岸大部分地区,日本海沿岸的部分地区为A地域,包括东京,大阪,名古屋,神户等日本大部分大中城市,日本的主要高等级公路网多在此区域。对于A区域,地震作用为基本值。B地域为新泻,秋田等沿日本海地区,及北海道,四国,九州的部分地区,地震作用为基本值乘以0.85;C地域为北海道和九州的少部分地区,地震作用为基本值乘以0.70。从整体上看,日本的地震作用随地域变化为的最大值和最小值之比为1:O.70,远小于我国规定的8倍。

公路撬粱抗震设诗规范毙较

2。3场地类别

我国根据土层平均剪切波速和场地覆盖土层厚度,将桥梁场地类别分为I、II、Ⅲ、Ⅳ透类,冒本根据场地土的童振周麓,将场地主分为王、妊、Ⅲ三种,大致对应关系隽

如下:

表2。2桥粱工程场圭|楚类别划分酶大致对应关系

我国规定的工程场地类别

日本规定的工程场地类别

lⅡⅢ

Ⅱ、mIV

2.4多遇地震作用

我匡桥梁随种类不同重要性系数有禳大不同,为便于比较,与我莺的高速公路和一级公路上的大桥,特大桥为例进行说明。

表2.2我国各类桥梁的多遇地震抗震重要性系数(摘要)

桥梁分类

AB

El地震作用

1.O

0.43(0.5)

O。34

注;高速公路和一缎公路上的大桥,特大桥,其抗震重要性系数取B类括号内的值。

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图2.1日本规范规定的多遇地震标准水平设计加速度反应谱

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表2.3多遇地震水平设计加速度峰值(II类/11种场地的基本值)

桥梁分类

中国7度区高速公路和一级公路上大桥,特大桥

El地震作用

0.113(0.169)0.225(0.338)

0.45

0.25

中国8度区高速公路和一级公路上大桥,特大桥中国9度区高速公路和一级公路上大桥,特大桥

日本A地域的B种桥(最普遍地域的最普遍桥梁)

可以看出,日本的多遇地震水平设计加速度峰值与我国8度区相仿。

结构自振周期大于特征周期时,加速度的峰值将得到低减。两国的特征周期的规定有较大不同:

表2.4多遇地震特征周期规定的比较

场地土类别

我国规范规定

0.25~O.35O.35~O.450.45"-'0.65

0.65"--0.90

日本规范规定

1.11.3

I类场埘1种场地II类场地Ⅱ种场地Ⅲ类场蚴11种场地Ⅳ类场地皿种场地

1.31.5

可以看出,日本特征周期规定的很长,使得大多数桥梁的自振周期都小于特征周期,使得设计加速度值与峰值一致。设计取的较为保守。

公路桥梁抗震设计藏范院较

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图2.2多遇地震时程分析用地震波

2.5罕遇地震作用

圜本的罕遇地震有褥大类,以1923年东京大地震为代表的平面境赛型地震和以1995年阪神地震为代表的内陆直下型地震,分别简称为n旧EI型和TYPEII型地震。

表2。5我国各类桥梁酶罕遏遗震抗震重要髋系数(摘要)

桥梁分类

ABC

E1地震作用

1.7

1.3(1.7)

1.O

注:

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图2.2日本规范规定的平面境界型罕遇地震标准水平设计加速度反应谱

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结构自振周期

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图2.3日本规范规定的内陆直下型罕遇地震标准水平设计加速度及肚1苕

一9.

公路挢梁撬震设计撬范毙较

表2。S罕遇地震水平设计加速度峰值(II类/珏辩场建酶基本僮)

桥梁分类

El地震作用

0.383(0。57毒)0.765(1.47)

1.53O.851.75

孛国7度区高速公路秘一级公路上大桥,特大挢中国8度区高速公路和一级公路上大桥,特大桥中国9度区高速公路和一级公路上大桥,特大桥

因本A地域的B种桥(最普遍地域的最普遍桥梁)平面境界型地震豳本A地域的B种桥(最普遍地域的最普遍桥梁>内陆直下型地震

从上表可以看出,日本国内最普遍地域的最普遍桥梁的罕遇地震加速度峰值与我国9度区高速公路和一级公路上的大桥,特大挢的作用值相仿,反映了其多震及社会经济发展水平较高的特点。

表2。?罕逯遗震特征周期规定酶笼较

场地土类别我国规范规定

0.25~O.35O。35~O,450.45-'-,0.65O.65~O.90

日本规范规定平面境界型地震

1.4

日本规范规定内陆直下型地

O.71.21.21.5

I类场埘1种场地

Il类场地,11种场地

l。61.6

2.O

Ⅲ类场地Ⅱ种场地

Ⅳ类场地皿种场地

从上表可以得知,除一种场地的内陆直下型地震外,日本规范规定的特征周期都在1秒以上,对于三种场地的平面境界型地震特征周期达2秒以上。地震作用的频谱宽度

明显比我国规定的大。

还有一点情况值得注意:对于一般的地震作用,场地土越软弱,最大加速度越大。但是在1995年阪神地震中发现,对于内陆直下型罕遇地震,坚硬场地土的加速度峰值更大。

表2.8蜀本擐范规定的内陆壹下型罕遏地震特点场地土类别1种场地11种场地Ⅲ种场地

特征周期

O.71.21.5

加速度峰值

2.oo

l。751.50

大连毽工大学专娩学位硕士学位论文

为便于时程分析的采用,在园本规范中直接给出了各种场地±对应的多遇地震,平面境界型罕遇地震和内陆直下型罕遇地震时程分析用的地震波。这些地震波是各次地震幸实际记录的地震波,并且频谱特性均经过调整,使褥各频率下的强度与上述反应谱的强度一致。在多遇地震作用下,要求结构保持在弹性状态下,并且可以通过反应谱法等其他动的解析方法进行验算,对各种场地±的地震波只给爨了一个。对于罕遇地震,结构已进入到塑性阶段,考虑地震动的随机性,需要用三个波的平均值进行评价。不仅是振幅大小罕遇地震与多遇地震不同,而且罕遇地震与多遇地震之间,两种类型的罕遇地震之闻的特征周期并不相同。对于重大工程,如果有对应场地±的强震实测纪录,当然可以考虑优先使用。但是尽管日本设立了相当多的地震观测仪,对于绝大多数桥梁,都不可能获得实测地震波,在规范中壹接绘邂的这2薹个(多遇地震的3个+罕遇地震的18个)地震波,使得工程应用非常方便,时程分析法得N-I"普及。

在我国的FG/TB02-01—2008中,规定当采用3组时程波计算时,应取3组计算结果的最大值;当采用7组时程波计算时,可取7组计算结果的平均值。并须保证任意两组间同方向时程的相关系数绝对值小于O.1。随场地类型划分不同,特征周期从0。25秒至0.90秒计9个点上都有,须分别选取不同的地震波。由于地震波的选取或拟合还要经过较多的工作,如果规范中能直接给出这3×9=27个或7

X9=63个地震波,对应不同抗震

设防燕度时可直接按比铡对振幅进行调整,将给实际的工程应用带来很大的便利。

(a)1种场地±

图2.5

1种场地土平面境界型罕遇地震时程分析用地震波

公路桥粱抗震设计援范比较

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(c)m种场地土

图2.7IT[种场地主平面境界型罕遇地震时程分析用地震波

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图2+81种场地±内陆直下型罕遇地震时程分析用地震波

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图2.9珏秘场逡±内磕妻下銎罕遇逡震时程分耩用逡震波

一13.

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公路桥梁抗震设计规范毙较

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∽Ⅲ种场地±

图2.10H1种场地土内陆直下型罕遇地震时程分析用地震波

一14一

大连理工大学专业学位硕士学位论文

3抗震分析

3.1不同地震作用下的极限状态

日本规定在多遇地震下,组成桥梁的各构件不超过材料的弹性域。在罕遇地震作用下,由于地震能量巨大,需依靠构件的塑性变形能力大量吸收耗散地震能。而且塑性变形须发生在预先设定的构件上,对于B种桥,该构件能够被迅速修复,发生塑性变形的程度限定在容易修复的范围内。

对于各种地震作用下的极限状态与抗震设防目标密切相关。公路桥梁属于生命线工程,如果在震后紧急车辆无法通行,必然会给受灾地区的紧急救援带来诸多限制。与其震后公路交通瘫痪而依靠直升飞机救援,不如提高生命线工程的抗震设防标准。

1.对于多遇地震,震后通行不受到影响,各构件均无损坏。对结构来说,就象什么都没发生过一样。所以要求各构件保持在弹性域。

2.对于设计强度内的罕遇地震,附属部分(比如伸缩装置,高栏等)可能会有一些损坏,但主要结构不受大的影响,震后可以直接通行。高速道路,一级公路,城市快速路及主干路上的桥梁,以及在其他重要桥梁都要求震后不经修理可以通行,震后容易进行修复(墩柱水平变形小于柱高1/100)。罕遇地震的强度太大了,一旦发生,损失惨重,设计时不能不考虑。而发生的概率又太小了,为了这个小概率事件又不能提高太多的成本。延性设计就是解决这个问题的好办法。对于坚硬场地土,即使在日本这样多震的国家里,水平地震影响系数最大值取到O.2,似乎并不是多么高的设防标准。但罕遇地震的水平加速度影响系数最大值高达2.O,在弹性范围内,大的有点夸张,如果只依靠强度去抵抗这样大的地震的话,把桥沿水平轴转90度竖起来,才不过相当于1.O,水平地震影响系数2.O的话桥墩岂不要做成馒头形了?正是通过延性设计使得这个问题得以解决。对于简化成单自由度的弹塑性体系,如果许用延性系数能取到8的话,综合影响系数将减小至1/(2,Ic8—1)‘0.5--0.26,几乎到了1/4的水平了。所以为了对付这种破坏程度极大的不可不防的小概率时间,必须依靠延性设计了。

3.对于超出设计强度的罕遇地震,还有各种抗震构造措施。比方说,连梁装置,段差防止结构(防止出现虽未落梁,但桥梁面产生过大台阶,车辆难以通行的现象),梁端与下部结构的搭接长度。和2最大的区别是,2都是经过非线性时程验算的,3虽然也有一些简单计算,但并未输入实际地震参数。连梁装置等在全体系分析中都是不予

考虑的。

公路桥梁抗震设计规范比较

2塑性变形构件的选取

为防御罕遇地震,桥梁的塑性变形能力是必不可少的。塑性变形能力是对桥梁整体

而言的,在基础,桥墩,支座,上部结构等各个构件而言,在什么位置上产生塑性变形,产生塑性变形的构件强度与其他工作在弹性范围内的构件之间的强度关系之间是一个链条关系,工作在弹性范围内的构件强度必须大于可能产生塑性变形的构件,或者说在强度最弱的构件上产生塑性变形。否则在设定要产生塑性变形的构件在尚未发挥大量吸收能量的作用之前,某一弹性环节先行破坏,整个系统崩溃,塑性变形吸收地震能量的作用无从谈起。

虽通常的做法是仅在桥墩的基部产生塑性铰,在墩柱基部产生塑性铰可以确实地吸收地震能。这时,支座的水平承载力要大于墩柱的水平承载力。这时墩柱基础须保持在弹性范围内。基础产生损伤后,修复非常困难,所以承载力要比墩柱设的大一些。

(a)墩柱基部发生塑性化(顺桥向)

圈3la塑性化发生位置的选取

对于坚硬场地土上的连续梁桥,自振周期较短,可以考虑铅芯支座等免震设计

方法。此时,桥粱则最主要在支座处产生塑性变形,另外在墩柱基部产生一定程度的塑性变形。要注意的是,板式橡胶支座的水平抗推刚度较小,变形能力较强,但并不具备塑性变形能力,与免震支座是两样东西。免震支座的阻尼比墩柱大,墩柱基部如果吸收了较多的地震能,免震支座大量耗散地震能量作用发挥不出来。所以必须使墩柱吸收地

震能限定在一定程度内。

大连理t大学专业学位硕卜学位论文

(b)采用免震设计的桥梁(颤桥向)

图31b塑性化发生位置的选取

对于壁式墩柱的直桥向,要使得基础的承载力大干墩柱的承载力十分地困难。

这时可以考虑将塑性化构件设在基础上。此时要注意.不仅基础本身不要发生过大的塑性变形,而且要防l}由于基础发生较大的变形而对上部结构造成不利影响。

性化位置

(c)单柱式墩柱的横挢向(d)壁式墩柱的横桥向

图3

c塑陛化发生位置的选取

对于刚构桥的顺桥向,在水sF荷载作用下,墩柱的P下两端和l部结构都产生

大的弯矩。这时,允许发生塑性变形的部位主要设在桥墩的上下两端,上部结构仅允许

公路桥梁抗震设计规范比较

发生轻微的塑性变形。这是因为在上部结构上,有着铺装,高栏等结构,活荷载直接作用在上部结构,对上部结构的修复本身就是高空作业,对于跨线桥由于梁下空间的限制,对下线的交通又会造成障碍,总之,上部结构的可修复性差。所以将上部结构的塑性变形限制在轻微的程度范围内。这样即使不进行修复,也可以提供长期的可用性。对于刚构桥,设计时要注意墩柱上端不应强度过大,以减少由墩柱传到上部结构的地震力,保证上部结构基本不产生塑性变形。对于预应力钢筋混凝土刚构桥,还要防止在常时弯矩为0的截面附近的强度不可设置的过小。

(e)刚构桥的顺桥向

图3.1d塑性化发生位置的选取

如果各构件均未考虑塑性变形,这时要防止结构体系发生脆性破坏,罕遇地震

作用下各构件产生的应力限定在弹性域之内。

3.3抗震性能计算方法

桥梁抗震性能的计算方法可分为静力学方法和动力学方法两大类。一次振型卓越的体系可采用静力学的计算方法,但对于地震时举动复杂的桥梁,静力学方法的适用性受到限制。符合以下条件的桥梁可认为是地震时举动复杂的桥梁:

1)受高次振型影响显著。

2)主要受两种及以上振型的影响。

3)在罕遇地震作用下,有一处以上的塑性铰发生,或塑性铰发生的位置不明确。4)在罕遇地震作用下,构件或桥梁全体系能量守恒定则的适用性尚未被充分证明。具体的说,以下的桥梁可认为是地震时举动复杂的桥梁:①基本周期长的桥(1.5秒以上);或墩柱高度高的桥(30米以上)②采用橡胶支座进行水平力分散的桥

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⑧免震桥④钢构桥

⑤钢制墩柱进入塑性领域的桥⑥斜拉桥,吊桥等采用钢索的桥⑦上路式,中路式拱桥

⑧曲率半径小,上部结构两端所成角度大的曲线桥

表3.1桥梁结构地震时举动的复杂性及抗震计算方法

静力学方法的适用性被限定的桥

地震作用

地震时举动不复杂的桥

能量守恒定则的适用性尚未被充分证明的桥

担心有高次振型影响的桥动力学方法动力学方法・基本周期长的桥(1.5秒以上)・墩柱高度高的桥(30米以上)

塑性铰发生位置不明确,复杂振动举动的桥动力学方法动力学方法・斜拉桥,吊桥等钢索系的桥・上路式,中路式拱桥・曲线桥

多遇地震罕遇地震

静力学方法静力学方法右边所列以外的桥梁

静力学方法动力学方法・采用橡胶支座进行水平力分散的桥・免震桥,・刚构桥,

・考虑钢制墩柱塑性化的桥

适用的桥梁例

3.4静力学抗震性能验算方法

桥梁在地震时的振动特性随墩柱,桥台的刚性及高度,基础与地基的特性,上部结构的特性而变化,将桥梁划分为在地震时可看作具有同样振动的设计振动单位。对各个设计振动单位求出其基本周期,然后根据基本周期,求出对应地震作用下的加速度。地震水平加速度/重力加速度即为水平地震影响系数,重力乘以水平地震影响系数得到地震时的惯性力。

3.4.1设计振动单位

公路桥梁抗震设计规范比较

表3.2设计振动单位

形式

;。。

顺桥向

横桥向

l芝且一且歹座

(横桥向是固定支持条件时.各墩柱的基本周期间差的大小决定振动单位的选取)

l挈

连续梁桥

多顺点桥固向定

固定

固定

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支座条件

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墩柱之间基太周期特性

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固定

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有较大差异

相当于恒载的上部结构

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力顺桥

叩胶支座觚妻虞厂

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单纯梁桥

向支

分散结

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(横桥向是固定支持条件时.按下围选取)

或滑

动支

固定

滑动固定

相当于恒载的上部结构

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一20—

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3.4.2惯性力作用方向

地震时的惯性力,取相互垂直的两个水平方向,通常分别在顺桥向和横桥向分别作用。但是对于斜桥,取下部结构设计时土压的作用方向和与其垂直的方向。上部结构的惯性力作用位置取其重心位置。但是在直桥的顺桥向,由于在支座位置允许梁进行转动,在对下部结构进行抗震设计时,支座高度的影响比较小,为了设计的方便,惯性力作用位置也可取在支座的下面。

(横桥向)

(8)直插

土压水平成分作用方向的垂直方向土压的水平成分作用方向

(b)斜

图3.2惯性力的作用方向

图3.3曲线桥的惯性力作用方向的例

公路桥梁抗震设计规范比较

3.4.3惯性力作用位置

(a)顺桥向(b)横桥向

图3.4下部结构抗震设计时上部结构惯性力的作用位置

——-◆H

图3.5作用在下部结构顶端的作用力(横桥向)

3.4.4设计振动单位的基本周期

设计振动单位的基本周期,由式(3.1)(3.2)算出:

,'=一

T=2.01厢

(3.1)

/训(s)铭(s)2ds-厂似(s)铭(s)d,s

(3.2)

一22一

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其中,T为设计振动单位的基本周期,们J为上部结构及下部结构在位置s处的重

量(kN/m),“俐为上部结构及抗震设计基盘面以上的下部结构的重量相当的水平力在惯性力作用方向上在位置s处产生的变位(m)。

在不同地震类型下构件的刚度会发生变化,比如对于墩柱,在多遇地震时刚度取全截面有效刚度(毛截面刚度),在罕遇地震下取屈服刚度(有效截面抗弯刚度)。

在基本周期算出时,须考虑基础与地基之间的动力弹性系数。此时,地基反力系数的基准值为:

‰。静忌如。静

岛22(1+%)Go

(3.3)

(3.4)(3.5)

co=导噶

(3.6)

其中,kno为水平方向地基反力系数的基准值(kN/m3),kvo为铅直方向地基反力系数的基准值(kN/m3),Eo为地基动的变形系数(kN/m2),

y为地基动的泊松比,在冲积和

洪积地层中,地下水位以上取O.45,地下水位以下取O.5,软岩取0.4,硬岩取0.3。GD为地基动的剪切系数(kN/m2),J,,为地基的单位体积重量(kN/m3),Vso为地基的弹性系数算出用剪切波速度(m/s)。

Vsoi=O.8K又V,,<300m/s);Vsoi=V,,(V,i.≥'300m/s)

(3.7)

其中,Kf为第i层地层的平均剪切波速度(m/s)。

水平力分散橡胶支座的刚度随变形量的改变变化很小,直接使用其刚性。但是对于免震支座,随变形量的变化刚度有很大变化,须使用有效变位相当时的等价刚度。

公路桥梁抗震设计规范比较

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T=2.01厢

水平加速度/重力加速度:‰

惯性力;

E=k^×F

图3.5基本周期及惯性力算出的流程

一24—

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・一上部结构惯性力

抗震设

●:与重力相当的水平

力作用位置的节点0:截面变化位置的节点

EIv:上部结构的弯曲刚性

珥:下部结构的弯曲刚性

Wc:梁的重量

%:上部结构的节点重置

图3.6基本周期算出用模型

坼:墩柱躯体的重量睇:承台的重量

J毛:弹性支座的弹性系数

3.4.5多遇地震的水平地震影响系数

地震作用同恒载,活载等其他作用相比,是一个动的作用,并且在正负方向交替作用,在短时间内对结构发生作用。这里,把动的作用变换成静的作用,为求出地震时的惯性力把结构的重量乘以水平地震影响系数。这里求出的惯性力是地震作用中产生的最大惯性力。水平地震影响系数由下式算出:

“^

七。=垒=曼!互丝

(3.8)

其中,—瞰是作用在结构上的最大惯性力,W是结构的重量,g是重力加速度,甄(乃I}1)是将结构体系简化成基本振动周期为T、阻尼系数为h的单自由度体系,结构的晟大加速度由地震作用加速度反应谱给出。

多遇地震的水平地震影响系数鲰由下式算出:

公路桥梁抗震设计规范比较

k.1I=cA.IIo

(3.9)

其中,乞是地域修正系数,其取值在1—0.70之间,一般多数地域为1;锄。是多遇地

震水平地震影响系数的标准值。

当计算地震时基盘面以上由于土的重量产生的惯性力时,地盘面的设计水平加速度由下式算出:

,0衄=乞尼^go

(3.10)

其中,锄是多遇地震基盘面的水平地震影响系数的标准值,对应1种、Ⅱ种、Ⅲ

种场地土,分别取0.16,O.20,O.24。

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。一、

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1种场地

∑一

…Ⅲ种场地

…—・11种场地

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≮、.≤.

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结构自振周期T(s)

图3.7多遇地震水平地震影响系数的标准值

3.4.6平面境界型罕遇地震的水平地震影响系数

平面境界型罕遇地震的水平地震影响系数如由下式算出:

‰2CsC,,危枷

(3.11)

其中,白是结构特性修正系数,由结构的塑性变形能力决定;cz是地域修正系数,

其取值在1-0.70之间,一般多数地域为1:‰是平面境界型罕遇地震水平地震影响系

数的标准值。

当计算地震时基盘面以上由于土的重量产生的惯性力时,地盘面的设计水平加速度

由下式算出:

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,0衄=乞局神

(3.12)

其中,晰是平面境界型罕遇地震基盘面的水平地震影响系数的标准值,

Ⅱ种、Ⅲ种场地土,分别取0.30,O.35,O.40。

对应1种、

/’一…

//算…卜・-

…一-~.;\

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1种场地

…一Ⅱ种场地

…Ⅲ种场地

0.1o.20.5

12

结构自振周期丁(s)

图3.8平面境界型罕遇地震水平地震影响系数的标准值

3.4.7内陆直下型罕遇地震的水平地震影响系数

内陆直下型罕遇地震的水平地震影响系数锄由下式算出:

尼he'--csG忌枷

(3.13)

其中,白是结构特性修正系数,由结构的塑性变形能力决定;cz是地域修正系数,

其取值在1。0.70之间,一般多数地域为1;‰是内陆直下型罕遇地震水平地震影响系

数的标准值。

当计算地震时基盘面以上由于土的重量产生的惯性力时,地盘面的设计水平加速度由下式算出:

,e船=乞豇^go

公路桥梁抗震设计规范比较

其中,‰是内陆直下型罕遇地震基盘面的水平地震影响系数的标准值,对应1种、

Ⅱ种、Ⅲ种场地土,分别取O.80,O.70,O.60。

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1种场地

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…一Ⅱ种场地

一—-Ⅲ种场地

‘、.

3.4.8结构特性修正系数

结构特性参数是根据罕遇地震时结构进入塑性化程度的不同而决定的,当把结构简化成单自由度振动体系时,结构特性修正系数由下式算出:

c。=—事:上。√2儿~

(3.13)

其中,Ⅳa是具有恢复力的完全弹塑性模型的容许塑性率,常见值在1-8之间。针对具体的对象,根据其在不同类型罕遇地震下进入塑性领域的程度,分别计算结构的各个方向(例:顺桥向,横桥向)的结构特性修正系数,这是抗震分析中最为关键的一步。

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3.4.9钢筋混凝土墩柱安全性的验算

罕遇地震时安全性的验算一方面是地震时极限水平承载力的验算,对于要求震后可修的B种桥,还需对地震后残留变形进行验算。对于可简化为单自由度的钢筋混凝土墩柱,地震时极限水平承载力的验算式如下:

keW<_P.

(3.14)

其中,锄c是罕遇地震时水平地震影响系数;Pa是钢筋混凝土墩柱地震时极限水平承载力(N),在第4章进行说明:W是地震时极限水平承载力用等价结构重量(№,由式(3.15)算出:

Ⅳ2%+cP嵋

Cp是等价重量算出用系数,按下表取值。

表3.3等价重量算出用系数cP

弯曲破坏型或由弯曲损伤

引起剪切破坏型

0.5

(3.15)

其中,W:是对象墩柱在振动方向所负担的上部结构重量(№;We是墩柱的重量(N):

剪切破坏型

1.0

地震后残留变形的验算式如下:

如≤如

的1/100:万尺为墩柱的残留变位(mm),由式(3.17)算出:

(3.16)

其中,8Ra为墩柱的容许残留变位(mm),可取墩柱下端至上部结构惯性力作用位置

%2cR(以rml)(卜r)氐

(3.17)

其中,CR为残留变位的修正系数,对于钢筋混凝土墩柱为0.6;,.为屈服后刚性对屈服刚性之比,对于钢筋混凝土墩柱为O;万。为墩柱屈服时的变位(mill);墩柱的最大应答塑性率∥,由式(3.18)算出:

舻÷{(警)2+・)

(3.18)

其中,bcD为罕遇地震作用的水平地震影响系数的标准值,cz为地域别修正系数。

公路桥梁抗震设计规范比较

3.4.10墩柱基础安全性的验算

当墩柱在地震作用下进入到塑性域时,对于墩柱基础,考虑恒载作用及式(3.19)算出的水平地震影响系数相当的惯性力作用的荷重作用。

‰2钮只佃

(3.19)

其中,‰为罕遇地震作用下墩柱基础用水平地震影响系数;CdF为地震时极限水平

力承载法验算时的水平地震影响系数的修正值,取1.1;凡为墩柱基础支持的墩柱的极

限水平承载力。

墩柱基础在上述规定荷重作用下,原则上限定在弹性域之内。即墩柱达到塑性域时,要求基础保持在弹性状态。但对于某些特殊情况,比如墩柱有很大的承载力,地基有液状化的影响等情况下,也可以考虑基础的非线性。

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3.5动力学抗震性能验算方法

常用的动力学分析方法有反应谱法和时程分析法。对于多遇地震,结构体系在弹性范围之内,两种方法都可以采用。但对于罕遇地震,由于材料进入到非线性领域,须采用非线性时程分析。以下仅就工程中实际使用的非线性时程分析的标准模型做一简要说

明。

3.5.1恢复力模型

1)钢筋混凝土构件采用Takeda型恢复力模型

弯矩M

弯矩M

.丝

一巾丙/

●巾c

夺冉

曲率西

一尬

一‰

,—_’一

一必。

勉¨一7/.≯

:J

磊二

-M,o

曲率西

(a)开裂弯矩以后卸载-再加载(b)屈服弯矩以后卸载-再加载

弯矩M

弯矩M

.丝

一少荔

貉y‰鲥

—7

Myo

曲率西

一套兔么

一M冉

,.丝

一蛳

多乃,o妒m二

曲率西

(c)最大弯矩发生后中小振幅(I)(d)最大弯矩发生后中小振幅(2)

图3.10钢筋混凝土构件的恢复力模型(Takeda武田型)

公路桥梁抗震设计规范比较

2)钢筋混凝土塑性铰的恢复力模型

鹰矩M

Jk

弱=10-6.Kl

融,

摩/

固转角日

7一图3.11钢筋混凝土塑性铰的恢复力模型(Takeda武田型)

3)充填混凝土钢构件的恢复力模型

弯矩M

_一

—雹Jf

醚,

2^一一群/:d

(‘

率簪

—M,

≥or.c,tt,y

圈3.12充填混凝±钢构姊鲶恢复力模型(两撬线燮)

一32—

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4)钢构件的恢复力模型

弯矩M

●-●,--一

/崖笋

鬯弦”

自獬。

M讥

朋-m,

一.,。!:r

2虮

2j

率≯

2九

J1

图3.13钢构件的恢复力模型(三折线型)

免震支座的恢复力模型

水平力Q

矶眦

.Z己….L

2q

,l一

一,∥

一33.

么i

白、.

醪!

们’

水平变位6

一Q,|

图3.14免震支座的恢复力模型(三折线型)

公路桥梁抗震设计规范比较

6)板式橡胶支座的恢复力模型

水平力Q

3.5.2阻尼

么/1

水平变位艿

图3.15橡胶支座的恢复力模型

各构件的阻尼系数如表3.2所示。其中,上部结构一般不进入到塑性域;普通橡胶支座没有非线性变形能力;免震支座由于使用非线性模型,滞回曲线中已将阻尼效果自动考虑,所以此处取O;墩柱的构件使用非线性模型,除滞回曲线中包含的阻尼效果外,钢构件另外考虑0.01的阻尼,混凝土构件另外考虑O.02的阻尼;基础使用线性的集约弹性模型。

表3.4桥梁各构件的阻尼系数

构件

钢结构

上部结构橡胶支座免震支座墩柱基础

0.03~0.05

O.1"--,0.3

弹性域

混凝土结构

O.03~0.05

0.04

塑性域

钢结构

混凝土结构

试验等方法决定

0.04

O.02~O.03

0(滞回曲线中已包含)

O.05~O.1

0.01(滞回曲线以外)0.02(滞回曲线以外)

0.2,-一0.4(线性模型)

在每个解析方向上选取两个卓越振型,用这两个振型的阻尼系数来设定Rayleigh型

粘性阻尼矩阵CR"

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簌髅嗵暖

图3.16各种粘性阻尼矩阵的阻尼效果同周期的关系

O.∞

0.15

.a

慧o.10

噬匿

O.惦

O.∞

246810

频率f(Hz)

图3.17Rayleigh阻尼的设定例

一35.

公路桥梁抗震设计规范比较

3.5.3建模

无论在多遇地震条件下还是在罕遇地震条件下的分析模型,通常采用全体系空间结构模型。以下就罕遇地震振动系全体模型的要点作一概要说明。在边界点,构件截面变化位置,内力及变位的计算位置等处设节点。为反映上部结构在竖直平面内的挠度或横桥向水平面内的挠度的2次以上振型,每径间设置6个以上的节点。下部结构能反映2次以上振型,取6个以上节点。对于钢筋混凝土墩柱,可在塑性铰中心位置处设弹塑性回转要素,塑性铰范围内梁要素的弯曲刚性取极大值(比一般梁要素的弯曲刚性高3个数量级程度);塑性铰范围外的梁要素的弯曲刚性取M一咖非线性模型。基础采用集约弹性模型,除6个自由度方向的刚度外,对于深基础,还有两个连成方向的弹性系数。支座采用弹簧要素,随支座类型不同,水平方向的弹性系数可分别看做拘束(固定支座顺桥向,固定及滑动支座的横桥向),自由(滑动支座顺桥向)或弹性支持(橡胶支座及免震支座);在铅直方向,即使是橡胶支座,虽然严密地说也是弹性支持,但由于对结果影响很小,均可看做是固定。

图3.18a桥梁抗震分析用模型例

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图3.18b桥梁抗震分析用模型例

图3.18c桥梁抗震分析用模型例

一37.

公路桥梁抗震设计规范比较

图3.18d桥梁抗震分析用模型例

■■

图3.18e桥梁抗震分析用模型例

一38一

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4钢筋混凝土墩柱地震时水平承载力及容许塑性率

4.1破坏形态的判定及地震时极限水平承载力、容许塑性率

4.1.1钢筋混凝土墩柱的破坏形态

钢筋混凝土的破坏形态由式(4.1)进行判定:

R耋只:弯曲破坏型

B<凡耋‰:由弯曲破坏转移为剪切破坏型‰<凡:剪切破坏型

(4.1)

其中,R为钢筋混凝土墩柱的极限水平承载力(N);只为钢筋混凝土墩柱的抗剪承

载力(№:‰为钢筋混凝土墩柱的正负交替修正作用系数为1.O时算出的抗剪承载力(№。

4.1.2钢筋混凝土墩柱的地震时极限水平承载力

钢筋混凝土墩柱的地震时水平承载力,并不仅仅由墩柱的极限水平承载力决定,对于延性破坏和脆性破坏取值方法不尽相同。随破坏形态的不同由式(4.2)算出:

PH(弯曲破坏型)

(4.2)

踞1R(由弯曲破坏转移为剪切破坏型)

L%(剪切破坏型)

其中,Pn为钢筋混凝土墩柱的地震时水平承载力(N);P。为钢筋混凝土墩柱的开裂弯矩对应的水平承载力(N)。

4.1.3钢筋混凝土墩柱的容许塑性率

对于弯曲破坏是延性破坏,对于由弯曲破坏转移为剪切破坏型和剪切破坏型是脆性破坏。这两种破坏形态下的容许塑性率是截然不同的。Ⅳa随破坏形态的不同,分别由下列方法算出。

1)当判定为弯曲破坏时,容许塑性率由式(4.3)算出:

钢筋混凝土墩柱的容许塑性率

,£=1+壁[坠

“Vy

(4.3)

其中,肚a为钢筋混凝土墩柱的容许塑性率;万。为钢筋混凝土墩柱的极限水平变位(mm);万。为钢筋混凝土墩柱的屈服水平变位(mm);口为安全系数,按下表选取。

一39.

公路桥梁抗震设计规范比较

表4.1判定为弯曲破坏型的钢筋混凝土墩柱容许塑性率算出用安全系数

抗震性能设定籍标

平瑟境爨型罕遥

露睡纛}、型T竿惩地震髑安全系数

地震用安全系数

强震后可修复

3.O1.5强震不铡

2毒

1.2

水平力P

只=B=只

水平变位6

图4.1判定为弯睦破坏型时的地震时水平承载力及窖谗塑性率

4。2地震时水平承载力及水平变位的算出

为算出墩柱在屈服状态和极限承载力状态下的水平承载力,做如下假定和简化:王)截面中各点的应变与距中性轴距离成正比。

2)水平力和水平变位的关系简化为图4.2所示的完全弹塑性关系。3)混凝土的应力.应变关系按4.3节设定。4)钢筋的应力.应交关系如图4。3所示。

4.2.1屈服极限状态

屈服极限状态下的水平承载力和水平交位分别由式(4.4)和式(4.5)算出。

一h

p=盟

岛=熟

(4.4)

㈤,

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其中,8yo为墩柱基部截面最外缘纵向受挝钢筋屈服时墩柱的水平变位(黼),篙称

初屈服变位;Mu为墩柱基部截面的极限弯矩;‰为墩柱基部截面最外缘纵向受拉钢筋

屈服时的弯矩。

4.2.2承载力极限状态

承载力极限状态下的水平承载力和水平变位分别由式(4,6)和式(4。7)算出。

p=盟

‘嚣h

(4.6)

瓯2q+(妒譬一西,纵h-LJ2)

(1/艘);痧秘为墩柱基部截面的极限承载时曲率(1/舳)。

岛=O。2h一0.ID,且O.1D鬟岛SO.5D

尺寸。

其中,易为塑性铰的长度(mm),豳式(4.8)算出;矽,为墩柱基部截面的屈服曲率

(4.8)

其中,D为截面的高度(ram),圆形截面时取直径,矩形截面时取解析方向所对应的

如蟊氐水平褒德艿

图4.2钢筋混凝土单墩柱水平力.水平变位的关系

公路桥梁抗震设计规范比较

钢筋的应力吼

芦L_o.--.一

钢筋的成变毛

|’

4.3混凝土的应力应变曲线

ab:钢筋的屈服点(N/ram=)舔:钢筋的应力(N/ram2)

《N/mm誓墨:钢筋的弹性模鲞

岛:钢筋的应变

混凝土的应力一应变关系如图4.4所示:

嚷=p{l一吉(丢)舻‘Ⅻ鼠瓯)

嚣=粤

上-c。∞u∞

‘%一互懒(5c—s∞)

(s钟<6c冬8龇)

“.9)

(4.10)

缮.薹差)

%2%+3・8印s%

8比吼毗+o.033謦玩引L氍

㈣㈣㈣㈤

铲{s鬈+警㈣一…剐

酽訾…8

f8∞

(平面境界型罕遇地震)

其中,∥c为混凝土的应力度(N/ram2);矿钟为受拘束混凝土的强度(N/ram2);∥伙力混凝土的设计基准强度(N/ram2);6c为混凝±的应变;Ecc为混凝±达到最大压缩力时的应变;f似为混凝土达到极限承载力时的应变;臣为混凝土的弹性模量(N/hun2);

如。为下降坡度(N/ram2):∥。为横拘柬筋体积比:A矗为一根横拘束筋的截面积(m氆1:s

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为横拘束筋的纵向间隔(nⅡn);d为横拘束紧筋有效长(rnm),被箍筋和拉筋所拘束的被分隔的核心混凝土的边长最大值,参照图4.5;矿夥为横拘束筋的屈服强度(N/删一);口、∥为截面修正系数,对于圆形截面∥=1.0、∥=1.0,对于矩形截面和空心圆形截面和空心矩形截面口--0.2,∥=0.4;,l为式(4.10)所定义的系数。

日"(E。一E。。)

O.

图4.4混凝土的应力一应变关系

P十、■

犷。兔

D’

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。楣

匙乡

Il

1y

E、l

』c|j

陔..

l^^^

卜刍

?轴方向:d=dl—d3

中的最大值

,轴方向:d=d.一d6

中的最大值

(a)圆形截面

(b)矩形截面

图4.5a横拘束筋有效长的取法

公路桥梁抗震设计规范比较

JI

}Z1

2轴方向:d=dl一如

中的最大值

Y轴穷羯:d=d¥~疸ll

中的最大值

(c)空心截夏

图4.5b横拘束筋有效长的取法

|\。/。

一乙董

qV

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‘1.-

/。\。

二61,{

凸66

/。\

k一

z轴方向:d=dl~d4中的最大值

y轴方向:d=ds

£∞夺剿鍪藏嚣

图4.5c横拘束筋有效长的取法

4。4抗剪承载力

抗剪承载力由式(4.16)算出:

只=sc+迅sc=‰c.%vcbd

s=—Aj—T毋dT(si面nO+_cosO)

一秘一

(4.18)

搿.16)(4.17)

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其中,B为抗剪承载力(N);&为抗剪承载力中混凝土负担的部分(N);f。为混凝

土所能负担的平均剪切应力度(N/mm2),按表4.2选取;先为由荷重的正负交替作用影响的修正系数,对于平面境界型罕遇地震为O.6,对于内陆直下型地震为0.8;岛为由墩柱截面有效高影响的修正系数,参照表4.3;锄为由纵向受拉钢筋比影响的修正系数,参照表4.4;b为抗剪承载力计算垂直方向上墩柱截面的幅(mm);d为抗剪承载力计算

平行方向上墩柱截面的有效高(I砌),取法参照图4.6一图4.8;P,为纵向受拉钢筋比,位

于中性轴受拉一侧纵向钢筋截面积除以施的值(%);品为抗剪承载力中抗剪钢筋负担的

部分(N):Aw为间隔为a角度为夕的抗剪钢筋的截面积(咖);矿卯为抗剪钢筋的屈服点

(Nlmm2);夕为抗剪钢筋与铅直轴所成的角度(o);口为抗剪钢筋的间隔(ram)。

表4.2混凝土所能负担的平均剪切应力度z-c(N/mm2)

混凝土的设计基准强度a赢N/mm2)混凝土所能负担的平均剪切应力度z-e(N/mm2)

21

24O.35

27

30O.37

40

O.33O.36O.4l

表4.3由墩柱截面有效高影响的修正系数岛

有效高d(mm)

1000以下

1.O

3000

O.7

5000

10000以上

0.5

0.6

表4.4由纵向受拉钢筋比影响的修正系数锄

纵向受拉钢筋比pf(%)

c西

O.2O.9

0.31.0

O.5

1.2

1.0以上

1.5

图4.6矩形截面有效高d的取法

范文三:桥梁抗震设计规范现状 投稿:严舍舎

桥梁抗震设计规范的现状(一)

前言

我国现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)在80年代中期开始修订,于1989年正式发行。随着我国90年代经济起飞,交通事业迅猛发展,特别是高速公路的兴建、跨越大江、大河的大跨桥梁、大型立交工程以及城市中大量高架桥的兴建.规范已大大不能适应.但是目前所有国内的桥梁设计,对抗震设计均在设计书上标明的参照规范即是《公路工程抗震设计规范》和《铁道工程抗震设计规范入近十年来,1989年美国Loma Prieta地震(M7.0),一个中等强度地震导致了桥梁的破坏,这一后果告诫人们现代城市交通网络中断的危害性。1994年美国Northridge地震(M6.7),也是一个中等强度地震,造成洛杉矶市高速公路上多座桥梁崩坍,严重的交通中断造成巨大的经济损失.最近的日本Kobe地震(M7.2),同样是一个中等强度的地震,造成大量高速公路、高速铁路桥隧的破坏,使经济遭受巨大损失。如都以当时的币值为准,以上三次中等强度地震导致城市经济总损失分别为70、200、1500亿美元。

日本1995年限神地震后,对结构抗震的基本问题重新进行了大量的研究,并十分重视减振、耗能技术在结构抗震设计中的应用。桥梁、道路方面的抗震设计规范已经重新编写,并于1996年颁布实施:美国也相继在联邦公路局(FHWA)和加州交通部(CALTRANS)等的资助下开展了一系列的与桥梁抗震设计规范修订有关的研究工作,已经完成了ATC-18、ATC-32和ATC-40等研究报告和技术指南。与旧规范相比,新规范或指南无论在设计思想、设计手法、设计程序和构造细节上都有很大的变化和深入。相比之下我国现行《公路工程抗震设计规范》水准远落后于国外同类规范。若不进行改进,其后果必然是我国不少的桥梁工程将留下地震隐患。

我国管理部门已经认织到上述问题。建设部已委托同济大学士木工程防灾国家重点实验室范立础主编新编的《城市桥梁抗展设计规范》,由北京、天津、上海等四家市政工程设计研究院参编;上海市建委抗震办公室也委托同济大学土木工程防展国家重点实验室主编《上海城市桥梁抗震设计规范》。同时,交通部也着手修订《公路工程抗震设计规范》。本文的任务是对目前各国的桥梁抗震设计规范的使用和研究现状进行介绍和比较,探讨我国桥梁抗震设计规范的修订中的一些主要问题.

桥梁抗震设计的基本思想

结构抗震设计的基本思想和设计准则是制定规范的最重要之处,它决定了抗震设计要达到的目标、采用的设计地震动水平和地震反应的计算方法。因此这里首先介绍世界几本主要的桥梁抗震设计规范的基本设计思想。

当前主要地震国家桥梁抗震设计规范的基本思想和设计准则是:设计地震作用基本分为两个等级,都可归纳为功能设计地震和安全设计地震。虽然各规范使用的

名词不同,但其思想是基本一致的:功能设计地震具有较大的发生概率、安全设计地震具有很小的发生概率。在功能设计地震作用下,桥梁结构只允许发生十分轻微的破坏,不影响正常的交通,不经修复也可以继续使用;在安全设计地震的作用下,允许桥梁结构发生较大的破坏,但不允许发生整体破坏,如倒塌、落梁,欧洲规范对此规定得最为清楚、具体。比较起来,我国公路工程抗震设计规范仍在使用烈度概念,关于抗震设计的指导思想对于桥梁来说过于笼统。

各国桥梁抗震设计规范中虽然设定了两个水准,但在具体的设计程序上绝大多数仍坚持以安全设计地震为准的单一水平设计手法,并认为第一设计水准的要求自动满足。这种情况可能发生变化,ATC-32和日本即将出版的新的桥梁抗震设计规范都建议对两个设计地震动水准进行直接设计。这代表了桥梁结构抗震设计具体程序上的一个变动方问。

桥梁抗震设计规范的现状(三)

3.4 地震设计谱的阻尼修正

阻尼比是影响反应谱值一个重要参数。当结构阻尼比较小时,其变化会显著地改变反应谱值,从而影响结构所受地震力的大小。一般规范设计反应谱均以一个标准阻尼比值(通常取0.05)为基准,当结构主要振型的阻尼比偏离此标准值较多时,需要对设计反应谱进行修正。AASHTO、ATC-32、Caltrans和NZ规范不对反应谱进行阻尼修正,而EC-8、JAPAN和中国公路规范对设计谱进行阻尼修正。

实际上,规范反应谱是否需要进行阻尼调整与以下两件事有关:(1)所适用的结构。一般说来,不同材料建造的结构(如钢结构、混凝土结构),阻尼特性相差很大。若规范适用的范围广,则阻尼调整是必需的;(2)控制结构反应的振型数。结构计算依赖于阻尼的假定,阻尼假定导致不同振型有不同的阻尼比。若结构的反应由多个振型控制,则可能要求对阻尼比进行修正。美国规范(如Caltrans规范)规定只适用于钢筋混凝土结构的普通桥梁,因此材料阻尼基本相同。同时,这些桥梁结构的抗震设计重点在桥墩和基础,其地震反应主要由第一阶振型控制,高振型的贡献很小,因此通常采用单自由度体系模型进行动力计算,这样就无需进行反应谱的阻尼调整。即使采用多自由度体系计算模型,由于地震反应主要由第一振型控制,高振型阻尼比的变化导致的反应谱的修正对反应的最后预测结果影响甚小、因此从实际意义上说,可以不对反应谱进行阻尼调整;(3)特殊的阻尼元件。结构减隔震设计方法已经和即将写入各国的桥梁抗震设计规范。减、隔震元件的阻尼特性显著不同于结构的材料阻尼特性。有两个原因,第一,减隔震装置产生的阻尼是集中阻尼,而材料阻尼是分布阻尼;第二,减、隔震装置的阻尼比通常远高于材料的阻尼比。这种情况下显然要对反应谱值进行合理的修正,但如何修正尚待研究。1997年7月出版的“Caltrans抗震设计准则”提出了一个修正方法,但只针对位移反应的计算结果进行修正。

4.地震反应分析和计算方法

各国桥梁抗震设计规范采用的地震反应分析方法列于表4。可以看到,目前规范计算地震反应的方法有四种,即等效静力法、线性动力法、非线性静力法和非线性动力法。其中等效静力法和弹性动力法是目前规范中广泛应用的方法。非弹性静力分析方法主要是用来确定结构的倒塌机制和能力。ATC-32和Caltrans于1999年出版的桥梁抗震设计准则中引入这一方法,将来可能有的规范引入这一方法。各国规范对非弹性动力法用于桥梁抗震设计一股只有定性的指导性条款,而没有实施细则。这一方面是由于非弹性问题过于复杂,另一方面工程师在掌握这一方法方面还需要一定的准备和培训时间,在我国的桥梁设计部门、越来越多的研究生加入设计队伍、使用复杂分析方法的问题会逐步得到解决。

5.混凝土结构设计

国内外的公路桥梁绝大多数是钢筋混凝土结构,各国桥梁抗震设计规范也主要是针对这种桥梁结构编写的。表5列出了各国规范在钢筋混凝土构件设计方面的方法:

可以看到.美、欧、新西兰规范对很多设计的细节问题都给出具体的设计方法和要求,日本规范虽未给出配筋等具体设计细节,但给出了详细的混凝土构件允许和极限能力的分析方法,此法可以考虑混凝土、主筋及箍筋等的作用。相比之下,我国现行的《公路工程抗震设计规范》在这方面十分不足,亟待补充和改进。

6.约束和减隔震、耗能设计

约束装置的设计和使用已经写入各国的桥梁抗震设计规范,我国现行的《公路工程抗震设计规范》也有这方面的条款,见表6。减、隔震和耗能技术则是在近几年才开始进入桥梁结构抗震设计规范的。美、日、欧、新西兰规范中部有详略不同的条文规定.我国现行的《公路工程抗震设计规范》没有这方面的条款,是需要补充的一个方面。减、隔震和耗能技术虽然已经有几十年的研究历史,但其应用还处于起步阶段,相应的技术法规还不完善。以往这一技术在桥梁上的应用实例尚不多。日本在阪神地震后,在桥梁修复、加加固中应用较多,但实际效果如何还有待考验。

7.对我国城市桥梁抗震设计规范的建议

前面几节对我国与美、日、欧和新西兰等国的桥梁抗震设计规范进行了对比,总的来说,我国现行的《公路工程抗震设计规范》在设计思想、设计方法、构造措施和条文可执行性等方面显得落后许多。近十几年发生在世界各地的大地震给桥梁结构造成了重大破坏,同时也促进了桥梁抗震设计规范的修订工作。规范的修订主要参考了近十几年来的地震震害经验,同时借鉴了结构抗震研究领域的最新研究成果。概况起来,新规范的发展动向有以下几个方面:

(1)抗震设防标准。这是桥梁结构抗震设计的最基本问题。过去的几十年的时间里,研究者和工程师都提出分级抗震设防的原则:即小震不坏;中震发生有限的结构或非结构构件的破坏;大震发生严重的结构和非结构构件的破坏,但不产生严重的人员伤亡;而在可能袭击工程场地最严重的地震作用下,结构不倒塌。这些基本的结构性能目标今天被大多数的设计规程所采用。但传统的作法是,只针对单一的地震作用水平进行结构的抗震设计。现在的问题是针对每一个目标都结出相应的具体设计程序。这样一来,就需要对目前实际上还是单一水准强度抗震设计原则进行修订,采用多水准、多设防目标和多阶段的抗震设计原则。

(2)延性和位移设计:传统的桥梁抗震设计采用强度设计方法,即使考虑到延性和位移,也是通过强度指标间接地实现。现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性,很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数,这样就将形成多参数抗震设计方法:在这方面,各种非弹性反应谱的研究和应用工作一直在进行。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经引入了位移设计的概念和方法。

(3)减、隔震和耗能设计:桥梁结构减、隔震和耗能技术经过数十年的研究和开发后,已经逐渐进入实用阶段。未来桥梁结构的抗震设计规范应对这些技术在桥梁抗震设计中的应用作出具体、细致的规定。实际上, 日、美、欧、新西兰等主要地震国家的桥梁抗震设计规范已经引入相应的条款,我国新的《城市桥梁抗震设计规范》和即将修订的《公路工程抗震设计规范》也应有相应的章节规范这一技术的使用。应当注意,这一技术对桥梁的实际减震效果虽有少量的验证,但其减震规律变化和经济合理性都有待深入论证。

(4)构造细节。桥梁结构抗震设计中的许多问题目前还不能完全通过定量化方法加以解决。因此根据震害经验、概念设计和定性研究的结果提出构造细节方面的要求,对保证桥梁结构的抗震安全十分重要。美、欧等国家的桥梁结构抗震设计规范和准则都已十分重视这一点。我国现行的《公路工程抗震设计规范》在这方面明显不足,新编的《城市桥梁抗震设计规范》将特别注意这方面的问题。

(5)桥梁结构基础抗震设计。从历次大地震震害可以看出,基础破坏是导致桥梁结构地震破坏的主要原因之一。由于困难大,我国现行《公路工程抗震设计规范》以若干定性的条款,从工程选址方面加以考虑。今后应重视基础本身的抗震设计,特别是对于桩基础等。这方面,美国的桥梁抗震设计规范和准则规定得比较详细,是我们应当学习之处。基于阪神地震的经验,地震后桥梁上部结构的修复和重建都比下部基础经济和省时、省力,因此桥梁基础的抗震能力的要求应比桥墩高。

(6)规范条文的可操作性。

8.结语

首先对世界主要桥梁结构抗震设计规范的现状进行了较为详细的对比,指出了我国现行《公路工程抗震设计规范》中存在的一些缺点。同时还对国际上桥梁结构抗震设计规范的发展动向进行了总结,提出了编制我国新《城市桥梁抗震设计规范》的一些总的意见。观点和结论均是个人见解,文中的遗漏和错误之处,同行批评和指正。

日本桥梁抗震设计规范

新公路桥梁抗震设计细则讲解

现行桥梁抗震设计规范对超长多跨连续梁桥的适用性分析

范文四:日本桥梁抗震设计规范 投稿:田悟悠

日本桥梁抗震设计规范--基础设计方法

【摘要】本文对世界主要的桥梁结构抗震设计规范基础部分的现状进行了概略的比较,着重介绍日本桥梁抗震设计规范中基础的设计方法,并指出了中国现行《公路工程抗震设计规范》基础部分中存在的一些不足。

关键词 桥梁 基础抗震设计 日本规范

一、引言

近十年来,世界相继发生了多次重大地震,1989年美国 Loma Prieta地震(M7.0)、1994年美国Northridge地震(M6.7)、1995年日本阪神地震(M7.2)、1999年土耳其伊比米特地震(M7.4)、1999年台湾集集地震(M7.6)等等。因此,专家们预测全球已进入一个新的地震活跃期。随着现代化城市人口的大量聚集和经济的高速发展,地震造成的损失越来越大。地震灾害不仅是大量地面构筑物和各种设施的破坏和倒塌,而且次生灾害中因交通及其他设施的毁坏造成的间接经济损失也十分巨大。以1995年日本版神地震为例,地震造成大量高速公路及高速铁路桥隧的毁坏,经济总损失高达1000亿美元。 近几次大地震造成的大量桥梁的破坏给了全世界桥梁抗震工作者惨痛的经验教训。各国研究机构纷纷重新对本国桥梁抗震规范进行反思,并进行了一系列的修订工作。日本1995年阪神地震后,对结构抗震的基本问题重新进行了大量的研究,并十分重视减振、耗能技术在结构抗震设计中的应用。桥梁、道路方面的抗震设计规范已经重新编写,并于1996年颁布实施。美国也相继在联邦公路局(FHWA)和加州交通部(CALTRANS)等的资助下开展了一系列的与桥梁抗震设计规范修订有关的研究工作,已经完成了ATC-18,ATC-32T和ATC-40等研究报告和技术指南。与旧规范相比,新规范或指南无论在设计思想,设计手法、设计程序和构造细节上都有很大的变化和深入。

中国现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)在80年代中期开始修订,于1989年正式发行。随着中国如年代经济起飞,交通事业迅猛发展,特别是高速公路兴建、跨越大江,大河的大跨桥梁、大型立交工程以及城市中大量高架桥的兴建,规范已大大不能适应。但是目前所有国内的桥梁设计,对抗震设计均在设计书上标明的参照规范即是《公路工程抗震设计规范》和《铁道工程抗震设计规范》。与国外如日本、美国的同类规范相比,中国现行《公路工程抗震设计规范》水准远落后于国外同类规范。若不进行改进,则必将给中国不少桥梁工程留下地震隐患。

本文主要介绍了各国桥梁抗震设计规范中基础部分的抗震设计。基础部分对全桥的地震响应以及墩柱力的分布均有非常重要的影响。基础设计不当会导致桥梁墩柱在地震中发生剪断、变形过大不能使用等等,有时甚至是桩在根部直接剪断破坏。基础设计需要考虑的方面除了基础形式的选择以外还包括抗弯强度、抗剪强度桩基础连接部分的细部构造、锚固构造等方面。本文首先对中、美、日、欧洲、新西兰五国或地区抗震设计规范中有关基础的部分进行了一般性的比较。笔者认为,相对而言中国的规范在基础抗震设计方面较为粗糙、可操作性不强。而日本规范在这方面作的最为细致,技术也较为先进。

因此,在随后的部分中详细介绍了日本抗震规范的基础设计方法。

二、主要国家桥梁抗震规范基础抗震设计的概况

本文将中国桥梁抗震规范与世界上的几种主要抗震规范(美国的AASHTO规范、Cal-tans规范、ATC32美国应用技术协会建议规范,新西兰规范NZ,欧洲规范EC8,日本规范JAPAN)进行基础抗震设计方面的比较,见表1。

从表1可以看出,中国桥梁抗震设计规范有关基础设计的部分十分笼统,只以若干定性的条款,从工程选址方面加以考虑,而对基础本身的抗震设计,特别是对于桩基础等轻型基础抗震设计重视不够。这方面,日本的桥梁抗震设计规范和准则规定得比较详细,是我们应当学乱之处。基于阪神地震的经验,地震后桥梁上部结构的修复和重建都比下部基础经济和省时、省力,因此桥梁基础的抗震能力的要求应比桥墩高。

三、日本桥梁基础抗震设计流程

四、日本桥粱基础抗震设计方法细节

1.按上述流程图,先用震度法设计。震度法基本概念是把设计水平震度

Kh乘以结构Kh的计算方法如下:

其中Cz--地区调节系数(见表2);

Kh0--设计水平震度的标准值(见表1)。

表1中的固有周期T计算方法如下:

其中, δ是把抗震设计所确定的地基面以上的下部结构质量的80%或100%和该下部结构所支承的上部结构质量的 100%之和作为外力施加到结构上在上部结构惯性力作用点位置发生的位移(见表3)。

2.用震度法设计以后,如果基础结构是桥台基础或者桥墩的扩大基础,不需要用地震时保有水平耐力法设计。这是因为设计桥台基础时,地震时动力压力的影响非常大,此外结构背面存在的主体也使结构不容易发生振劾。而对于扩大基础来说一般地基条件非常好,因此,地震时基础某些部位转动而产生非线变形可以消耗许多地震能量。

3.用地震时保有水平耐力法设计时,首先要判断基础水平耐力有没有超过桥墩的极限水平耐力。这是因为地震时保有水平耐力法的基本概念是尽量使地震时在桥墩而不是在基础出现的塑性铰。如果在基础出现塑性铰,发生损伤后,修复很困难。所以,我们要把基础的行为控制在屈服范围内。

如果基础水平耐力小于桥墩的极限水平耐力,则要判断桥墩在垂直于桥轴方向的抗震能力是不是足够大(按式(3))。因为如果桥墩在垂直于桥轴方向具有足够大的抗震能力(例如壁式桥墩),而且基础的塑性反应在容许范围以内,则基础的非线性行为能吸收大量的振动能量并且基础仍然是安全的。

桥墩的极限水平耐力Pu≥1.5KheW (3)

Khco--设计水平震度的标准值(见表4);

Cz--地区调节系数(见表2);

μa--容许塑性率(见表5,表6);

W-一等价质量( W=Wu十CpWp);

Wu--振动单位的上部结构质量;

Wp--振动单位的桥墩质量;

Cp--等价质量系数(剪断破坏时1.0,剪断破坏以外是0.5)。

4.桥墩的极限水平耐力满足Pu≥1.5KheW时,对基础塑性率进行对照检查。虽然基础的非线行为能吸收大量振动能量,但是对于有的基础部件来说,可能会遭受过大的损伤。所以要控制基础的反应塑性率,按如下要求:

μFR≤μFL (4)

式中μFR--基础反应塑性率(见表7);

μFL--基础反应塑性率的限度(见表8)。

5.发生液化时,要降低土质系数。随后的计算(对照和检查)同上述方法基本一致。

6.在地震时保有水平耐力法的流程中,最后是对基础水平位移、转角的对照和检查。要求是基础最大水平位移为40cm左右,基础最大容许转角为0.025rad左右。

五、结语

本文对世界主要的桥梁抗震设计规范的基础设计方法进行了一定的比较,主要介绍了日本桥梁抗震设计规范的基础设计方法。总的来说,日本的基础设计方法规定比较细致,相对而言,中国现行《公路工程抗震设计规范》的基础设计方法比较笼统,对于扩大基础和桩基础没有分开规定。这一点,在新规范制定时应予以重视。

参考文献

[1]C.Rojahn,R.Mayes,D.G.Anderson,J.Clerk,J.H.Hom,R.V.Nutt and M.J.O'Rourke,Seismic Design Criteria for Bridges and Other Highway Structures, Technical Report NCEER-97-0002, April 30, 1997

[2]日本道路协会,道路桥示方书.同解说:V耐震设计编,1996.8

[3]交通部公路规划设计院主编.公路工程抗震设计规范(JTJ004.89).北京:人民交通出版社,1990

[4]交通部公路规划设计院.公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)条文说明.北京:人民交通出版社,1992

范文五:国内外桥梁抗震规范比较 投稿:彭機橠

李永:国内外桥梁抗震规范比较

国内外桥梁抗震规范比较

李永

(新疆交通运输厅,乌鲁木齐830000)

摘要:桥梁的抗震能力很大一部分取决于桥梁的抗震设计,本文从桥梁抗震设计基本原理、设计准则和支座抗震设计等方

面对各国桥梁抗震规范进行比较,以帮助工程师提高对桥梁抗震规范的理解和理念。关键词:桥梁抗震设计;桥梁抗震规范;抗震设计基本原理;支座抗震设计中国分类号:U48

文献标识码:B

1前言

地震这一不可抗拒的自然灾害发生给各国人民造成了巨大的直接和间接损失。道路的保通是救援和减灾的关键,而桥梁又是道路交通的要塞,在地震中一旦发生破坏,将直接导致交通瘫痪。由此,必须重视桥梁的抗震能力。

通过对地震灾害中桥梁破坏的资料分析发现,引起桥梁震害的原因主要有:所发生的地震强度超过了抗震设防标准;桥梁场地对抗震不利,地震引起地基失效或地基变形;桥梁结构设计、施工错误;桥梁结构本身抗震能力不足。因此,桥梁抗震设计是一个很重要的因素。地震造成沉痛灾害也促使各国不断提高桥梁抗震设计方法和水平。本文将对国内外几个桥梁抗震设计规范,从抗震设计基本原理、设计准则和支座抗震设计等方面进行了对比分析,得出相关的结论。

梁(常规的板、梁、桁架或箱梁),抗震基于位移的方法设计。按照设计地震周期为1s时的谱加速度值,将桥梁分为A、B、C、D四类:A类桥梁只需满足最小支承长度、上下部结构间连接力的构造要求;B类桥梁除需满足相应的构造要求外,还要进行需求分析、验算及柱的剪切强度的设计;C类桥梁除需满足相应的构造要求外,还需要在识别其抗震体系的基础上进行需求分析,并用能力设计方法进行结构设计;D类桥梁除需满足相应的构造要求和识别其抗震体系、进行需求分析外,还要用pushover分析方法进行结构能力设计。2.2欧洲规范中桥梁抗震设计基本原理和设计准则

欧洲规范适用于由桥台或桥墩的弯曲能力来抵抗水平地震作用,也适用于拱桥、斜拉桥等,对跨径无限制,但不适用于悬索桥。

针对设计基准期内发生的地震,欧洲规范提出了两水准抗震设防目标:不倒塌要求,这对应于设计地震;限制破坏要求,通过设计延性耗能构件,当遭受高概率地震作用时,只发生极小的破坏,不影响交通。

欧洲规范为实现“不倒塌要求”给出了基于力和位移的两种验算方法。基于力的设计、可用于脆性结构和延性结构,采用线性方法分析结构地震反应;基于位移的设计只用于延性结构。

2.3日本规范中桥梁抗震设计基本原理和设计准则

日本规范适用于跨径200m以下的桥梁,为基于强度的抗震设计,采用三水准抗震设防,两阶段抗震设计。日本规范桥梁抗震性能目标等级如表1所示。

2各规范中桥梁抗震设计基本原理和设计准则

桥梁抗震设计的基本原理和设计准则是制定规范的基础,它决定了抗震设计要达到的目标、采用的设计地震动水平和地震反应的计算方法等。常采用的两种方法:基于力的方法,由反应谱法或者等效静力法分析;基于位移的方法,以位移作为地震破坏的衡量标准,允许结构在地震荷载的作用下发挥其必须的功能。

2.1AASHTO中桥梁抗震设计基本原理和设计准则

AASHTO适用于桥梁跨径不超过150m的普通桥

收稿日期:2015-05-16

作者简介:李永(1970-),男,新疆乌鲁木齐市人,主要从事科技管理、交通信息化等工作。

表1

日本规范桥梁抗震性能目标等级

2.4中国规范中桥梁抗震设计基本原理和设计准则

中国规范主要适用于单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥。对于斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150m的特大跨径梁桥和拱桥,设计思想

表2

桥梁抗震设防类别

A类B类C类为基于位移的抗震设计,将单一的强度抗震设计修改为强度和变形双重控制。桥梁的抗震设防目标如表2所示。

各类桥梁的抗震设防目标

设防目标

不需修复或经简单修复

应保证不致倒塌或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用

一般不受损坏或不需修复可继续使用

应保证不致倒塌或产生严重结构损伤,经临时

加固后可供维持应急交通使用

3支座的抗震设计及验算

桥梁支座在地震中的破坏可以分为正常使用、损伤发展、完全失效3个阶段,根据支座特性,各国规范对支座的抗震设计和安全验算作了相关规定。3.1AASHTO中支座抗震设计

对于普通标准桥梁,支座设置为可牺牲构件,采用工作荷载来设计支座及其细部结构。但是支座在地震作用下,要确定其能力和破坏模式,支座的细部构造要求易于检修,易于更换。3.2欧洲规范中支座抗震设计

1.0,且要求支座易于更换,连接结构作为设防的第2道

固定支座采用能力设计效应,但是q值不超过

变形。

3.3日本规范中支座抗震设计

将支座分为A、B两种型号支座。A型支座的设计地震力是通过地震系数法的设计水平力系数计算的惯性力,B型支座的设计地震力是通过延性设计法的等效水平力系数对应的水平力。并对容许应力强度做出了规定。当地震力的计算值在(1)式和(2)式所给定的上下限值时,对A、B型支座都要考虑到地震力。采用B型支座时,(2)式计算时有RU-0.3RD。RL和RU对向下的地震力取值为正。

2

RL=RD+R2HEQ+RVEQ

(1)(2)

防线。对于滑动支座的要求不妨碍设计地震位移量。橡胶支座的布置应满足:(1)对于单个支承,与施加的位移相一致,如果设计地震作用力由连接结构承担,橡胶支座仅抵抗非地震水平力;(2)所有的支承或者单个的支承,与阻尼器等联合起到(1)中的作用;(3)所有的支承,抵抗非地震和地震作用;(4)上述(1)、(2)中的橡胶支座要求能够抵抗设计地震作用下的最大剪切

式中:RL-支座向下反力,KPa;RD-上部结构产生的

2RU=RD-R2HEQ+RVEQ

支座静载反力,KPa;RHEQ-设计水平地震用于水平方的支座反力,KPa;KPa。RU-支座向下反力,3.4中国规范中支座抗震设计

向时支座反力,KPa;RVEQ-设计水平地震用于竖向时

规定了B、C类桥梁的支座验算。(下转第58页)

量提供更优质的服务。

参考文献

1GB/T230.1-2009,金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺).

2GB/T230.2-2002,金属材料洛氏硬度试验第2部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的校验与校准.

3G30乌鲁木齐绕城高速公路(东线)WRDX-3标锚具夹片检测报告(MJ)字第(2014-075)号.

4.2对比分析结论

通过以上2种不同试验方法的对比可以得出:夹片圆锥面的洛氏硬度试验检测比大端面的洛氏硬度试验检测更具有代表性,故本人认为选择圆锥面的洛氏硬度试验更为合理。

5结语

标准和规范是检测工作的依据,试验方法作为其中的重要内容应尽可能地细致和明确,以避免由于方法不同而造成检测结果的差异,以便能更好为施工质

􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔􀤔

(上接第54页)在E2地震作用下,按下列要求进行板式橡胶支座的抗震验算:

X支座厚度验算:∑t=X0

(1)除欧洲和日本桥梁抗震规范是基于强度设计外,其它规范都采用基于位移设计,以结构和构件的位

(3)(4)

移为验算指标,并对结构的性能目标有明确的规定,这体现了桥梁抗震设计的发展方向-基于性能的抗震设计。

(2)支座作为“牺牲单元”或“保险丝式单元”的概念并没有被提及或者推荐采用,设计时桥梁上、下部结构之间的连接仍按弹性进行设计。

参考文献

式中:t-支座厚度;X0-地震作用下水平向的位移;

支座抗滑稳定性验算:μdRbEhzb

Ehzb-支座的水平剪力。

抗震验算:

γ-水平变形剪切角;μd-摩擦系数;Rb-支座反力;

在E2地震作用下,应按下列要求进行盆式支座的活动盆式支座:X0Xmax

(5)(6)

1王克海.桥梁抗震研究(第二版)[M].北京:中国铁道出版社,2014.ed.,AmericanAssociationofStateHigh-wayandTransportationOfficials,Washington,式中:X0-地震作用下水平向的位移;Xmax-水平向的Emax-固定支座的最大水平力容许值。最大容许位移;

EhzbEmax固定盆式支座:

2AASHTO,StandardSpecificationsForHighwayBridges[S],16th

3日本道路协会.道路示方同解V耐震性能篇[S],2002.通出版社,2008.

4结论

论文对各规范中的抗震设计基本思想和设计准则及支座抗震设计进行阐述,比较后发现:

4JTG/TB02-01-2008,公路桥梁抗震设计细则[S].北京:人民交5范立础.桥梁延性抗震设计[M].北京:人民交通出版社,2001.

范文六:桥梁抗震的延性与隔震设计:从欧洲桥梁抗震规范探讨我国公路桥… 投稿:侯嫥嫦

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c } 8   I 一 [ f   梁 抗 震的 延 性 与隔 震 设 计  

卷 年  第 比 

— —

从 欧 洲桥 梁抗 震规 范’ 探 讨 我 国公 路 桥 梁 抗 震 规 范 的 发 展 

袁 万城 

范立础 

L j  

・  

“ 司 济 大学桥 梁工 程 系. 上海, 2 0 0 0 9 2 )  

翩  

摘要

以对 比欧 神桥 粱抗 震设计 规 范与, ^ 、 路 工程抗 震设 计规 范 的方 式 , 就 欧神 桥 粱抗 震设 计规 范 的应 

用 范围、 基 本要 求 . 依 燕标 准. 地 震作 用、 分析方 法 . 延性 与隔震设 计 方法等 方 面作 简单介 绍. 对我 国, ^ 、 蓐 

桥 景 抗 震 规 范 发 展 方 向 进 行 了探 讨 . 井 提 出筵 胜 与 隔 震 设 计 方 法 应 置 桥 梁 抗 震 设 计 的 主 要 方 法 .  

关键 词

抗 震 规范 :延 性 :隔 震 

中 图 法分 类号

TU4 4 2  

目前 我 国 公 路 桥 梁 抗 震 设 计 规 范 ( J T J 0 0 4 —8 9 ) 是自1 9 8 6年 起 至 1 9 8 9年 止 . 由交 通 部 

公 路 规 划 设 计 院会 同 有关 设 计 、 科研和高等院校等单位对 1 9 7 7年 发 布 的 《公 路 工 程 抗 震 设   计规范 》进行修订而成的. 有 关 桥 梁 部分 增 加 了使 用 橡 胶 支 座 的 梁 桥 、 弯桥、 动水压力、 动 土  压力、 连 孔 拱 桥 等 的 地 震 荷 载设 计 计算 公 式 ; 修 订 了 反 应谱 曲线 . 与原 规 范 相 比有 较 大 的 修 改 

塑  

嘲  

和补充 , 有 许 多 独 到 之处 .  

近几年来 . 随 着 我 国经 济 的 加 速 发 展 , 太、 中型 桥 梁 , 特 别 是 斜 拉 桥 的建 设 发 展 迅 猛 . 同 

时使 用 的 混凝 土强 度 也 在 不 断增 加 , 城 市高 架 桥 梁朝 着轻 型美 观 发 展 . 因此 对 公 路 桥 梁抗 震  1 5 0 m 的 钢 筋 混 凝 土 和 预应 力 混 凝 土 梁 桥 、 圬工或钢筋混凝土拱 桥的抗震设计 , 要 满 足 总 则 

规 范 的 试 用 范 围提 出 了 更 高 的要 求 . 另 一 方 面 对 于 即使 满足 规 范 适用 范 围 内 的跨 径 不 超 过 

第 1 . 9. 3条 的规 定 . 在 实 践 操 作 上 也 是 难 以实 施 的 . 这 是 因为 我 国 目前 实 行 的 规 范 . 采 用 了 

与延 性 有 关 的综 合 影 响 系数 C 值 进 行 地 震 荷 载 的折 减 后 , 只 进行 极 限 状 态 的 抗 震 强度 和 稳  定 性 验算 , 而 投 有 进 行 极 限位 移 或 延 性 的验 算 .  

我 国的公路 规范虽然针对橡胶 支座 桥梁提 出了地震荷 载的设计计算公式 , 但对于提 高 

桥 梁 的抗 震 性 能 , 从 隔 震 的 概念 来 看 , 还缺少必要的规定和设计方法 .  

新 的 欧

洲 桥 梁 抗 震 规 范( Eu r o c o d e   8 : S t r u c t u r e s   i n   S e i s mi c   Re g i o n s - - De s i g n . Pa r t  

2 :Br i d g e s )  ̄ J l 刚 问世 , 本文 将 以对 比的方 式 简 要 介 绍 欧 洲 桥 梁 抗 震 规 范 ( 以下 简 称 欧 规 ) 并 探 

讨 我 国公 路 桥 梁 抗 震 规 范 ( 以 下简 称 部 规 ) 的发展.  

本文 收到 日期 : 1 9 9 4年 7月 2 日   第一 作者 : 男, 1 9 6 2 年 生, 副研究 员 

‘ Eur o co de   8 .St r uc t u r e s   i n   Se i s mi c   Re gi on s - De s i gn.Pa r t   2:Br i dge s . Dr af t .1 9 9 3  

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报 

第 2 2 卷 

1   欧 规 与部 规 的基 本 比较 

1 . 1 主 要 应 用范 围  欧规 主要 应 用 于 由桥 台或 桥 墩 的 弯 曲 来 抵 抗 水 平 地 震 作 用 的 抗 震 设 计 , 它 包 括 竖 向 或  接 近 竖 向桥 墩 系 统 支 承 的桥 梁 上 部 结 构 , 也 可 以应 用 于 拱桥 、 斜拉桥等 .  

部规适 用于跨径 不超过 1 5 0 m 的钢 筋 混 凝 土 和 预 应 力 混 凝 土 梁 桥 、 圬 工 或 钢 筋 混 凝 土 

拱 桥 的抗 震 设 计 、  

1 、 2 基 本 要 求  欧 规 :① 极 限状 态 :在 发 生设 计 地 震 后 , 桥 梁将 仍 保 持 它 结 构 整 体 性 并 且 仍具 有 足 够  的抗力, 但 桥 梁 的一 些 部 件 允 许 相 当 程 度 的 损 坏 , 以保 证 结 构 能 维 持 紧迫 的 交 通 需 要 :② 工  作 限 状 态 : 在桥 梁 的 设 计 年 限 内经 历 常遇 地 震 后 , 设 计 用 于 耗 能 的 部 件 应 当 仅 产 生 次 要 破  坏, 能维持正常交通或抢修后即可恢复交通.   部 规 :在 发 生 与 之相 当 的基 本 烈 度 地 震 影 响 时 , 保 证 位 于 抗震 危 险 地 段 桥 梁 不发 生 严 重 

破坏.   1 . 3 依 照 标 准 

欧 规 :进 行 强 度 验 算 和 能 力 设 计 ( 通 过使 用 专 门 的耗 能 装 置 , 或 弯 曲塑 性 铰 的 变 形 耗 能 ) .  

部 规 :进 行 抗 震 强 度 和 稳 定 性 验 算 .   1 . 4 地 震 作 用 

欧规 定 义 地 震 作 用 考虑 以下 两 个 方 面:  

( 1 )在 一 点 的地 震 运 动 特 征 ;  

( 2 ) 空 间变 化 的地 震 运 动特 征 , 并 指 出 在 下 列 两 种 情 况 下 考 虑 地 震 运 动 的 空 间 变 

化;① 桥梁大于 2 0 0 m 并且 有地质上 的不 连续或 明显 的不 同地貌特征;@ 桥长 大于 6 0 0 m.  

部规

规定 , 计 算 桥 梁地 震 荷 载 时 , 应 分 别 考 虑 顺 桥 和 横 桥 两 个 方 向的 水平 地 震 荷 载 . 对 于  位 于 基 本 烈 度 为 9度 区 的大 跨 径 悬 臂 梁 桥 , 还应考虑上 、 下 两 个 方 向 竖 向地 震 荷 载 和 水 平 地  震荷 载 的 不 利 组 合 、  

1 、 5 分析 方 法 

欧 规则 重 于 ① 分 析 模 型 , 包 括 自由度 的选 择 、 质 量 的确 定 、 单元 刚 度 、 土的模 型、 扭 转作   用 以及 线 性 分 析 的 性 能 乘 子 的确 定 等 ;③ 分 析 方 法 , 即 阐述 反 应 谱 法 , 基本模 态法 , 功率谱  法, 线 性 及 非线 性 时 域分 析等 方 法及 其 应 用条 件 范 围.  

部 规 则 重 于 地 震 荷 载 的计 算 公 式 表 达 .  

1 、 6 延性 抗 震 设计  

欧 规 直 接 绐 出延 性 定 义 , 弹 性 反应 的 地震 力 通 过 反 应 延 性 的 性 能 系数 来 折 减 , 并 通 过 具 

体 的 力学 上 的 最低 含 箍 率来 保证 结 构 或构 件 的 延性 、 设计采 用强度验算和位移 控制 .   部 规 没 有 直 接 定 义 延 性 的影 响 , 通 过 定 义 综 合 影 响 系 数 G 值 反 映延 性 并 对 地 震 反 应 进 

行折减.  

2 欧 洲桥 梁 抗震 规 范 中的 延性 与 隔震设 计方 法 

延 性 及 隔 震是 现代 桥梁 抗震 的重 要 手 段 与 方 法 , 在这 方 面 欧 规 与 部 规 存 在 较 大 差 别 . 有 

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第 4 期 

袁 万城 等: 桥梁 抗震 的延性 与隔 震设 计 

4 8 3  

关 延 性 部 分 部 规 仅 通 过 主 要 反 映延 性 因 素 的 综 合 影 响 系数 来 体 现 , 没 有 考 虑 轴 力 的 影 响 和  箍 筋 的 约 束作 用 , 只 是在 构造 措施 上给 出规 定 , 即规 定 8度 区柱 式 桥 墩 和 排架 桩 墩 加 密 区 段  箍 筋 配 置 应 符合 :   圆形 截 面应 采 用螺 旋 式 箍 筋  其 间距 不 大 于 1 0 e a, r 箍 筋 直 径 不 小于 8 am, r   矩形 截面的最小含箍率 p … 顺 桥 向和 横 桥 向 均 为 0 . 3  .  有 关 隔 震 方 面根 本 没 有 从 设 计 概  念、 设计 方 法 上 来 阐述 , 至 多 在 抗 震 措 施 中有 所 涉 及 , 也只 不 过 是 作 为 一 种 安 全 储 备 而 已. 显  然这是很不够 的, 以 下将 简要 介 绍 欧规 有 关 延 性 与 隔震 设 计 中 的 主 要 内容 .   欧 规 除 直 接 给 出 延性 定 义 和 位 移 控 制 的 设计 方 法 外 , 为 确 保 塑 性 铰 区 域 的 曲 率 或 转 动 

延性 , 箍筋 的数量 根据力学 上的含箍率来定 义:  

( 】 )  =  f   /   式中:   是 钢 筋 的 屈服 设 计 强度 ;   是 混凝 土 的 设计 柱体 强度 ;  

义:

 

是含箍率 , 根 据 下 式 来 定 

矩形 截 面 :p   =A唧 / ( s 6 ) ;圆形 截 面 :   =4 A  / ( d l 8 )   式 中 :A 是 约束 方 向 箍箭 的 总有 效 面积 :s 是 沿 纵 向箍 筋 的 间距 , 应满 足 s ≤纵 向 钢 筋 直 径  的 6倍 , s ≤混 凝 土 核 的 最 小 尺 寸 的 l / 5 i   6是 所 测 量 的截 面混 凝 土 核 心 垂 直 于箍 筋 的 箍筋 外  

边 间的距离: 正 是 圆形 箍筋 或螺旋箍筋环 的直径  。   是 圆形或螺旋箍筋环 的面积.   最低 力 学 上 的 含 筋 率 根 据 下 式来 确 定 :  

4 

矩 形截 面: ∞冒 d ≥1 . 8 ( o . 1 5 +o . o 1   ÷  +o . 0 8 j ≥0 . 1 2  

圆 形截 面 : m ≥1 . 9 ( 0 . 1 5 +0. 0 1 # c )  

+。. 。 8 j ≥。 . 1 8  

其 中 :A  是 截 面 混 凝 土 的 毛 面 积 ;A 是 截 面 的 核 心 混 凝 土 面积 ;   ≥1 5为 要 求 的 曲 率 延  性:   是 柱 的轴 压力 比.  

目前规范常用的方法是等效线性动力分析 . 性能 系数反 映结构 的延 性 , 用来修 改线性分 

析 的结果 , 一 般 认 为 是 合 理 的. 桥 梁 结 构 的性 能 系 数 口是 根 据 在 地 震 作 用 下 延 性 水 平 来 确  定, 如 附 图所 示 . 根据结构是延性 的、 有 限延 性 的 、 基 本 上是 弹性 的来 给 出桥 梁 部 件 性 能 系 数   的最 大伉 ( 附表) , 并  说 明 表 中 口系 数 只 有 当 轴 压 力 比  不 超 过 0. 4时 有 效 , 当 

0 ‘ 4   “ 0 ‘ 6时 褥

_  

数耍 

理 

.  

附表

 

性 能系数  的最大 值 

。  

一 口 地 属 性 瞻  一

基 车弹 性 

有 鼠廷性  

位 移 

地 菇性能  

欧规有关 隔震 有专门一章的 内容 , 目的是为设 

计 工程师提供一整套如何 应用隔震 概念 进行 隔震 设计 的规则 , 其 内容 包括设计范 围, 设计 地  震作 用 , 分 析方 法 , 隔 震 系 统 与 结 构 的模 拟 , 桥 梁 结构 和 隔震 系统 的验 算 . 最 后 用 专 门一 节来  描述 桥梁橡胶支座的一般要求、 总的设计剪切应变和支座本身 的设计 标准 .  

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报 

第 2 2卷  

3 我 国公 路桥 梁 抗震 规 范发 展 方 向 的探 讨 

通 过 比较 欧 洲桥 梁抗 震 规 范与 我 国公 路 桥 梁 抗 震 规 范 , 尽 管 形 式 和 内容 有 较 大 差 别 , 但 

目的 和 要 求 是 一 致 的 , 为 了进 一 步 完 善 我 国 公 路 桥 梁 抗 震 规 范 , 在 以下 几 方 面 我 们 仍 要 做 些  研究工作.   3 . 1 桥 梁 抗震 设计

规 范 的范 围应 有 所 扩 大  随 着 我 国公 路 桥 梁 的 迅速 发展 , 特别是大 、 中型 的斜 拉 桥 、 高 速 公 路 或 环 线 高 架 的异 型  长 桥 的 发 展 急需 要有 抗震 设计 规 范 . 至少 应 有 抗 震 设计 指南 , 如地震作用 , 结构质量 , 刚 度模  

拟, 分 析方 法 , 荷 载 组 合 以 及 避 免 脆性 破 坏 的 抗 震要 求 与 措施 .  

3 . 2 延 性 与隔 震 应 作 为 抗 震 设 计 的 主 要 方 法 与 依 据 

( 1 )综 合 影 响 系 数 e 应 进 一 步 发 展 与完 善 . 综 合 影 响系 数 的 出现 是 为 了体 现 地 震 问题  

的 不 确 定 因 素和 复 杂 性 , 在 一 定 的误 差 范 围 内 , 用 e 系 数 来 折 减 线 性 分 析 的 结 果 是 合 理 的.   应 当 指 出, e 系数 主要 是 来 源 于结 构 的延 性 , 但 混 凝 土 结 构 的延 性 与 混凝 土材 料 的 标 号 以 及  轴 力 水平 关 系 极 大 , 特 别 是 高 强 混 凝 土材 料 的应 用 . 另外 也 一 定 要 有 产 生 塑性 铰 的条 件 并 且 

要 考 虑到 是 否 可 修 复. 因此 , 我 国 公路 桥梁 抗 震 规 范 中 的 cz 要进 一步做些研究工作.   ( 2 )要 保 证 桥 粱 在设 计 基 本 烈 度 地 震 影 响时 不 发 生 严 重 破 坏 , 对 位 移 控 制 一 定 要 有 具 体  的规 定 .  

保 证 桥 梁 在 设 计 基 本 烈 度 地震 影 响 时 不 发 生 严 重破 坏 , 通 常 采 用 的 方 法 是 延性 抗 震 或 

者减 、 隔震 . 除 了使结构要有足够 的延性性能和减震、 隔震装置具 有减 隔震 效能外 , 从 规范 的  角度一定要保证其方法 的有效性 , 除 了采用强度稳定等必要的检验外 , 还 必须采 用位移控制 .   对于 中、 小 桥 梁特 别 是 梁 式 桥可 以给 出一 些 分 项 公 式 , 对于 大 、 中桥( 如 斜 拉 桥) 可 以 给 出一 些 

指导性原则 .  

( 3 ) 延 性 与隔 震 设 计 应 是 桥 梁 抗 震 的 主要 方 法 , 除 了在 规 范 的 一 些 系 数 、 公 式 中 体 现 延 

性 与隔震外 , 要 使设 计工程师们懂得在怎样 的条件下采 用延 性设 计或 隔震设 计 , 才更 有效 ,   不 致 于 盲 目套 用 公 式 . 这 就 必须 在 场 地条 件 、 结构形式 、 分 析 方 法 中加 以说 明与 指 导 .  

3   3 一 些 细 节 问题 需 要 调 整  通 过 箍 筋 的 约 束 作 用 提 高 混 凝 土 的 强 度 与 延 性 已在 世 界 范 围 内 被 人 们 所 接 受 . 在欧} l I I  

规 范  美 国规 范 、 新 西 兰 规范 中都 有 详 尽 的 反 映 . 我 们 的桥 梁 抗 震 规 范 相 对 来 说 表 现 得 不 够 ,   仅 规定 0 . 3   的最小含箍率是远远不够的.  

关 桥梁橡胶支座 的动力 性能, 特 别 是 板 式 橡胶 支 座 的 静 动 力 剪 切 模 量 , 滑 板 支 座 的  静、 动力摩擦 系数, 作 者 近 十年 来 对 许多 厂家 的 产 品作 了大 量 的 试 验 , 如 动 剪 切模 量 在 橡 胶  层 剪 切 角 正 切 值 为 0. 7 -1 . 0条 件 下 为 8 5 0 N1   1 0 0 k N/ m  , 欧 卦『 桥 梁 抗 震 规 范 建 议 为  1   0 0 0 k N/ m  , 而 我 们 的 桥 梁抗 震 规 范建 议 为 1   2 0 0 k N/ m  偏 高.   3 . 4 桥 梁 抗 震 设 计 规 范 采 用计 算机 软 件 支持 是规 范 的 发展 趋 势  

从 欧 洲 桥 梁抗 震 规 范来 看  它 侧 重 于荷 载 的 描 述 , 结构刚度、 质 量 的描 述 , 计 算 方 法 的 介 

绍 和 使 用 条 件  荷 载组 合 方 法 等 , 而我 们 的 桥 梁 抗 震 规 范更 侧 重 于计 算 方 法 的公 式 化  随 着 我  国桥 梁抗 震 规 范适 用 范 围 的 扩大 . 对于多数情况采用公式化可能是有 困难 , 研 究 编 写 一 整套  适 用 于桥 梁抗 震 设 计 的规 范 化 程 序  将 是 规 范 发 展 的需 求 与 趋 势 ,  

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第 4搠 

囊 玎 城 等 :桥 梁 扎 震 的 延 性 与 隔 震 设 计 

4 85  

4 结 

论 

桥 梁 的 发 展 对 抗 震 设 计 的要 求 日趋 提 高 . 我 国 公 路 桥 梁 抗 震 规 范 与 欧 洲 桥 梁抗 震 规 范 

还 存 在 相 当差 距  因 此有 必 要 作 些 修 订 . 特 别 是 在延 性 与隔 震 设 计 的 有 关 规 定 与 方 法 方 面  我  们 还需 做大 量 的 工作 . 另 外在 大 、 中型 桥 梁 的 抗 震 指 南 以及 桥 梁 抗 震 设计 规 范 的计 算 机 软 件 

化 方 面  我 们应 加 紧 着手 研 究 .  

参 考 文 献 

1 中华 人 民 共 和 国 交 通 部 部 标 准 公 路 工 程 抗 震 设 计 规 范 ( J T J O 0 4 —8 9 ) . 北 京 :人 民 交 通 出 版 社 . 1 9 9 0   2 [ 美] 应 用技 术委 员会著 . 美西公 跻桥 梁抗震设 计准 则 钱 钟毅译 . 北 京 :人 民 变 通 出 版 社  1 9 8 8  

D uc t i l i t y   and   I s ol a t i on   i n   As ei s m i c   De s i gns   f or   Br i dge s  

— —

De vel opm en t   Tendenc y  of   Chi ne s e   As ei s m i c  

Code   f or   Br i dge s   f r 0m   t he   Vi ew   of   Eur oc ode   8  

Yua n   Wa n c h e n g  Fa n   Li c hu  

( D e

p a r t  ̄e n t   o f   B r i d g e   B n g i n e e r i n g   T o n g j i   Un i v e r s i t y . S h a n g h a i , 2 0 0 0 9 2 )  

A bs t r ac t   I n   t h i s   p a p e r ,Eur o c o d e   8— — s t r uc t ur e s   i n   s e i s mi c   r e g i o ns   f o r   b r i d g e s ,   w hi c h   c o ns i s t s   o f   s c o pe ,b a s i c   r e q ui r e me nt s ,c o mp l i a nc e   c r i t e r i a ,s e i s mi c   a c t i o n s ,  

a na l yt i c al   me t ho d s ,d e s i g n   me t ho d s   o f   d uc t i l i t y   a nd   i s o l a t i o n,a nd   S O   o n, i s   s i m pl y   i nt r o d uc e d   b y   c o mp a r i s o n   wi t h   t h e   Ch i ne s e   a s e i s mi c   c o d e   or f   h i g hwa y   b r i d g e s . Th e   d e v e l o p me nt  t e nd e n c y  o f  t he   Chi ne s e  a s e i s mi c  c o d e  f or   hi g hw a y  b r i d g e s  i s  

d e s c r i b e d .I t   i s   s ug g e s t e d   t ha t   h e t   d e s i g n   o f   d uc t i l i t y   a nd   i s o l a t i o n  s ho ul d   be   t h e  

ma i n   me t h o d   or f   a s c i s mi c   d e s i g ns   o f   b r i d ge s .   Key w or d s   As e i s mi c   c o d e ; Duc t i l i t y ; I s o l a t i o n  

范文七:桥梁抗震设计规范与建筑抗震设计规范的分析与比较 投稿:高欚欛

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2 2卷 4期   20 06年 l   2月

程 

Vo . 2, .   1 2 No 4

WO L  A T Q A EE G N E I G R DE R H U K   N I E R N  

De ., 0 6 c 2 0 

文章编号 : 0 - 6 (06 0 .17 0  1 76 9 20 )40 2 .6 0 0

桥 梁 抗震 设 计 规 范 与建 筑 抗震 设 计 规范  的分 析 与 比较 

白 亮  梁 兴 文  李 向 阳2    

(. 1 西安建 筑科技大学 土木- 程学院 , r 陕西 西安 70 5 ; . 10 5 2 西安长庆科技- 程有限责任公司 , r 陕西 西安 7 02 ) 10 1 

摘要 : 对我国现行《 路工程抗震设计规范》 J J0 8 ) 建筑抗震设 计规范》 G 50 1 0 1  公 (T04— 9 与《 ( B 0 1 —20 ) 进 行了较为详细 的对 比。分别从抗震设计 的基本思想 、 设计地震动参数 、 地震反应 分析和计算方 法、   构 造细节等方面对这两本 规范进行 了比较 , 并指 出了今后我 国各行业工程结 构抗震设计规范 宜逐步 

统 一。  

关键词 : 抗震设 计 ; 桥梁 ; 建筑结构 ; 抗震规范  中图分 类号 :35 P l  文献标识 码:   A

Co p rs n a d a a y i o   rd e   d b i i g   es c c d s m a i   n   n l s   fb i g s a   ul n ss imi  o e   o s n d

BAILin   LI   ag ANG  n - n Xi g we   LIXi n . a g   a gy n  

( .c olfCvl nief gX ’nU i ri f rh 1Sho o iiE sne n , i a nv syo A c .& Tc . X ’ 70 5 ,C ia      i e t eh , i∞ 10 5 hn ; 2 Xa h n-igE gn n f ce c n  eh o g  o t. X ’n7 02 , hn ) . i C agqn  ni ̄H go  ineadTc nl yC .Ld , ia 10 1 C ia  n S o

Ab t a t I   i p p r h e s imi  o e   rb d e  r   o a e   t  e s imi  o e   rb i i g     h n . s r c :n t s a e 。t   es c c d sf   r g sa e c mp r d wi t   es c c d s f   u l n s i C ia  h   o i h h o d n F n a n a d a   rs imi  e i n,d s   a a e es o   r u d moin,c c lt n me o s o   a t q a e

r ・ u d me tli e s f   es c d s o g e i p m tr  fg o n   t n g r o l a u ai   t d   fe r u k   e  o h h

s o s   n   o tu to   eal  r  u i e  n t e  wo de i  pe i c to .Alo.t i  a e   on so tt e te   p n a d c nsr c n d tisa e o t n d i  s t   sg s cf a ins e i l h e n i s h sp p rp it  u    rnd h

o  es c d s   o e ’d v l p n . fs im   e i c d s e eo me t i n g   Ke   r s s im c d s ;b i g ;b i i g s u tr ;s i c d s   o e y wo d :e s   e i i n g r e u l n   t cu e e s   e i c   d d r i m n g d

我 国是世 界 上多地 震 国家 之一 。17 96年唐 山地 震 给人 民生命财产 造成 巨 大 的损 失 , 在这 之后 我 国建 筑 

与桥梁抗震研究工作得到了迅速发展 。在桥梁抗震方面 , 我国于 2 世纪 8 年代先后颁布了《 0 0 公路工程抗震  设计规范) jJ 4— 9  和《 (T0 0 8) 铁路工程抗震设计规范》 G J1 — 7  。在建筑抗震方 面, 国继 G J1 ( B11 8 ) 我 B1   8 规范后又于 20 年颁布了《 9 01 建筑抗震设计规范》 G 50 1 20 )引 ( B 0 1 — 0 1  。本文对两类规范(T04— 9 JJ 0 8 

与 G 50 1 20 ) B0 1 — 0 1 的使用和研究现状进行了比较和探讨 , 认为两者应取长补短 , 逐步形成统一 的抗震设计 

理论 和方法 。  

1 抗震 设计 的基本 思想 

结构抗震设计的基本思想和设计准则是制定规范的最重要之处 , 它决定了抗震设计要达到的目标、 采用  的设计地震动水平和地震反应的计算方法 。这两本规范抗震设计的基本思想见表 1  。 由表 l 可知 , 我国现行的《 公路工程抗震设计规范》 采用单一水准 的抗震设防思想 , 仅进行基本烈度下 

收稿 日期 : 06一 6— o 修订 日期 : 0 6—1 20 o 2 ; 20 0—1  3

作者简介 : 白亮( 9 1 ) 男 , 18 一 , 陕西西安人, 硕士研究生 , 主要从事结构抗震方 面研究.  

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程 

2 2卷 

的抗震 验算 。在抗 震设 计时 , 只进行设 计 地震力作 用下 的强度 验算 , 有考 虑桥 梁结 构 的“ 没 变形 能 力 ” 耗  和“ 能 能力 ” 。这就 导致

钢筋混凝 土墩柱 在 强烈 地震 作 用下 , 往 因设 计 弯 曲延性 不 足 或 塑性 铰 区设 计 抗 剪强  往 度 不足而 发生弯 剪破坏 或剪切 破坏 。 因此 , 单一 的强度设 防 原则 是 目前我 国公 路 桥 梁抗 震设 计 中存 在 的主 

要 问题 。  

表 1 桥梁与建筑抗震设计 的基本思想   

目 前我 国《 建筑抗震设计规范》 明确规定 了三个水准 的抗震设 防 目标, 简称“ 小震不坏 , 中震可修 , 大震  不倒” 。这较《 公路工程抗震设计规范》 是一个较大的进步。同时, 建筑抗震设计规范》 《 采用二阶段设计实 

现 上述三水 准 的设 防 目标 。第 一 阶段 : 大多数结 构进 行多 遇地 震作 用下 的结构 构件 承 载力 验算 和 结构  对绝 弹性 变形验 算 , 各类结 构按 规范要 求采取抗 震措施 ; 二阶 段 : 对 第 对一 些 规 范规定 的结构 进 行罕 遇地 震作 用  下 的弹塑 性变形 验算 。  

2 设 计 地 震 动 参 数 

设计 地震 动参数是 影响 结构抗震 设 计全 局 的重要 问 题 。我 国现行 《 路 工程 抗震 设 计规 范 》 公 以中 国地  震烈 度 区划 图(97年 ) 17 为依 据确 定设 防标 准 , 本 地震 烈 度采 用 中 国地 震烈 度 区划 图上 所 标示 的地震 烈  基

度。即5 年期限内, O 一般场地条件下可能遭遇超越概率为 1%的地震烈度值。该规范适用的7 8 9 0 、 和 度地  区, 相应 的地震 动最 大加速 度设 计值 分别取 为 0 1..g和 04 ( 为重 力 加速 度 ) .gO 2 .g g 。另外 根 据路 线 等级 和  构造物的重要性 、 以及修复( 抢修) 的难易程度 , 采用重要性修正系数 c 对构造物的地震作用进行修正 ,   重 

要 性系数 的取值 如表 2所示 。应 当指 出的是 , 近几 十年 来 的地震 灾 害 表 明 , 观 的烈 度 含 义 已越 来 越不 清  宏 晰, 而且也 不可 能合理 地描述 不 同地 区可 能遭受 的地 震作用 。 因此从 2 O世纪 6 代起 , 国抗震设 计规 范  0年 各

都从 烈度 区划 向地震 动参数 区划过 渡 。  

表 2 重 要 性修 正 系数 C  .

路线等级及构造物  高速公路和一级公路上的抗震重点工程  重要性修 正系数 c  

17 I    1 3 . 

高速公路和一级公路 的一般工程、 二级公路上的抗震重点工程 、 、 二 三级公路上桥梁的梁端支座 

二级公路的一般工程 、 三级公路上的抗震重点工程 、 四级公路上桥梁 的梁端 支座  三级公路的一般工程 、 四级公路上的抗震重点工程 

1O . 

O6 . 

我国现行《 建筑抗震设计规范》 中国地震动参数 区划图》 以《 为依据确定设防

标准。该 区划图分别以峰 

值 加速度 和反 应谱特 征周期 为技术 指标对 国土按 照可 能遭受 地震 影响 的危 险程 度进 行划 分 。根据 “ 小震 不 

坏, 中震可修 , 大震不倒” 的三水准设 防 目 , 标 建筑物在使用期间对不同强度的地震作用应具有不 同的抵抗  能力。《 建筑抗震设计规范》 采用 3 个地震烈度水准来考虑 :  

多遇 烈度 地震 :0年 超越概 率为 6 .% , 5 32 重现期 为 5 O年 ;   设 防烈度 地震 ( 基本地 震 ) 5 : O年超越概 率为 1% , 现期为 4 5年 ; 0 重 7   罕遇 烈度 地震 : O年超 越概率 为 2 ~3 , 现期约 为 20 。 5 % % 重 00年   因此 , 梁抗震 设计规 范应修 订单 一设 防水 准及单 一抗震强 度验 算 的设 计 原则 , 之 以建 筑抗震设 计规  桥 代

.  

范提出的“ 小震不坏 , 中震可修 , 大震不倒” 三级设防水准的抗震设计原则 。即对桥梁结构按小震 ( 常遇地 

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4 期 

白 亮等 : 桥梁抗震设计规范与建筑抗震设计规范的分 析与 比较 

19 2 

震) 作用进行强度设计 , 按大震( 罕遇地震) 作用进行延性设计 , 使桥梁结构即使在强烈地震作用下仍具有变  形能力储备。  

3 地 震 反应 分析 和计算 方 法 

自从 19 年 日 89 本学者大森房吉首次提出用于抗震设计的静力方法以来。结构地震反应分析方法经历  了从 静力 法到 动力 的反 应谱法 和动态 时程分析 法 的演 变过 程 。在 上 述这 些方 法 中 。 应谱 法 将 动力 问题 静  反 力化 , 使得复杂的结构地震反应分析方法变得简单易行 , 大大提高了结构的整体抗震水平 , 目 是 前大多数规 

范所采用的一种基本的分析手段 。本文主要说明《 建筑抗震设计规范》 公路工程抗震设计规范》 与《 在应用  反应 谱法进 行结 构地震 反应分 析上 的区别 。  

3 1 地震 设计 反应谱  .

《 公路工程抗震设计规范》 采用的设计反应谱 为 

一  

曲线 , 图 1 示 , 如 所 相应 的水 平 地震 系 数 值见 表 3  。

《 建筑抗震设计规范》 采用的设计反应谱为 a—T曲线 ,   如 图 2所 示 , 相应 的水平 地震 系数最 大值 及特 征周 期 分 

别见 表 4和表 5   。

表 3 水 平地 震 系数 

图 2 O— 曲线     t 

y -o 9+ .  

() 1  () 2  () 3 

表 5 特征周期  值 ( ) s 

田 1=00 .2+(.5一 虿 00  )1  

一   +  

表 4 水 平 地 震 影 响 系数 最 大 值 口 一 

从上述可看出,建筑抗震设计规范》 公路工程抗震

设计规范》 《 与《 所采用的设计反应谱有以下异同点 :  

() 1 反应 谱 的形 状 

从反应谱坐标随周期的变化关系看, 二者 的走势是相同的。即随周期 由小变大 ( 或不 变) 至一个平台  ( 最大值)然后逐渐衰减至与最大可用周期的一个定值。这个一致性是 由地震反应谱的定义和地震动的特  ,

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程 

2 2卷 

性决定的。   () 2 影响反应谱 的因素 

个场地记录到的地震动与多种因素有关 。比如场地条件、 震中距和震源深度 、 震级、 震源机制和传播 

途径等诸多因素。桥梁抗震设计规范使用的反应谱曲线( 如图 1 是在 l00 ) , 多条国内外地震加速度记录反  5 应谱统计分析的基础上, 针对 四类不同场地条件给出的。这些曲线主要考虑场地条件的影响, 其他影响因素  则未予以考虑。《 建筑抗震设计规范》 所使用的反应谱曲线 , 不仅与场地类别有关 , 而且与设计地震分组有  关 。这样可以更好地反映场地条件、 震中距和震源深度、 震级 、 震源机制和传播路径等多种因素的影响。   () 3 地震设计谱的阻尼修正  需要指 出的是, 阻尼 比是影响反应谱 的一个重要参数 , 规范反应谱 曲线是取阻尼 比为 5 %时给出的 , 当 

结构阻尼比与 5 %明显不同时, 就应该进行修正。但《 公路工程抗震设计规范》 没有给出阻尼 比不同时的修  正公式 , 建筑抗震规范设计规范》 而《 则给出了阻尼 比不等于 5 %时的修正公式 。  

() 4 反应谱 曲线的最大适用周期  对于建筑抗震设计规范 ,   > . 时 , 当 60 8 就会超 出反应谱 的适用范围 , 此时所采用的地震影响系数需做 

专 门研 究 。对于桥 梁抗震 设计规 范 , 应谱 曲线 的最 大适 用周期 为 50s  反 . 。

3 2 地震作 用的计 算  .

《 公路工程抗震设计规范》 对可以近似视为单 自由度体系的规则桥梁 , 其地震作用的理论公式为:  

P — m-   … g   ・  

=  

() 4 

式 中: 为重力加速度 ; g W为体系的总重量; 为水平地震系数  为动力放大系数。    

在实 际应用 于桥 梁抗震设 计 时 , 上式应 改为 以下形 式 :  

P = CC K  z  ̄W  () 5 

式 中,  c 分别为桥梁重要性系数和综合影响系数。 c和     《 建筑抗震设计规范》 按照反应谱理论单质点体系所受到的最大地震作用 ,为: 中,  

F= G     () 6 

式 中 , 为地震影 响系数 , 图 2所示 。   如  

对不能简化为单 自由度体系的复杂桥梁与建筑结构

, 无法直接利用单振型反应谱分析方法 , 应采用振型  分解反应谱法进行计算。对于建筑结构 , 特别是房屋层数较多时 , 计算过程十分冗繁。为了简化计算 , 建筑  抗震设计规范规定在满足一定条件下 , 可采用近似计算方法 , 即底部剪力法。   可见 , 应用反应谱法计算地震作用时, 桥梁抗震设计规范采用基本地震烈度下的地震动参数  , 再通过  综合影响系数 c 进行折减。建筑抗震设计规范直接采用多遇地震(   小震 ) 下的地震影响系数 , 二者本质上  是一样 的。同时 , 桥梁抗震设计规范采用 一T曲线 , 建筑抗震设计规范采用  — 曲线 ,   二者均是加速度反  应谱 仅仅是 表达形 式不 同而 已 。它们 都是从 求解单 自由度振 子 的振动 方程 出发 , 过大 量 地 震加 速度 记 录  通 输入绘制得到众多反应谱 曲线的基础上 , 再经过平均化与光滑化之后 , 最后得到供设计使用的规范反应谱曲 

线。   3 3 非线性 静力 分析方 法  . 

非线性静力分析方法 , P soe 法 , 即 uhvr 早在 2 世纪 6 年代就已经提出, O o 在近几年得到很大发展和应用。   P soe 分析方法提供 了一个评估地震反应 , uhvr 尤其是非线性地震反应的简单而有效 的方法 , 该方法能够追踪  结构从屈服直到极限状态的整个非弹性变形过程 , 最终得到一条 P soe 曲线。该曲线是表示特征荷载与  u vr h

特 征位 移之 问相互关 系 的曲线 , 也称能 力 曲线 。对 建筑结构 分析 , 曲线通 常为基 底剪 力与屋 面位移 之间 的  该

关系曲线 ; 对桥梁结构分析 , 通常为墩底剪力与上部结构质量 中心处的位移之间的关系曲线。  

非线性静力 P soe分析方法 , u vr h 已在建筑抗震设计中得到应用。我国《 建筑抗震设计规范》 G 50 l   ( B0 1 一 20 ) 0 1 已将这种方法应用于建筑结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。目前 , 这种方法在桥梁抗震性 

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4期 

白 亮等 : 桥梁抗震设计规范与建筑抗震设计规范的分析与比较 

11 3 

能评估方面已有不少应用例子 , 但基本上还没有被应用于设计分析 。  

4 构 件截 面抗 震承 载 力验算 

《 公路工程抗震设计规范》 对于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构采用以下表达式 :  

, 

Sy  2 )7 d 警  d  Q-b( ) (G < R ;

(  7 )

式 中 :  y 为荷 载安全 系数 ;  y 为地震 荷载安 全系数 ;b 结构 工作 条件 系数 ;。 混凝 土 安全 系 数 ; 为预  y为 y

为   应力钢 筋或 非预应力 钢筋安 全 系数 

《 建筑抗震设计规范》 采用以下表达式 :  

S 旦    

yR   E

() 8 

式 中 ,肛为承 载力抗震 调整 系数  y 考 虑到地震 荷载 是一种 出现 机率较少 的偶然 荷载 , 为了获得 经济 合理 的设 计 , 当降低安 全系数是必要  适

的。《 公路工程抗震设计规范》 采用降低荷载安全系数验算构造 物的抗震承载力。《 建筑抗震设计规范》 采  用对结 构构件 承载力设 计值 除 以承载力抗 震调整 系数 ( 系数通 常小 于 1来 考虑 这种 因素 。 该 )  

5 延 性和位 移设 计 

近 几 十年来 , 害经验 、 震 试验研 究和理 论分析 均表 明 , 变形 能力 和 耗 能能力 不 足是 结 构在 大地 震作 用下  倒 塌 的主要 原因 。因此要通 过结 构 的延性 设计保 证结构在 地震作 用下 的变形 能力 。  

目前我国《 公路工程抗震设计规范》 采用强度设计方法 , 较少考虑桥梁结构的延性和位移要求。规范中 

采 用综 合影 响系数 C 来 反映结 构 的弹塑性地 震反应 及计算 图式简 化 、 。 结构 阻尼 、 几何 非线性 等 因素 。但是 ,   综 合影 响 系数物理含 义模糊 不清 , 其取 值无 理 论上 的依 据 。最 为重 要 的是 ,综 合 影 响系 数 ” “ 掩盖 了对 桥梁  结 构位 移延性 的 内在要 求 , 即要求 结构实 际具备 与 C 取 值相对 应 的位移延 性 。这 就造成 了我 国 当前 桥梁抗  。 震 设计 中 的一个严重 缺陷 : 一方 面设计地 震力大 为折减 , 一方 面又没 有具体 构造措 施来保 证这种折 减 。 另  

我国现行的《 建筑抗震设计规范》 采用的是“ 两阶段设计方法” 即结构的承载力 由小震下的弹性计算确  , 定 ; 对 罕 遇 地 震下 , 而 则进 行 薄 弱 层 的弹 塑 性 变形 验 算 。 同时规 定 了一 些基 本 的设 计 原 则 , 如 “ 柱弱  例 强 梁” “ 、 强节点弱构件” 都是为了避免整体延性较差的柱铰耗能机制的形成 ; 强剪弱弯” 而“ 是尽量用延性较好  的弯曲破坏来耗散地震能量 。另外 , 还规定了诸如最小配箍率、 最大轴压 比等构造措施 , 使构件塑性铰截面 

具有充足的转动能力 , 用以确保整体耗能机制 的形成。但是 , 目前我 国《 建筑抗震设计规范》 虽然考虑 了结  构 的延 性要求 , 也仅仅 是从 整体上 定性地 实现延性 要求 。关于延性 抗震 设计方 法 , 国外进行 了大量 的研究工 

作, 已取 得 了 良好 的成 效 。新 西兰 桥梁设 计规范 ( N ) 欧洲抗 震规 范 E roe8给 出了钢 筋混凝 土墩柱延  T Z和 ued 

性指标与塑性铰区范围内最

低约束箍筋用量、 轴压 比的具体量化计算公式。今后 , 国的桥梁与建筑抗震设  我 计 规范 也应 朝着这方 面发展 , 在某 些情况 下 , 规范是可 以统一 的 。 两本  

在 这方 面 , 年来 提 出 了基 于位移 的抗震设 计方法 ( i l e et ae es i D s n 以下简称 D S 。 近 Ds a m n  sdSi c ei ) pc B m   g B D 

相对于我国现行的建筑抗震设计中第二阶段的设计方法 ,B D设计方法采用明确量化 的位移指标, DS 针对业 

主的不 同要求 、 建筑 物的功 能用途 以地震 作用大 小 的不 同 , 择结 构 应 当达到 怎样 的功 能水 准和 损伤 程度 , 选   对 建筑 及桥梁 结构 的抗 震 能力进 行设计 。  

6 结 语 

通过对我国现行《 公路工程抗震设计规范》 建筑抗震设计规范》 与《 的详细对 比与分析 , 可得如下看法 :   ( ) 梁结 构与建筑 结构 的抗震 设 防 目标 、 计反应谱 ( 1桥 设 包括 地震动 参数 )地 震作 用计 算方 法和 构件截  、 面抗震承载力计算方法等方面 , 完全有可能统一 。   ( ) 梁结 构与建筑 结构 应逐 步采用基 于性 能的抗震设 计方法 及定 量 的延 性抗震设 计方法 。 2桥  

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12 3 

程 

2 卷  2

参考文献 :  

[ ] YJ 4— 9 公路工程抗震设计规范 [ ] 1 I0 8, ' O S.   [ ] G Jl 一 7 铁路工程抗震设计规范[ ] 2 Bll 8 , S.   [ ] G 50 — 0 1 建筑抗震设计规范[ ] 3 B0 1 20 , 1 S.   [ ] 范立础.桥梁抗震 [ . 4  M] 上海 : 同济大学出版社 , 9 . 1 7 9   [ ] 范立础 , 桥梁延性抗震设计[ . 5 等. M]北京 : 民 人 交通 出版社 , 0 . 2 1 0   [ ] 范立 础, 6 王君杰. 梁抗震设计规范 的现状与发展趋势 [ ] 桥 J .地震工程与工程振动 , 0 , ( ) 7 — 7 2 12 2 :1 7 ・ 0 1   [ ] C C 10 建筑工程抗震性态设计通则( 7 E S6 , 试用 ) S . [ ] 中国工程建设标 准化协会标准 , O ・ 2 4  O

范文八:桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析_张鹏 投稿:梁瞝瞞

#标准规范#

桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析

张 鹏

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

摘 要:2006年铁道部颁布的5铁路工程抗震设计规范6(GB50111)2006)和2008年交通运输部颁布的5公路桥梁抗震设计细则6(JTG/TB02)01)2008)是目前我国桥梁抗震设计依据的两部主要行业规范。本文从设计理念、设计方法、抗震措施等方面说明了现有铁路桥梁抗震规范与公路桥梁抗震规范的不同,分析了铁路桥梁抗震规范的优点和不足,对铁路桥梁抗震规范修订提出了一些看法和建议。关键词:桥梁;规范;对比;建议

中图分类号:U44215+1;U44215+5 文献标识码:A文章编号:1004-2954(2010)S1-0041-03

损失,桥梁作为交通的咽喉,其破坏造成交通中断引起的二次损失往往大于直接损失。图1为震后百花大桥

的俯视图。汶川地震对其后颁布的5公路桥梁抗震设计细则6产生了巨大影响,这本规范吸收了桥梁抗震领域世界范围内的最新成果,拓展和细化了桥梁减震

抗震的设计理念和措施。

1 概述

目前桥梁设计时参考的抗震规范主要有两部:2006年铁道部颁布的5铁路工程抗震设计规范6(GB50111)2006)和2008年交通运输部颁布的5公路桥梁抗震设计细则6(JTG/TB02)01)2008)。5铁路工程抗震设计规范6有关桥梁抗震设计方面的内容包含在第七章中,而5公路桥梁抗震设计细则6仅适用于桥梁抗震设计。

2008年5月的汶川地震造成了重大的人员物质

收稿日期:2010-03-12

作者简介:张 鹏(1984)),男,助理工程师,2009年毕业于同济大学桥梁工程系桥梁与隧道工程专业,工学硕士。

图1 百花大桥倒塌俯视图

与5公路桥梁抗震设计细则6相比,5铁路工程抗

震设计规范6在有关桥梁抗震设计方面的内容具有一定的实用性,但在设计理念、设计方法、抗震措施等方面却有很大的局限性,需要进一步提高。本文在对比5公路桥梁抗震设计细则6的基础之上,分析了5铁路工程抗震设计规范6的优点和不足,对铁路桥梁抗震规范今后的修订提出了一些看法和建议。(注:文中铁路桥梁抗震规范指5铁路工程抗震设计规范6关于的水平,这也是我们监理项目部实施标准化管理的基本条件和重要保证。因此,通过现场观摩、培训学习、持续努力提高实施标准化管理的能力,层层分解管理责任,督促检查落实标准化管理细节,实现项目部标准化管理工作时时有监督、事事有落实。

监理项目部在实施标准化管理中,随着工程建设的不断推进,一些新情况、新矛盾、新问题不断出现,新技术、新工艺、新材料、新设备不断投入使用,迫切要求我们及时适应、不断创新、扎扎实实、一丝不苟地按照标准化要求认真去做,才能确保监理项目部标准化管理收到预期效果。参考文献:

[1] 上海铁路局.标准化监理站(铁路工程建设标准化管理丛书)

[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[2] 铁建设[2009]154号,关于推进铁路建设标准化管理的实施意见

[S].

果达到标准0成为一种良性的发展趋势。

(2)夯实基础,筑牢平台。实施标准化管理,仅有好的标准、好的制度,没有现代化的管理手段作为支撑,就很难实现项目部标准化管理的目标。专业化和信息化等现代管理手段,是全面实施标准化管理的重要基础和可靠平台。如果我们把基础打好了,使之与标准化管理的要求有机结合,监理项目部管理水平就会迈上一个新台阶。

(3)结合实际,因地制宜。在实施标准化管理工作中,我们结合本标段的实际情况,从本单位的管理理念、管理基础、人员素质、企业文化等入手,以创新的精神,务实的态度,编制适合自己、切实可行的标准化管理文件,以现场管理和过程控制为重点,注重抓好源头、抓好过程、抓好细节,循序渐进,均衡发展,真正把技术标准、管理标准、作业标准落实到现场。

(4)提升能力,落实责任。素质和责任决定工作

RAILWAY STAN DESIGN 1)

41

#标准规范#

桥梁部分)

2 铁路桥梁抗震规范的优点

张 鹏)桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析

表1 桥梁抗震设防类别适用范围

桥梁抗震设防类别

ABCD

适用范围

单跨跨径超过150m的特大桥

单跨跨径不超过150m的高速公路、一级公路上的桥梁,单跨跨径不超过150m的二级公路上的特大桥、大桥二级公路上的中桥、小桥,单跨跨径不超过150m的三、四级公路上的特大桥、大桥三、四级公路上的中桥、小桥

5铁路工程抗震设计规范6提出了桥梁抗震设计的地震动水准,即:多遇地震、设计地震和罕遇地震,并

且规定了在上述三种地震动水准下的三种抗震设防目标。这三种抗震设防目标分别为:

(1)性能要求Ñ,地震后桥梁不损坏或轻微损坏,能够保持其正常使用功能;结构处于弹性工作状态;

(2)性能要求Ò,地震后桥梁可能损坏,经修补,短期内能恢复其正常使用功能;结构整体处于非弹性工作阶段;

(3)性能要求Ó:地震后桥梁可能产生较大破坏,但不出现整体倒塌,经抢修后可限速通车;结构处于弹塑性工作阶段。在第七章5桥梁6一章中,从/一般规定0、/桥墩抗震分析方法0、/钢筋混凝土桥墩延性设计0、/支座与桥台0以及/抗震措施05个方面,对桥梁抗震做了具体规定。

该规范的主编单位为原铁道第一勘察设计院(以下简称铁一院),其内容充分结合了铁一院建院五十多年来的工程实践和积累的资料,来源于勘察设计实践又反过来指导勘察设计实践,发挥了勘察设计单位作为主编的优越性,具有很强的实用性。3 铁路桥梁抗震规范的不足

5铁路工程抗震设计规范6自颁布以来,因其实用性较高,在铁路桥梁设计中得到广泛应用。但与5公路桥梁抗震设计细则6及国外发达国家桥梁抗震规范相比,仍然存在一定差距,需要进一步提高。主要表现在以下几个方面。

(1)基于桥梁抗震性能设计方面:5铁路工程抗震设计规范6虽然提出了3个性能要求,但却未能详细规定这3个性能要求的使用范围,过于笼统。对于特大桥和重要桥梁,应该保证在罕遇地震下桥梁抗震性能达到性能要求Ñ的目标;而对于小桥和非重要桥梁,可以适当降低要求,在罕遇地震下只要桥梁达到性能要求Ò或Ó的要求即可,这种对不同桥梁提出不同抗震性能要求的思想在学术界称为基于性能的桥梁抗震设计理念。在5公路桥梁抗震设计细则6中,桥梁抗震设防分为A、B、C和D四种类别,分别于对应4种情形,见表1。比如A类对应于单跨跨径超过150m的特大桥,D类对应于三四级公路上的中、小桥。这种方法细化了/大震不倒、中震可修、小震不坏0的理念,使得基于性能的抗震设计成为可能。

(2)有限元计算与分析方面铁路桥梁抗震712节/桥墩抗震分析方法0中提到的设计方法以反应谱理论为基础,以手算为计算分析手段。这种方法适用于跨径小,结构形式简单的桥梁。近年来,桥梁的跨度越来越大,结构形式越来越复杂,对桥梁抗震性能的要求越来越高,使得该方法越来越难于满足工程设计要求,只能作为一种估算方法。随着计算机技术和有限元理论的发展,有限元软件逐渐应用于铁路桥梁抗震设计中。图2为采用大型有限元分析软件Midas建立的桥梁抗震分析模型。利用有限元做桥梁抗震设计,除了能够按照反应谱理论计算桥梁的抗震响应外,还能对桥梁进行时程分析、减隔震非线性分析、桩土相互作用分析和行波效应分析等。铁路抗震规范中有关有限元方法的论述较少,而公路抗震规范对有限元方法的应用条件、建模与分析原则、结构评价标准等方面均有较为详尽的论述,极大地提高了桥梁抗震计算分析的可

靠性。

图2 某大桥抗震分析模型

(3)桥梁减隔震措施方面。传统桥梁抗震设计是通过提高桥墩的刚度来/抗0震的,这种方法在提高桥墩承载力的同时,另一方面会产生更大的地震响应,地震响应增大反过来又必须增加桥墩的刚度,形成一种恶性循环,使得该方法的效果大为降低。近年来,桥梁减隔震的设计理念逐渐推广,目前在工程界已经应用的桥梁减隔震系统包括液体粘滞阻尼器、液体粘弹性阻尼器、金属摩擦摆、铅芯橡胶抗震支座和锁定装置等。图3为江阴长江大桥中应用的液体粘滞阻尼器。

这些阻尼器性能稳定,且在SAP2000和Midas等大型分析软件中均有对应的模拟模块,利用这些模块可以准确计算出配置减隔震体系后桥梁的地震响应,从而根据实际情况选择最优化的减隔震系统,进而降低地震对结构的破坏和工程造价。吉林松花江龙华7孔连续梁桥上的16个锁定装置可以将固定支座上的

[1]

水平剪力减少4513%。

目前5铁路工程抗震设计规范6中,还没有桥梁减

ILWAY DARD DESIGN2010(增刊1)

张 鹏)桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析

#标准规范

#

差距。为了吸收最新的国内外桥梁抗震研究成果和适应我国铁路事业的发展,提出以下建议。

(1)编写针对铁路桥梁抗震设计的5铁路桥梁抗震设计规范6。目前铁路桥梁设计所依据的5铁路工程抗震规范6,除了桥梁抗震设计的条文之外,还涉及线路、路基和隧道等结构,内容庞杂。就篇幅而言,该规范中有关桥梁抗震设计的论述仅有一章,占总篇幅

图3 江阴大桥阻尼器安装就位

的3618%。多次震后调查表明,桥梁在地震中的破坏几率和程度远大于其他结构,并且桥梁抗震的理论、方法、手段和措施与其他结构相差较大,因此很有必要编写一本类似于5公路桥梁抗震设计细则6那样针对性强的5铁路桥梁抗震设计规范6。

(2)发挥高校和科研单位在新规范编写过程中的作用。现有5铁路工程抗震设计规范6的主编单位为铁一院,参编人员主要是来自设计院的同志。这样的人员构成有利于吸收设计一线的工程经验,所编写的规范具有很强的实用性,便于为广大设计人员掌握。但另一方面,设计院的同志主要从事设计工作,限于工作内容,深层次的理论研究不多,无法及时将桥梁抗震领域最新的研究成果纳入规范中。以上文提到的桥梁减隔震设计为例,目前此方面的研究已较为成熟,在国内外也已应用于许多实际工程之中,然而在5铁路工程抗震设计规范6中却未提及。因此需要铁道部或者国家相关部门组织更多的高校科研人员立项建立专业课题,融合科研人员和设计人员各自的优势,编写一本前瞻性强、实用性强和创新性强的5铁路桥梁抗震设计规范6。5 结论

与5公路桥梁抗震设计细则6相比,5铁路工程抗震设计规范6具有很强的实用性,但在基于桥梁抗震性能设计的理念、有限元计算与分析方法、桥梁减隔震措施和结构可靠度与极限状态设计方法等方面还有一定的差距。

为了吸收最新的国内外桥梁抗震研究成果和适应我国铁路事业的发展,在未来5铁路工程抗震设计规范6的修订中,应当发挥高校和科研单位的作用,编写一本融合针对性、实用性和前瞻性为一体的5铁路桥梁抗震设计规范6。参考文献:

[1] 陈永祁,耿瑞琦,马良喆.桥梁用液体粘滞阻尼器的减振设计和类

型选择[J].土木工程学报,2007(7).

[2] 钱冬生.谈谈中国的铁路桥设计规范[J].桥梁建设,2009(2).[3] 天津大学,同济大学,东南大学.混凝土结构[M].北京:中国建筑

工业出版社,1994.

[4] 中华人民共和国建设部.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建

筑工业出版社,2002.

隔震设计方面的内容。而5公路桥梁抗震设计细则6中则从/一般规定0、/减隔震装置0、/建模原则与分析方法0、/性能要求与抗震验算0等几个方面做了详细

论述,为桥梁减隔震设计提供了依据。

(4)结构可靠度与极限状态设计法方面:5铁路工程抗震设计规范6作为铁路工程系列规范的一个重要组成体系,延续了按照容许应力法进行结构检算的基本思路。容许应力法是以荷载及其组合所产生应力不大于容许应力为安全准则,将结构构件的承载力降低某一个大于1的安全系数,使结构具有一定的安全储备。安全系数的确定很大程度上依赖于工程设计经验,超过上述限制,结构未必不安全,因此这种理念并不完全正确,并不能真正反映结构是否安全。在实际设计中,材料的容许应力比规范规定的还要小一些,往往是采用了一个比安全系数更为/安全0的系数。按照这样的设计理念,往往难于完全发挥材料性能,造成极大的浪费。

容许应力法是早期结构设计理论不成熟时采用的设计方法,近年来国内外设计理论有了很大发展,公路桥梁规范和建筑规范中均已采用基于可靠度理论的极限状态法。可靠度是结构完成其预定功能的概率

[3~4]

[2]

,没有绝对安全的结构,因此可靠度也就不能用

一个绝对的、不变的标准来衡量。在一定结构可靠度的基础上,将结构的安全性和耐久性用承载能力极限状态和正常使用极限状态分别评价。前者主要用于评价结构是否会丧失承载能力出现倒塌、屈服等状况,后者主要用于评价结构裂缝是否过大导致钢筋锈蚀严重而影响结构正常使用。对于不同的极限状态,在分析实测数据的基础上,对应不同的荷载,在其标准值的基础上乘以折减系数。这样就将容许应力法中的单一安全系数细化为不同状态下对应不同荷载的/安全系数0,提高了工程设计的安全性和经济性。4 建议

与5公路桥梁抗震细则6相比,虽然5铁路工程抗震规范6具有一定的实用性和先进性,但是在设计理念、分析方法、抗震措施和设计方法等方面还有很大的

RAILWAY STAN DESIGN 1)

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范文九:桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析_张鹏 投稿:罗僯僰

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2010.s1.031

·标准规范·

桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析

张 鹏

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

摘 要:2006年铁道部颁布的《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—2006)和2008年交通运输部颁布的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02—01—2008)是目前我国桥梁抗震设计依据的两部主要行业规范。本文从设计理念、设计方法、抗震措施等方面说明了现有铁路桥梁抗震规范与公路桥梁抗震规范的不同,分析了铁路桥梁抗震规范的优点和不足,对铁路桥梁抗震规范修订提出了一些看法和建议。关键词:桥梁;规范;对比;建议

中图分类号:U442.5+1;U442.5+5  文献标识码:A文章编号:1004-2954(2010)S1-0041-03

损失,桥梁作为交通的咽喉,其破坏造成交通中断引起的二次损失往往大于直接损失。图1为震后百花大桥

的俯视图。汶川地震对其后颁布的《公路桥梁抗震设计细则》产生了巨大影响,这本规范吸收了桥梁抗震领域世界范围内的最新成果,拓展和细化了桥梁减震抗震的设计理念和措施

1 概述

目前桥梁设计时参考的抗震规范主要有两部:2006年铁道部颁布的《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—2006)和2008年交通运输部颁布的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02—01—2008)。《铁路工程抗震设计规范》有关桥梁抗震设计方面的内容包含在第七章中,而《公路桥梁抗震设计细则》仅适用于桥梁抗震设计。

2008年5月的汶川地震造成了重大的人员物质

收稿日期:2010-03-12作者简介:张 鹏(1984—),男,助理工程师,2009年毕业于同济大学桥梁工程系桥梁与隧道工程专业,工学硕士。

图1 百花大桥倒塌俯视图

 

与《公路桥梁抗震设计细则》相比,《铁路工程抗

震设计规范》在有关桥梁抗震设计方面的内容具有一定的实用性,但在设计理念、设计方法、抗震措施等方面却有很大的局限性,需要进一步提高。本文在对比《公路桥梁抗震设计细则》的基础之上,分析了《铁路工程抗震设计规范》的优点和不足,对铁路桥梁抗震规范今后的修订提出了一些看法和建议。(注:文中铁路桥梁抗震规范指《铁路工程抗震设计规范》关于的水平,这也是我们监理项目部实施标准化管理的基本条件和重要保证。因此,通过现场观摩、培训学习、持续努力提高实施标准化管理的能力,层层分解管理责任,督促检查落实标准化管理细节,实现项目部标准化管理工作时时有监督、事事有落实。

监理项目部在实施标准化管理中,随着工程建设的不断推进,一些新情况、新矛盾、新问题不断出现,新技术、新工艺、新材料、新设备不断投入使用,迫切要求我们及时适应、不断创新、扎扎实实、一丝不苟地按照标准化要求认真去做,才能确保监理项目部标准化管理收到预期效果。参考文献:

[1] 上海铁路局.标准化监理站(铁路工程建设标准化管理丛书)

[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[2] 铁建设[2009]154号,关于推进铁路建设标准化管理的实施意见

[S].

果达到标准”成为一种良性的发展趋势。

(2)夯实基础,筑牢平台。实施标准化管理,仅有好的标准、好的制度,没有现代化的管理手段作为支

撑,就很难实现项目部标准化管理的目标。专业化和信息化等现代管理手段,是全面实施标准化管理的重要基础和可靠平台。如果我们把基础打好了,使之与标准化管理的要求有机结合,监理项目部管理水平就会迈上一个新台阶。

(3)结合实际,因地制宜。在实施标准化管理工作中,我们结合本标段的实际情况,从本单位的管理理念、管理基础、人员素质、企业文化等入手,以创新的精神,务实的态度,编制适合自己、切实可行的标准化管理文件,以现场管理和过程控制为重点,注重抓好源头、抓好过程、抓好细节,循序渐进,均衡发展,真正把技术标准、管理标准、作业标准落实到现场。

(4)提升能力,落实责任。素质和责任决定工作

ILWA STAN DESIG(1)

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·标准规范·

桥梁部分)

2 铁路桥梁抗震规范的优点

张 鹏—桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析

表1 桥梁抗震设防类别适用范围

桥梁抗震设防类别

ABCD

适用范围

单跨跨径超过150m的特大桥

单跨跨径不超过150m的高速公路、一级公路上的桥梁,单跨跨径不超过150m的二级公路上的特大桥、大桥二级公路上的中桥、小桥,单跨跨径不超过150m的三、四级公路上的特大桥、大桥三、四级公路上的中桥、小桥

《铁路工程抗震设计规范》提出了桥梁抗震设计的地震动水准,即:多遇地震、设计地震和罕遇地震,并且规定了在上述三种地震动水准下的三种抗震设防目标。这三种抗震设防目标分别为:

(1)性能要求Ⅰ,地震后桥梁不损坏或轻微损坏,能够保持其正常使用功能;结构处于弹性工作状态;

(2)性能要求Ⅱ,地震后桥梁可能损坏,经修补,短期内能恢复其正常使用功能;结构整体处于非弹性工作阶段;

(3)性能要求Ⅲ:地震后桥梁可能产生较大破坏,但不出现整体倒塌,经抢修后可限速通车;结构处于弹塑性工作阶段。在第七章《桥梁》一章中,从“一般规定”、“桥墩抗震分析方法”、“钢筋混凝土桥墩延性设计”、“支座与桥台”以及“抗震措施”5个方面,对桥梁抗震做了具体规定。

该规范的主编单位为原铁道第一勘察设计院(以下简称铁一院),其内容充分结合了铁一院建院五十多年来的工程实践和积累的资料,来源于勘察设计实践又反过来指导勘察设计实践,发挥了勘察设计单位作为主编的优越性,具有很强的实用性。3 铁路桥梁抗震规范的不足

《铁路工程抗震设计规范》自颁布以来,因其实用性较高,在铁路桥梁设计中得到广泛应用。但与《公路桥梁抗震设计细则》及国外发达国家桥梁抗震规范相比,仍然存在一定差距,需要进一步提高。主要表现在以下几个方面。

(1)基于桥梁抗震性能设计方面:《铁路工程抗震设计规范》虽然提出了3个性能要求,但却未能详细规定这3个性能要求的使用范围,过于笼统。对于特大桥和重要桥梁,应该保证在罕遇地震下桥梁抗震性能达到性能要求Ⅰ的目标;而对于小桥和非重要桥梁,可以适当降低要求,在罕遇地震下只要桥梁达到性能要求Ⅱ或Ⅲ的要求即可,这种对不同桥梁提出不同抗震性能要求的思想在学术界称为基于性能的桥梁抗震设计理念。在《公路桥梁抗震设计细则》中,桥梁抗震设防分为A、B、C和D四种类别,分别于对应4种情形,见表1。比如A类对应于单跨跨径超过150m的特大桥,D类对应于三四级公路上的中、小桥。这种方法细化了“大震不倒、中震可修、小震不坏”的理念,使得基于性能的抗震设计成为可能。

(2)有限元计算与分析方面铁路桥梁抗震7.2节“桥墩抗震分析方法”中提到的设计方法以反应谱理论为基础,以手算为计算分析手段。这种方法适用于

跨径小,结构形式简单的桥梁。近年来,桥梁的跨度越来越大,结构形式越来越复杂,对桥梁抗震性能的要求越来越高,使得该方法越来越难于满足工程设计要求,只能作为一种估算方法。随着计算机技术和有限元理论的发展,有限元软件逐渐应用于铁路桥梁抗震设计中。图2为采用大型有限元分析软件Midas建立的桥梁抗震分析模型。利用有限元做桥梁抗震设计,除了能够按照反应谱理论计算桥梁的抗震响应外,还能对桥梁进行时程分析、减隔震非线性分析、桩土相互作用分析和行波效应分析等。铁路抗震规范中有关有限元方法的论述较少,而公路抗震规范对有限元方法的应用条件、建模与分析原则、结构评价标准等方面均有较为详尽的论述,极大地提高了桥梁抗震计算分析的可靠性

图2 某大桥抗震分析模型

 

(3)桥梁减隔震措施方面。传统桥梁抗震设计是通过提高桥墩的刚度来“抗”震的,这种方法在提高桥墩承载力的同时,另一方面会产生更大的地震响应,地震响应增大反过来又必须增加桥墩的刚度,形成一种恶性循环,使得该方法的效果大为降低。近年来,桥梁减隔震的设计理念逐渐推广,目前在工程界已经应用的桥梁减隔震系统包括液体粘滞阻尼器、液体粘弹性阻尼器、金属摩擦摆、铅芯橡胶抗震支座和锁定装置等。图3为江阴长江大桥中应用的液体粘滞阻尼器。

这些阻尼器性能稳定,且在SAP2000和Midas等大型分析软件中均有对应的模拟模块,利用这些模块可以准确计算出配置减隔震体系后桥梁的地震响应,从而根据实际情况选择最优化的减隔震系统,进而降低地震对结构的破坏和工程造价。吉林松花江龙华7孔连续梁桥上的16个锁定装置可以将固定支座上的

[1]

水平剪力减少45.3%。

目前《铁路工程抗震设计规范》中,还没有桥梁减

AILWAYTANDA DESI 2010(增刊1)

张 鹏—桥梁铁路抗震规范与公路抗震规范对比分析

·标准规范

·

差距。为了吸收最新的国内外桥梁抗震研究成果和适应我国铁路事业的发展,提出以下建议。

(1)编写针对铁路桥梁抗震设计的《铁路桥梁抗震设计规范》。目前铁路桥梁设计所依据的《铁路工程抗震规范》,除了桥梁抗震设计的条文之外,还涉及线路、路基和隧道等结构,内容庞杂。就篇幅而言,该规范中有关桥梁抗震设计的论述仅有一章,占总篇幅

图3 江阴大桥阻尼器安装就位

的36.8%。多次震后调查表明,桥梁在地震中的破坏几率和程度远大于其他结构,并且桥梁抗震的理论、方法、手段和措施与其他结构相差较大,因此很有必要编写一本类似于《公路桥梁抗震设计细则》那样针对性强的《铁路桥梁抗震设计规范》。

(2)发挥高校和科研单位在新规范编写过程中的作用。现有《铁路工程抗震设计规范》的主编单位为铁一院,参编人员主要是来自设计院的同志。这样的人员构成有利于吸收设计一线的工程经验,所编写的规范具有很强的实用性,便于为广大设计人员掌握。但另一方面,设计院的同志主要从事设计工作,限于工作内容,深层次的理论研究不多,无法及时将桥梁抗震领域最新的研究成果纳入规范中。以上文提到的桥梁减隔震设计为例,目前此方面的研究已较为成熟,在国内外也已应用于许多实际工程之中,然而在《铁路工程抗震设计规范》中却未提及。因此需要铁道部或者国家相关部门组织更多的高校科研人员立项建立专业课题,融合科研人员和设计人员各自的优势,编写一本前瞻性强、实用性强和创新性强的《铁路桥梁抗震设计规范》。5 结论

与《公路桥梁抗震设计细则》相比,《铁路工程抗震设计规范》具有很强的实用性,但在基于桥梁抗震性能设计的理念、有限元计算与分析方法、桥梁减隔震措施和结构可靠度与极限状态设计方法等方面还有一定的差距。

为了吸收最新的国内外桥梁抗震研究成果和适应我国铁路事业的发展,在未来《铁路工程抗震设计规范》的修订中,应当发挥高校和科研单位的作用,编写一本融合针对性、实用性和前瞻性为一体的《铁路桥梁抗震设计规范》。参考文献:

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工业出版社,1994.

[4] 中华人民共和国建设部.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建

筑工业出版社,2002.

隔震设计方面的内容。而《公路桥梁抗震设计细则》中则从“一般规定”、“减隔震装置”、“建模原则与分析方法”、“性能要求与抗震验算”等几个方面做了详细

论述,为桥梁减隔震设计提供了依据。

(4)结构可靠度与极限状态设计法方面:《铁路工程抗震设计规范》作为铁路工程系列规范的一个重要组成体系,延续了按照容许应力法进行结构检算的基本思路。容许应力法是以荷载及其组合所产生应力不大于容许应力为安全准则,将结构构件的承载力降低某一个大于1的安全系数,使结构具有一定的安全储备。安全系数的确定很大程度上依赖于工程设计经验,超过上述限制,结构未必不安全,因此这种理念并不完全正确,并不能真正反映结构是否安全。在实际设计中,材料的容许应力比规范规定的还要小一些,往往是采用了一个比安全系数更为“安全”的系数。按照这样的设计理念,往往难于完全发挥材料性能,造成极大的浪费。

容许应力法是早期结构设计理论不成熟时采用的设计方法,近年来国内外设计理论有了很大发展,公路桥梁规范和建筑规范中均已采用基于可靠度理论的极限状态法。可靠度是结构完成其预定功能的概率

[3~4]

[2]

 

,没有绝对安全的结构,因此可靠度也就不能用

一个绝对的、不变的标准来衡量。在一定结构可靠度的基础上,将结构的安全性和耐久性用承载能力极限状态和正常使用极限状态分别评价。前者主要用于评价结构是否会丧失承载能力出现倒塌、屈服等状况,后者主要用于评价结构裂缝是否过大导致钢筋锈蚀严重而影响结构正常使用。对于不同的极限状态,在分析实测数据的基础上,对应不同的荷载,在其标准值的基础上乘以折减系数。这样就将容许应力法中的单一安全系数细化为不同状态下对应不同荷载的“安全系数”,提高了工程设计的安全性和经济性。4 建议

与《公路桥梁抗震细则》相比,虽然《铁路工程抗震规范》具有一定的实用性和先进性,但是在设计理念、分析方法、抗震措施和设计方法等方面还有很大的

ILWA STAN DESIG(1)

43

范文十:阪神地震后日本桥梁抗震设计规范的改订 投稿:罗妇妈

第29卷第1期

2001年1月同济大学学报10URNAt,OFTON嘲1UNIVERSITYV0l29No20(1jan

阪神地震后日本桥梁抗震设计规范的改订

孙利民,范立础

(同济大学桥梁’c程系,上海200092)

摘要:筒述了1995年阪神大地震后日本桥梁抗震工程领域的主要研究动向及热点课题,并介绍了日本桥梁抗

震设计规范的变迁及阪神地震后规范的改订情况,旨在帮助读者对日本该研究领域有一个概括性的丁解,为国

内的桥梁抗震研究和规范的编制改订工作提供参考和比较材料.并希望能以此促进中日两国抗震工程研究领域

的相互了解与交流.

关键词:阪神地震;抗震设计;规范改订

中圈分类号:U442.5+.5文献标识码:A文章编号:0253—374X(2001)Ol一0060—05

RevisionsofSeismicDesignCodesonBridgesinJapan

afterKobeEarthquake

SUNLi—min,FANLi—chu

(Departm∞tof酾d口Engineering.To嘲tUnlvet-ity,Shanghai200092.China)

Abstract:Thispaperreportedthe

revisionsofseismicrecentre.archtopicsonseismicengineeringofbridgesKobeearthquakein

toinJapan.Theintroducedmaddesignspecificationsforhighwaysafter1995wereespecially,forthepulposeofproviding

engineersinbridgeengineering.re{erencesandcomparat:1vemmerialsChineseresearchers

Keywords:Kobeearthquake;seismicdesign;revisionofdesignspecifications

日本为世界地震最多的国家之一,其包括桥梁在内的结构抗震研究一直走在世界的前列.1923年的关东大地震以来,日本的抗震工程研究取得了很大的成就,其结构抗震设计技术也达到r很高的水平1995年之前的二三十年里,日本发生的屡次大地震都极少因结构本身破坏而带来严重的人员伤亡或经济损失.然而,1995年1月17日的阪神大地震(正式名称为1995年兵库县南部地震)使房屋、桥梁等结构大量倒塌,直接或间接地造成6000余人的死亡及巨大的经济损失.

本文筒述了1995年阪神大地震后El本桥梁抗震工程领域的主要研究动向及热点课题,并介绍了日本桥梁抗震设计规范的变迁及阪神地震后规范的改订情况,旨在帮助读者对日本该研究领域有一个概括性的了解,为国内的桥梁抗震研究和规范编制改订工作提供参考和比较材料,并希望能以此促进中日两国抗震工程研究领域的相互了解与交流.文中对日本规范名称的翻译,为避免混淆,在不影响文意的前提下尽量使用了El本原文汉字.

1阪神地震后的桥梁抗震研究动向

日本阪神大地震时结构破坏的根本原因是由于发生于内陆部的都市直下型地震的震源浅、释放能量万方数据 收稿日期:2000—03—10

基金项目:国家教育部科学技术重点项目(99042)作者简介:孙利民(1963一),男,内蒙古包头市人,长江学者特聘教授

第l期孙利民,等:蔽神地震后日本桥粱抗震设计规范的政订

大,产生的地面加速度大大超过了日本抗震规范的设防标准,因而引起了结构的严重破坏.这次震灾给研究者带来许多新的研究课题纵观抗震工程发展的历史,每次引起严重灾害的大地震之后,抗震工程的理论和技术水平都要跨上一个台阶,这次阪神大地震后的情形也不例外.阪神地震后的五年中,日本桥梁抗震领域的研究热点可归结为以下几个方面.

1.1有关地震作用的研究

阪神大地震的地震力虽很大,但其发生概率却很低(约为1000年一次)如何合理地确定地震作用是抗震工程研究的出发点.目前日本主要有两种观点:①采用概率论的方法.②从地震工程学的观点出发.找出有可能发生地震的活断层,建立理论模型来预测断层的规模、滑动量、至结构物建设地点的距离等,从而估算出地震发生时可能引起的地震作用来用于设计.

1.2有关桥梁系统的整体抗震性能的研究

着眼于研究桥梁的结构形式;局部强度、刚度的分布;结构各部分之间的连接构件(如支座、伸缩缝等)的抗震性能;上部结构一基础一地基的相互作用等.

1.3有关延性抗震的研究

除研究如何保证结构具有足够的变形性能外,另一主要研究内容为结构的弹塑性地震反应分析方法,为设计提供手段和依据

1.4有关结构隔震及制振(震)研究

隔震研究在日本已有30年左右的历史,阪神地震的经验表明隔震设计的房屋和桥梁具有良好的抗震性能.阪神地震后,隔震设计也被越来越广泛地采用

1.5有关抗震设计理论的研究和设计方法的比较

阪神地震后公路及铁路桥梁抗震设计规范都作了大幅度修订【l,2J.一些研究者也把日本的规范和其它国家及地区如美国、新西兰、欧盟的规范作了比较¨J,目的是明确日本规范的相对位置和吸收他人之长.新规范中积极采用了上述几方面研究课题的成果,一些新的设计计算方法也得到了采用.

与设计理论相关的另一研究动向是有关“性能设计”的研究.1999年lO月改订的铁路桥抗震设计规范已部分实现r性能设计的思想据称,拟于2000年再次改订的公路桥抗震设计规范也将部分反映性能设计的思想

1.6有关断层位移引起的震害的研究

1999年发生的土耳其KOCAEI。1L4j及我国台湾地区集集Ⅲ5大地震的震害表明,直下型地震如震源浅的话,断层将直接露出地面并产生很大的地表位移那么,如何考虑跨越活断层的桥梁的抗震设计?以目前的抗震工程技术是否可能设计出既能抵抗断层位移引起的破坏又经济合理的桥梁?这些又成为土耳其和台湾地震后的最新研究课题

2日本公路桥梁抗震规范的变迁

如表1所示,纵观日本抗震设计规范的70余年变迁历史,每次引起桥梁严重破坏的大地震发生后,即促成一次规范的大的改订如1964年新泻地震后,规范增加了考虑地基液化的设计内容和防止落梁的构造措施1995年的阪神大地震后,明确了动力反应分析法和保有耐力法等设计验算方法,增加了隔震设计等内容.

3阪神地震后改订的日本新规范的主要内容

3.1桥梁抗震规范改订的背景

阪神犬地震发生后,作为应急措施,日本建设省于1995年2月27豇制定了《兵库县南部地震被害道路桥的复旧标准(案)》(“,日本运输省也于1995年7月制定了《有关新设铁道构造物的耐震设计的临时措施》和《即存铁道构造物的耐震补强紧急措施》等17,81,作为震后的修复、加固和新建桥梁等的临时万 方数据依据.Et本国土厅于1995ff-7月公布了《确保构造物设施耐震性能的基本思想》i9]作为政府的指导方针

同济大学学报第29卷

表1主要地震的公路桥震害形态与抗震设计法改订

Tab・1Mainearthquake出mm辨andrevisionsofseismicdesigncodes

日本土木学会也于1995年3月成立了“耐震基准等基本问题研究委员会”,1995年5月30只发表了《有关土术构造物的耐震基准等的提言》(称为第1次提言)¨…,1996年1月10日发表了《有关土木构造物耐震补强的第2次提言》¨”,以作为学术界的见解.新的公路桥抗震设计规范的改订,是在上述的政府部门、行政部门、学术界的有关方针和见解的指导下进行的.

3.2公路桥梁抗震设计规范【1996年12月改订)…

1996年12月制定的规范《道路桥示方书-同解说v.耐震设计篇》(以下简称为《新道示》)的主要改订内容如表1所示.其基本方针和改订要点介绍如下.

3.2.1基本方针[12]

(1)重要度与抗震性能要求

桥梁的抗震设计以确保针对桥梁的重要度而要求的抗震性能为目的桥梁的重要度分A,B两类,如表2所示.A类为一般重要桥梁,B类为特别重要桥梁在地震作用下,因重要度不同而对桥梁提出不同程度的抗震性能要求.特别重要的B类桥对抗震性能的要求要高于A类(见表3)

表2公路桥梁的盏要度

Tab.2Importanceofbridges

?:髯酬瑚:炼大地震cm㈣微损

通过调整极限状态的安金系数一慧iw瑚:觯驹部蜊1995年)和窖铂:变彤量米拄击l损伤程度

元致命损伤

万 方数据

第1期孙利民。等:舨神地震后I=J本拼梁抗震设计规范的改订

(2)地震作用

所考虑的地震作用分2级3类(见表4).第一级([^vel1,仅一类)为桥梁使用寿命期间发生概率较大的地震,新规范规定最大水平加速度反应谱(最)谱值为0.39(g为重力加速度)第二级(Level2)分为两类.第一类(T,pe1)为发生于大陆板边缘的地震(称为板块边界型地震,如1923年发生的关东大地震)第二类(Type2)为发生在板块内部断层的都市直下型地震(称为内陆直下型地震,如1995年的阪神大地震).这两类地震的强度和频谱特性有所不同,新规范中前者最大为lOg,后者最大为2

表4地震作用

Tab.4Earthquakelevelfordesign09

L…evel2.竺竺竺?:竺髓1板块边删快东大地震’无致命性损伤率小但强度根太的地震1讯2内陆直下型(阪神大地震)

(3)设计方法。’微损。麓:::髑谱珐

用于抗震设计和验算的主要有三种方法.①震度法:为弹性静力计算法.将水平地震动加速度峰值乘以结构的相应有效质量作为抗震设计的水平荷载,该方法用于第一级地震作用下的弹性设计②地震时保有水平耐力法(简称保耐法):亦为一种静力法,考虑结构的弹塑性变形能力,用能量一定准则折算出等效的弹性强度地震作用的考虑方式与震度法相同,但用于第二级地震作用下的设计和验算该方法多用于单墩桥等结构形式简单的桥梁的抗震设计③动力反应分析法:以时程反应分析为主的动力方法主要用于震度法和保耐法的设计结果的弹性和弹塑性验算.对于复杂结构也直接用于设计.

(4)整体抗震性能

对于场地条件或结构形式较为复杂的桥梁,新规范要求要特别考虑桥梁系统整体的抗震性能支座、防止落梁装置也作为主要结构构件来设计

3.2.2桥梁复杂程度与抗震设计、验算法的关系

以上介绍的三种设计验算方法因桥梁的复杂程度不同而选择使用(见表5)对于结构形式较为简单的桥梁(如单墩高架桥等可以简化为单自由度体系的桥梁),主要采用震度法和保耐法来分别引对第一级和第二级地震作用进行设计A本的大部分桥梁属于这一类如桥梁形式较为复杂,但仍适用于静力法的假设,则抗震设计仍使用震度法

分析方法加以验算,如有问题再对设计

加以修改对于斜拉桥、吊桥、拱桥等结

构形式较为复杂且已不适于静力方法假

定条件的桥梁,《新道示》要以动力反应

分析法直接进行设计,在确定初期断面

大小及配筋等时可以震度法和保耐法作

为参考.

3.2.3表5桥梁的复杂程度与设计、验算法Simulationmethodsforseismicdesign和保耐法,但要求设计结果用动力反应Tab・5上音B结构和基础的同步设计注:o为适用;一为不适用;△为确定构架断面时作为参考方法使用

改订前的规范只要求对上部结构(桥墩等)和基础单独进行设计,分别满足所要求的抗震性能即可但《新道示》明确了桥墩和桩基础的抗震强度的关系,原则要求桥墩的抗震强度要低于桩基础,以保汪大地震肘上部结构先于桩基发生塑性破坏,减轻上部结构的惯性力对桩基带来的负荷这一考虑主要基于阪神大地震的震灾经验地震后对桥梁上部结构的修复和重建,无论从金钱上和时间上都要小于基础为确保满足以上设计要求,《新道示》要求对上部结构和基础进行同步设计.据从事蹬计的工程人员反映,这一要求使实际设计的业务量增加不少

3.2.4隔震设计《新道示》新增加了隔震桥梁的有关设计规定,但在规定上仍偏于保守.和普通桥梁相比,在设计隔震万方数据 

同济大学学报第29卷

桥时,桥墩的变形性能将被减小一半,且因长周期化带来的地震作用的减低不能低于0.49(Level2)这样的规定主要是考虑黼震桥梁因隔震支座产生较大的位移,如和一般桥梁一样也允许桥墩有较大的塑性变形的话,整个桥梁体系将不够稳定.因此,对桥墩的变形量给予了限制,并给地震作用的减低定r下限目前,按现行的规范进行隔震设计,往往得不到更经济的设计结果反过来讲,只是相当于把桥梁的设计抗震性能提高了,这也是对《新道示》争论较大的问题之一.

4结语

在撰写本文之际,正逢1995年1月17日发生的阪神大地震第五周年.日本新闻媒体的集中报道叉唤起了人们已经淡忘了的对那场震灾的记忆.五年中,日本的抗震工程研究又取得了很大的进展,很多新的研究成果已反映到抗震设计和加固技术之中国家规模的综合性研究题目及国际性合作研究(以日美合作为多)仍在继续进行.日本政府已投资建造世界最大的振动台,完成后能再现阪神大地震,对实际大小的高架桥梁等结构加振进行破坏性振动实验人类为征服自然在不懈地努力.

致谢:作者感谢同济大学桥梁工程系王君杰副教授、日本长大公司沈赤博士、中国水利水电科学院王悔渡博十、日本铁道技术综合研究所罗休博士和西安公路大学刘健新教授对本文提出的宝贵意见及在本文准备过程中给干的帮助本研究爱剜国家教育部科学技术重点项目和“长江学者奖励计划”的资助,在此深表感谢

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