国内外桥梁抗震规范比较.pdf

1、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 。 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

2、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 ： U 48 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

3、 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

4、 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 。 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

5、 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 . 1 AASHTO 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 150 m 的 普 通 桥 梁 （ 常 规 的 板 、 梁 、 桁 架 或 箱 梁 ） ， 抗 震 基

6、 于 位 移 的 方 法 设 计 。 按 照 设 计 地 震 周 期 为 1 s 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

7、 ， 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

8、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

9、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 。 李 永 ： 国内外桥梁抗震规范比较 2015 年第 2 期 53新疆交通运输科技 桥梁与隧道工程 3 支 座 的 抗 震 设 计 及 验 算 桥 梁 支 座 在

10、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 . 1 AASHTO 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

11、 更 换 。 3 . 2 欧 洲 规 范 中 支 座 抗 震 设 计 固 定 支 座 采 用 能 力 设 计 效 应 ， 但 是 q 值 不 超 过 1. 0 ， 且 要 求 支 座 易 于 更 换 ， 连 接 结 构 作 为 设 防 的 第 2 道 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

12、） 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 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

13、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 R U - 0. 3R D 。 R L 和 R U 对 向 下 的 地 震 力 取 值 为 正 。 R L = R D + R 2 H E Q + R 2 V E

14、Q （ 1 ） R U = R D - R 2 H E Q + R 2 V E Q （ 2 ） 式 中 ： R L - 支 座 向 下 反 力 ， KPa ； R D - 上 部 结 构 产 生 的 支 座 静 载 反 力 ， KPa ； R H E Q - 设 计 水 平 地 震 用 于 水 平 方 向 时 支 座 反 力 ， KPa ； R V E Q - 设 计 水 平 地 震 用 于 竖 向 时 的 支 座 反 力 ， KPa ； R U - 支 座 向 下 反 力 ， KPa 。 3 . 4 中 国 规 范 中 支 座 抗 震 设 计 规 定 了 B 、 C 类 桥 梁 的 支 座

15、验 算 。 （ 下 转 第 58 页 ） 表 1 日 本 规 范 桥 梁 抗 震 性 能 目 标 等 级 桥梁抗震性能 目标等级 抗震性能 1 抗震性能 2 抗震性能 3 地震后结构功能完好 允许轻微损伤 结构损坏且不能修复 ， 但不发生整体倒塌等破坏 抗震 安全性能 确保不发生落梁 、 倒塌等 震后 使用性能 确保功能与震前相同 可快速恢复 恢复使用困难 震后可修复性能 短期可修复性 不必修复 可采用应急修复措施 恢复使用功能 采用应急措施也不能 恢复使用功能 长期可修复性 只需轻微修复 修补措施较容易进行 考虑拆除 、 重建 2 . 4 中 国 规 范 中 桥 梁 抗 震 设 计 基 本

16、原 理 和 设 计 准 则 中 国 规 范 主 要 适 用 于 单 跨 跨 径 不 超 过 150 m 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 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 。 表 2 各 类 桥 梁 的 抗 震 设 防 目 标 桥梁抗震设防类别 A 类 B 类 C 类 D 类

17、设防目标 E 1 地震作用 一般不受损坏或不需修复可继续使用 E 2 地震作用 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 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 2015 年第 2 期 54新疆交通运输科技 检测与试验 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

18、 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 量 提 供 更 优 质 的 服 务 。 参 考 文 献 1 GB/T 230 . 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 ）

19、 . 2 GB/T 230 . 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 . 3 G 30 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 . （ 上 接 第 54 页 ） 在 E 2 地 震 作 用 下 ， 按 下 列 要 求 进 行 板 式 橡 胶 支 座 的 抗 震 验 算 ： 支 座 厚 度 验 算 ： t X 0

20、 t a n = X 0 （ 3 ） 支 座 抗 滑 稳 定 性 验 算 ： d R b E h z b （ 4 ） 式 中 ： t - 支 座 厚 度 ； X 0 - 地 震 作 用 下 水 平 向 的 位 移 ； - 水 平 变 形 剪 切 角 ； d - 摩 擦 系 数 ； R b - 支 座 反 力 ； E h z b - 支 座 的 水 平 剪 力 。 在 E 2 地 震 作 用 下 ， 应 按 下 列 要 求 进 行 盆 式 支 座 的 抗 震 验 算 ： 活 动 盆 式 支 座 ： X 0 X m a x （ 5 ） 固 定 盆 式 支 座 ： E hz b E m a x （

21、6 ） 式 中 ： X 0 - 地 震 作 用 下 水 平 向 的 位 移 ； X m a x - 水 平 向 的 最 大 容 许 位 移 ； E m a x - 固 定 支 座 的 最 大 水 平 力 容 许 值 。 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 ： （ 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 移 为 验 算 指 标 ，

22、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 1 王 克 海 . 桥 梁 抗 震 研 究 （ 第 二 版 ） M. 北 京 ： 中 国 铁 道 出 版 社 ， 2014 . 2 AASHTO ， Standard

23、Specifications For Highway BridgesS ， 16th ed. ， American Association of State High - way and Transportation Officials ， Washington ， D.C ， 1996. 3 日本道路协会 . 道路 示方 同解 V 耐震性能篇 S ， 2002. 4 JTG/T B 02- 01 - 2008， 公 路 桥 梁 抗 震 设 计 细 则 S. 北 京 ： 人 民 交 通出版社， 2008. 5 范立础 . 桥梁延性抗震设计M. 北京 ： 人民交通出版社 ， 2001. 2015 年第 2 期 58