2015年2月
网络出版时间：2015-03-05 17:13第35卷 第1期http://www.cnki.net/kcms/detail/43.1363.U.20150305.1713.034.html网络出版地址：
中 外 公 路
147
() 文章编号:1671-2579201501-0147-05
中外公路桥梁抗震规范的差异
袁伟民
()中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710068
摘要:通过对中国、美国、日本、欧洲等抗震规范的比较,说明了对于不的桥梁,各国抗震规范在抗震目标、抗震计算及抗震设计上是不同的。震体系分析方法上的差别,为中国未来抗震规范的修订提供参考。
关键词:抗震规范;设防目标;地震计算;抗震措施
中国位于太平洋地震带与欧亚地震带的中间地带,是地震频发的国家。历史上,曾发生过多次强烈地震。随着中国经济的发展,城市化进程的加快,兴建了(或风荷载)组合,的。其合理与否直接关系到人民的生命财产安全系到国家的可持续发展。《。经过近1公路工程抗震设计规范》0和学科的发展,于1986新组织有关单位修编规范,即8()。抗震设计规范》以下简称“2008年汶川地震后,J()桥梁抗震设计细则》以下简称,总结了8并参9,考、借鉴了国外抗震规范相关条文。范与美国、日本、欧洲规范中抗震条文及抗震措施规定相比,存在一定差异。这种差异体现在各国桥梁抗震规范中规定的设防目标、抗震计算方法以及各国抗震规范抗震措施的规定。该文主要讨论中国“细则”与欧洲E日本《道路示方书(公路桥梁设N1998-2:2005,
计规范)及美国AA-Ⅴ耐震设计篇》2002版,SHTO制,起始于1959年。1977大量公路桥梁,这类结构的控制荷载往往是地震作用
交由欧洲标准化委员(tandardization)负code已逐步成为欧盟。
,目前在公路桥梁设本综合性的公路桥梁设计规范于1971下部结构指导规范”980年,将1971年的“”统一修订为《公路桥梁设计规范》——下部结构”和“——抗震“第Ⅳ部分—第Ⅴ部分—。在1设计”该规范进行了大规995年的阪神地震后,模修订,主要包括:性能目标、设计力、钢筋混凝土柱和基础的设计、液化处理及液化引起的地面移动等内容。在2即《道路002年又颁布了新的桥梁设计规范,1.3 美国抗震规范(AASHTO)1975年,AASHTO根据加州运输部编制的桥梁抗震设计标准制定了一个暂行规范,它适用于全美各州。经过近30年的发展,并积累了相当多的设计经验,这些直接影响了抗震规范的修订编制。基于对历次灾难性地震的总结和抗震技术研究,设计方法已经TOLRFD-2007。
逐步改进并体现在最近的抗震设计规范中:AASH-。示方书(公路桥梁设计规范)-Ⅴ耐震设计篇》
LRFD-2007规范的差别。
1 各国抗震规范介绍
1.1 欧洲抗震规范
欧共体委员会开始编制了一套建筑设计1975年,),用以取代各成员国技术规范/欧洲规范(Eurocode
收稿日期:2014-04-10
2 抗震规范比较研究
2.1 抗震设计目标
桥梁的抗震设计是要承受地震引起的变形,并要
中 外 公 路 第3 5卷 148求所有结构部件提供足够的强度和延性及合理的安全储备。确保在设计地震发生时不会发生坍塌。这是通常各国规范所接受的基于抗震性能的设计。
而在进行抗震设计之前首先要进行桥梁和地震的分类,以确定桥梁在设计地震中的状态和目标。
例如欧洲抗震规范规定桥梁应根据失效后对人类生命的后果,震后维持交通的重要性以及倒塌的经济后果进行重要等级分类,并将桥梁分为3类。采用两((水准抗震设防目标:水准1重现期9和水准2重5年)。现期475年)
同样日本抗震规范(日本道路桥示方书-Ⅴ耐震
当于50年内2%。规定Ⅰ、Ⅱ类桥须进行FEE和
而Ⅲ类桥只需进行SSEE的抗震分析,EE分析。个破坏等级。3个服务水平是:直接使用、短暂维护使用、经修复使用;轻微损伤、可修复损3个破坏等级是:。规范给出了以上伤、严重损伤(有最低的倒塌风险)。
标,。中国89B、C、D。A
150。
接下来规范给出了抗震性能的3个服务水平和3
设计篇)中将桥梁根据重要性分为两类,而地震则分为两个类型,即A型使用期间发生概率较高的地震;B
型使用期间发生概率低但破坏力较大的地震(又分为。其设防水准是:板内地震Ⅰ型和陆内地震Ⅱ型)
()水准1:属高发生概率地震,1
是标准桥梁均要求做到避免破坏。
()水准2:对于B型地震,2
够恢复功能,经修复可迅速恢复使用。-2007此处重点比较中国规范与美国A的桥梁,或二级以m、。在中国规范08抗震,两个水准的地震强度是不同),大震E2地震作用的重现期为2000年(,E1地震作用的重现期为475年;对于B和C类桥梁,E1地震作用的重现期为。类桥梁,重现期2小震不坏)E1地震作用,5年(目标的对比如表1所示。
欧洲规范EN1998-1:2004按重要性分3类
日本桥梁规范JRA20022类
E1地震区重现期较短的地
和E2两个水准进行抗震设计,
位对其进行运营分类O)。共分3类:tionⅠ、Ⅱ、其次。F和安全评价型地震(SEE)EE5%重现率,相当于5相0年内10%;SEE对应年内3%,
设防地震(概率)及目标桥梁分类重要性系数地震类型
中国规范(“)抗震细则”共分4类用于修正地震强度E1、E2
确保小震不坏;中震可修;大震不倒
美国
按运营类型分3类没有具体的系数SEE、FEE对不同设计地震都有详细的设防目标
响
AASHTO规范
,中震可修(,小震不坏)重现期4100年(75年)
;大震不倒)对DE2地震作用的重现期为2000年(
这里需要指出的是体现桥梁类别和重要性的重要
据发生的概率也进行了分类EE)
性系数的含义在各国规范中是不同的。各国有关抗震
表1 不同规范的设防目标
仅反映重要性不反映弹塑性影
没有具体的系数
分为水准1型水准2型地震,水准2型又分Ⅰ、Ⅱ两型地震对高发地震要求避免破坏;低发地震要求避免明显破坏或破坏有限,修复可用
水准1和水准2
水准1时轻微破坏;水准2时保持整体性,有足够残余承载力
设防目标
国外规范与中国抗震细则在抗 从表1可以看出:
震设防目标和设防水准及其设防地震要求上与中国规范基本相同。但中国规范对桥梁、地震类型的划分及
防震达到的目的上,与国外规范存在较大差距。例如后面说到的延性设计在美国AASHTO规范中对其达到的抗震效果和目标都详细规定。这是中国在以后的
2015年第1期
规范修订中应当着重注意的。
袁伟民:中外公路桥梁抗震规范的差异
149
2.2 场地分类
土的类型划分方法不同的规范有不同的原则,这里统一根据土层的剪切波速法,对土的类型进行对应划分。其剪切波速对比情况如表2所示。
表2 各国规范中各土类的剪切波速
土类ACDB
-1
()土层剪切波速/m·s
08抗震细则以地面水平加速度S的形式给出设
计谱,由场地系数、水平向设计基本地震动加速度、抗震重要性系数以及阻尼调整系数确定。反应谱曲线包括3段:直线上升段、平台段、曲线下降段。特征周期根据场地类别和地震分区确定。阻尼调整系数与阻尼比ξ有关,05ξ一般取0.
)上升段:S=Sma5 T1500
欧洲EU8360~800180~360800
中国08抗震细则
(>500Ⅰ)
E
140~250(Ⅲ)(
/(250~500Ⅱ)
范围由地类型在表3/s
0.350.400.45Ⅱ
0.450.550.65Ⅲ
曲线下降段Tg反应谱周期2.3 抗震计算的比较
欧洲A类;中国Ⅳ类土对应美国E类、欧洲按照表2类比方法,中国Ⅰ类土对应美国B0.300.35
0.650.750.90
Ⅳ
2.3.1 抗震计算理论
法和拟静力法。这3种方法中但过程复杂,花费时间长常于杂桥梁的抗震验算;弹性静力(t桥梁的动力学特性,附加在研究对象上。欧洲规范E2002、N1998-2:2005均有关于采用拟静力法进行分析的规定。
目前世界各国的抗震规范一般计算思路是设计反应谱,即根据各地区的地震构造类型、地震场地特性和地震活动性,在给定设防标准下确定地震动加速度峰值和反应谱,并通过地震力调整系数来得到设计地震动参数。
由于各个国家的实际情况如震源特性、场地类别、地层特性不同,其反映到抗震设计上各种地震参数的取值也是不一样的。但总体上讲,各国规范的反应谱形状是基本一致的。笔者认为,在比较各国地震计算方法过程中,比较其结果的大小是没有意义的,重要的是各国规范中对各种因素的考虑才是值得关注的。对中国而言与日本和欧洲的实际情况相差较大。
()中国公路桥梁抗震设计细则1
。日本桥梁规范J性拟静力法(Push-Over法)RA单,也应用最广泛;动力时程,精度、但考虑的因素较多,主要有场地系数(Fa、Fv、FPGA)地面加速度(以及本地工程地质设计组(PGA)GDS)相当Fa、Fv、FPGA是由土类别及Ss、SI共同决定的,
于场地放大系数。
系数SDS和设计1s周期加速度反应谱系数SDI。这
通过这些基本数据计算设计短周期反应谱加速度提供的相应地区地震的动参数,如SSI。这里系数s、
)美国AASHTO规范
规范仍以地面水平加速度S的形式给出设计谱,
SDI
;样第一段反应谱周期T0=0.第二段反应谱周2SDSSDI
;期Ts=DS
FaSISa=í
SDI/Tî
PGA+(SDS-PGA)T/T0ì
T0≤T≤TS
T≥TS
T
动强度决定,场地条件的影响未得到体现。而在美国平台段值SDS包含了与FPGA来调整不同场地的谱形,
场地相关的调整系数Fa,而Fa随着设防地震动参数
()两个规范的比较3
平台段:在中国89抗震细则中,Smax由设防地震
的AA通过3个场地影响系数Fa、SHTO规范中,Fv、
Ss的增大而减小。
中 外 公 路 第3 5卷 150,期取为定值0.特征周期则根据设计地震分组与场1s地类别由表3确定。在美国的AA平SHTO规范中,
台段起始周期T0和平台段终止周期Ts都随着场地影响系数Fa、Fv和地震动参数取值Ss、SI变化。
衰减指数:衰减指数是对长周期部分影响最为显著的因素。两国规范的衰减指数都是1。
以上比较可见,两国规范都注重场地条件的影响,特征周期:在中国8平台段起始周9抗震细则中,
有发生6级以上地震潜在危险的地震活断层30km以内时,A类桥梁工程场地地震安全性评价应考虑近断裂效应,包括上盘效应、破裂的方向性效应;B类桥梁工程场地地震安全性评价中,要选定适当的设定地震,考虑近断裂效应。
于长周期场地的桥梁度应进行专门的研究。
动断层1Ⅱ型地面运动的反应,只有日。
4。
98-1:2004谱,时程反应分析,拟)(ushoverp分4段,平台段高度与场地类别、震级有关与场地类别、震级和结构阻尼有关
日本桥梁规范JRA2002考虑了场地反应谱,时程反应分析,拟静)力法(Pushover
有两个反应谱,分别对应不同设计状态。反应谱分3段,平台高度与场地类别、震级有关
/中国规范JTGTB02-01-2008规定,桥址距
美国规范AASH但美国AASHTO规范针对性更强。美国的规范还考虑了地震动强度对特征周期的影响,而中国和欧洲的规范则未体现。
2.3.2 作用范围
中国规范规定当桥址距离震源较近时(10~15,地震地面运动通常含有一个中到长周期(km)0.15~)地面运动的高能脉冲,这种高能脉冲沿断裂带向5s
场地方向延伸,向断裂的分量。
表项目
中国规范(“)抗震细则”反应谱,时程反析
分3段,平度与基本地面峰值、场地系数、抗震重要性系数有关
结构弹塑性
直接对设计地震进行折减
在地震安全性评价
作用范围
考虑近断裂效应,包括上盘效应、破裂的方向性效应
平度基本峰值、场采用折减系数
时计算方法
反应谱形状
性能系数结构特征系数
对桥址区地面加速度应进行专门的研究
考虑桥址区的特定场地反应谱
规定专门的反应谱来考虑近场效应的反应谱
中国原8 从表4可以看出:9规范与国外的规范相比,存在桥梁抗震设计标准偏低,抗震设计方法也不够完善等问题。桥梁抗震设计细则已做出很大改进。此外,各国规范采用的加速度反应谱形式比较接近,只是具体含义有所不同。2.4 抗震结构设计2.4.1 能力设计
为确保桥梁主要构件在出现塑性铰前不发生脆性的剪切破坏,要根据塑性铰处的抗弯强度确定超强抗
弯强度,继而确定其抗剪承载力。超强系数考虑了构件材料强度的变异性和钢筋应变硬化等因素,各国规范均采用超强系数乘以抗弯强度的方法确定。中国规而欧洲规范(E则考虑混凝土1.2,N1998-2B2005)
截面的轴压比计算取得。
利用结构的延性可以抑制结构脆性破坏的发生。在结构抗震设计中延性是结构抗震的一个重要手段。受阪神地震的影响,日本在新规范中,将由地震效应范要求桥梁的基础、盖梁、梁体及墩柱的超强系数取
2015年第1期
袁伟民:中外公路桥梁抗震规范的差异
151
。位起控制作用的结构构件修改为“延性设计方法”移延性系数考虑了桥梁的重要性和地面运动类型等因素。中国及美国、欧洲的规范中也都明确强调了延性设计在抗震结构中的作用,只不过方法略有不同。2.4.2 强度变形设计
强度是保证桥梁结构具有抗震承载力的一个方面,而延性是使结构具有地震适应性、消耗地震作用力、是保护桥梁不发生灾难性倒塌的另一个方面。两者具有同等的重要性。在地震作用下,弯、压、剪、扭及其组合是桥梁破坏的主要形式,其中扭转多发生于斜交桥或曲线桥梁。因此在强烈地震区,一般限制使用斜度较大的斜交桥。
剪切破坏是常见的脆性破坏,容易导致桥梁倒塌。所以各国规范都要求对桥柱或桥墩的抗剪能力进行验算。中国89抗震规范中并没有关于地震作用下构件抗剪计算的专门方法。根据2008/教训,细则》JTGTB02-01-2008《算的公式。
变形验算是指在小地震作用下,损坏,属于使用性要求,态;在强烈地震作用下,足变形要求而不倒塌。中国J接近,具体含义有所不同。主要体现在细节处理上,国外规范(特别是美国、日本规范)一般较为严密,有一整套针对性很强的设计要求和方法,而中国规范在此方面应进一步提高。
另外中国规范适用范围太大,而且各地区地质地理条件千差万别,。美国在抗震方面的规范多达4、。这样规,范就更能体现地区特点。
,改进中国3.2 ,如西安南二5造0多cm,,历,具有强震孕震。从汶川特大地震说明应进一步研究考虑、强度大的地震的破坏效应。据此进行抗,提高桥梁整体抗震能力。而各国规范对于相关地震所造成的异常破坏研究不足,因此在今后规范的修编过程中应对远震影响进行分析考虑。
区(距离震中约700
1998-2:2004后墩的残余变形提出要求。
2.4.3 其他措施
在其他抗震措施的运用上各国规范均对支座、抗震连接、最小支撑长度及撞击传递根据本国及地区的实际情况和抗震经验作了具体规定。该文不一一列举。
《细则》只要求验算E2类塑性铰的转动能力和支座。参考文献:
[]张勤,王雪婷.从汶川地震中桥梁震害看现行国1 贡金鑫,
()9.
[]内外桥梁抗震设计方法(一)公路交通科技,J.2010
[]张勤,王雪婷.从汶川地震中桥梁震害看现行国2 贡金鑫,
()10.
[]内外桥梁抗震设计方法(二)公路交通科技,J.2010
3 结论和建议
3.1 结论
通过比较可以看出:各国规范采用计算方法比较
[]石树中,沈建文,等.从中国、美国、欧洲抗震设计规3 于湛,
]范谱的比较探讨我国的抗震设计反应谱[震灾防御技J.()术,20066.
[]汶川84 张宇翔,袁志祥.10级地震陕西灾区震害特征分析
[]()地震研究,J.20107.
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网络出版时间：2015-03-05 17:13第35卷 第1期http://www.cnki.net/kcms/detail/43.1363.U.20150305.1713.034.html网络出版地址：
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中外公路桥梁抗震规范的差异
袁伟民
()中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710068
摘要:通过对中国、美国、日本、欧洲等抗震规范的比较,说明了对于不的桥梁,各国抗震规范在抗震目标、抗震计算及抗震设计上是不同的。震体系分析方法上的差别,为中国未来抗震规范的修订提供参考。
关键词:抗震规范;设防目标;地震计算;抗震措施
中国位于太平洋地震带与欧亚地震带的中间地带,是地震频发的国家。历史上,曾发生过多次强烈地震。随着中国经济的发展,城市化进程的加快,兴建了(或风荷载)组合,的。其合理与否直接关系到人民的生命财产安全系到国家的可持续发展。《。经过近1公路工程抗震设计规范》0和学科的发展,于1986新组织有关单位修编规范,即8()。抗震设计规范》以下简称“2008年汶川地震后,J()桥梁抗震设计细则》以下简称,总结了8并参9,考、借鉴了国外抗震规范相关条文。范与美国、日本、欧洲规范中抗震条文及抗震措施规定相比,存在一定差异。这种差异体现在各国桥梁抗震规范中规定的设防目标、抗震计算方法以及各国抗震规范抗震措施的规定。该文主要讨论中国“细则”与欧洲E日本《道路示方书(公路桥梁设N1998-2:2005,
计规范)及美国AA-Ⅴ耐震设计篇》2002版,SHTO制,起始于1959年。1977大量公路桥梁,这类结构的控制荷载往往是地震作用
交由欧洲标准化委员(tandardization)负code已逐步成为欧盟。
,目前在公路桥梁设本综合性的公路桥梁设计规范于1971下部结构指导规范”980年,将1971年的“”统一修订为《公路桥梁设计规范》——下部结构”和“——抗震“第Ⅳ部分—第Ⅴ部分—。在1设计”该规范进行了大规995年的阪神地震后,模修订,主要包括:性能目标、设计力、钢筋混凝土柱和基础的设计、液化处理及液化引起的地面移动等内容。在2即《道路002年又颁布了新的桥梁设计规范,1.3 美国抗震规范(AASHTO)1975年,AASHTO根据加州运输部编制的桥梁抗震设计标准制定了一个暂行规范,它适用于全美各州。经过近30年的发展,并积累了相当多的设计经验,这些直接影响了抗震规范的修订编制。基于对历次灾难性地震的总结和抗震技术研究,设计方法已经TOLRFD-2007。
逐步改进并体现在最近的抗震设计规范中:AASH-。示方书(公路桥梁设计规范)-Ⅴ耐震设计篇》
LRFD-2007规范的差别。
1 各国抗震规范介绍
1.1 欧洲抗震规范
欧共体委员会开始编制了一套建筑设计1975年,),用以取代各成员国技术规范/欧洲规范(Eurocode
收稿日期:2014-04-10
2 抗震规范比较研究
2.1 抗震设计目标
桥梁的抗震设计是要承受地震引起的变形,并要
中 外 公 路 第3 5卷 148求所有结构部件提供足够的强度和延性及合理的安全储备。确保在设计地震发生时不会发生坍塌。这是通常各国规范所接受的基于抗震性能的设计。
而在进行抗震设计之前首先要进行桥梁和地震的分类,以确定桥梁在设计地震中的状态和目标。
例如欧洲抗震规范规定桥梁应根据失效后对人类生命的后果,震后维持交通的重要性以及倒塌的经济后果进行重要等级分类,并将桥梁分为3类。采用两((水准抗震设防目标:水准1重现期9和水准2重5年)。现期475年)
同样日本抗震规范(日本道路桥示方书-Ⅴ耐震
当于50年内2%。规定Ⅰ、Ⅱ类桥须进行FEE和
而Ⅲ类桥只需进行SSEE的抗震分析,EE分析。个破坏等级。3个服务水平是:直接使用、短暂维护使用、经修复使用;轻微损伤、可修复损3个破坏等级是:。规范给出了以上伤、严重损伤(有最低的倒塌风险)。
标,。中国89B、C、D。A
150。
接下来规范给出了抗震性能的3个服务水平和3
设计篇)中将桥梁根据重要性分为两类,而地震则分为两个类型,即A型使用期间发生概率较高的地震;B
型使用期间发生概率低但破坏力较大的地震(又分为。其设防水准是:板内地震Ⅰ型和陆内地震Ⅱ型)
()水准1:属高发生概率地震,1
是标准桥梁均要求做到避免破坏。
()水准2:对于B型地震,2
够恢复功能,经修复可迅速恢复使用。-2007此处重点比较中国规范与美国A的桥梁,或二级以m、。在中国规范08抗震,两个水准的地震强度是不同),大震E2地震作用的重现期为2000年(,E1地震作用的重现期为475年;对于B和C类桥梁,E1地震作用的重现期为。类桥梁,重现期2小震不坏)E1地震作用,5年(目标的对比如表1所示。
欧洲规范EN1998-1:2004按重要性分3类
日本桥梁规范JRA20022类
E1地震区重现期较短的地
和E2两个水准进行抗震设计,
位对其进行运营分类O)。共分3类:tionⅠ、Ⅱ、其次。F和安全评价型地震(SEE)EE5%重现率,相当于5相0年内10%;SEE对应年内3%,
设防地震(概率)及目标桥梁分类重要性系数地震类型
中国规范(“)抗震细则”共分4类用于修正地震强度E1、E2
确保小震不坏;中震可修;大震不倒
美国
按运营类型分3类没有具体的系数SEE、FEE对不同设计地震都有详细的设防目标
响
AASHTO规范
,中震可修(,小震不坏)重现期4100年(75年)
;大震不倒)对DE2地震作用的重现期为2000年(
这里需要指出的是体现桥梁类别和重要性的重要
据发生的概率也进行了分类EE)
性系数的含义在各国规范中是不同的。各国有关抗震
表1 不同规范的设防目标
仅反映重要性不反映弹塑性影
没有具体的系数
分为水准1型水准2型地震,水准2型又分Ⅰ、Ⅱ两型地震对高发地震要求避免破坏;低发地震要求避免明显破坏或破坏有限,修复可用
水准1和水准2
水准1时轻微破坏;水准2时保持整体性,有足够残余承载力
设防目标
国外规范与中国抗震细则在抗 从表1可以看出:
震设防目标和设防水准及其设防地震要求上与中国规范基本相同。但中国规范对桥梁、地震类型的划分及
防震达到的目的上,与国外规范存在较大差距。例如后面说到的延性设计在美国AASHTO规范中对其达到的抗震效果和目标都详细规定。这是中国在以后的
2015年第1期
规范修订中应当着重注意的。
袁伟民:中外公路桥梁抗震规范的差异
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2.2 场地分类
土的类型划分方法不同的规范有不同的原则,这里统一根据土层的剪切波速法,对土的类型进行对应划分。其剪切波速对比情况如表2所示。
表2 各国规范中各土类的剪切波速
土类ACDB
-1
()土层剪切波速/m·s
08抗震细则以地面水平加速度S的形式给出设
计谱,由场地系数、水平向设计基本地震动加速度、抗震重要性系数以及阻尼调整系数确定。反应谱曲线包括3段:直线上升段、平台段、曲线下降段。特征周期根据场地类别和地震分区确定。阻尼调整系数与阻尼比ξ有关,05ξ一般取0.
)上升段:S=Sma5 T1500
欧洲EU8360~800180~360800
中国08抗震细则
(>500Ⅰ)
E
140~250(Ⅲ)(
/(250~500Ⅱ)
范围由地类型在表3/s
0.350.400.45Ⅱ
0.450.550.65Ⅲ
曲线下降段Tg反应谱周期2.3 抗震计算的比较
欧洲A类;中国Ⅳ类土对应美国E类、欧洲按照表2类比方法,中国Ⅰ类土对应美国B0.300.35
0.650.750.90
Ⅳ
2.3.1 抗震计算理论
法和拟静力法。这3种方法中但过程复杂,花费时间长常于杂桥梁的抗震验算;弹性静力(t桥梁的动力学特性,附加在研究对象上。欧洲规范E2002、N1998-2:2005均有关于采用拟静力法进行分析的规定。
目前世界各国的抗震规范一般计算思路是设计反应谱,即根据各地区的地震构造类型、地震场地特性和地震活动性,在给定设防标准下确定地震动加速度峰值和反应谱,并通过地震力调整系数来得到设计地震动参数。
由于各个国家的实际情况如震源特性、场地类别、地层特性不同,其反映到抗震设计上各种地震参数的取值也是不一样的。但总体上讲,各国规范的反应谱形状是基本一致的。笔者认为,在比较各国地震计算方法过程中,比较其结果的大小是没有意义的,重要的是各国规范中对各种因素的考虑才是值得关注的。对中国而言与日本和欧洲的实际情况相差较大。
()中国公路桥梁抗震设计细则1
。日本桥梁规范J性拟静力法(Push-Over法)RA单,也应用最广泛;动力时程,精度、但考虑的因素较多,主要有场地系数(Fa、Fv、FPGA)地面加速度(以及本地工程地质设计组(PGA)GDS)相当Fa、Fv、FPGA是由土类别及Ss、SI共同决定的,
于场地放大系数。
系数SDS和设计1s周期加速度反应谱系数SDI。这
通过这些基本数据计算设计短周期反应谱加速度提供的相应地区地震的动参数,如SSI。这里系数s、
)美国AASHTO规范
规范仍以地面水平加速度S的形式给出设计谱,
SDI
;样第一段反应谱周期T0=0.第二段反应谱周2SDSSDI
;期Ts=DS
FaSISa=í
SDI/Tî
PGA+(SDS-PGA)T/T0ì
T0≤T≤TS
T≥TS
T
动强度决定,场地条件的影响未得到体现。而在美国平台段值SDS包含了与FPGA来调整不同场地的谱形,
场地相关的调整系数Fa,而Fa随着设防地震动参数
()两个规范的比较3
平台段:在中国89抗震细则中,Smax由设防地震
的AA通过3个场地影响系数Fa、SHTO规范中,Fv、
Ss的增大而减小。
中 外 公 路 第3 5卷 150,期取为定值0.特征周期则根据设计地震分组与场1s地类别由表3确定。在美国的AA平SHTO规范中,
台段起始周期T0和平台段终止周期Ts都随着场地影响系数Fa、Fv和地震动参数取值Ss、SI变化。
衰减指数:衰减指数是对长周期部分影响最为显著的因素。两国规范的衰减指数都是1。
以上比较可见,两国规范都注重场地条件的影响,特征周期:在中国8平台段起始周9抗震细则中,
有发生6级以上地震潜在危险的地震活断层30km以内时,A类桥梁工程场地地震安全性评价应考虑近断裂效应,包括上盘效应、破裂的方向性效应;B类桥梁工程场地地震安全性评价中,要选定适当的设定地震,考虑近断裂效应。
于长周期场地的桥梁度应进行专门的研究。
动断层1Ⅱ型地面运动的反应,只有日。
4。
98-1:2004谱,时程反应分析,拟)(ushoverp分4段,平台段高度与场地类别、震级有关与场地类别、震级和结构阻尼有关
日本桥梁规范JRA2002考虑了场地反应谱,时程反应分析,拟静)力法(Pushover
有两个反应谱,分别对应不同设计状态。反应谱分3段,平台高度与场地类别、震级有关
/中国规范JTGTB02-01-2008规定,桥址距
美国规范AASH但美国AASHTO规范针对性更强。美国的规范还考虑了地震动强度对特征周期的影响,而中国和欧洲的规范则未体现。
2.3.2 作用范围
中国规范规定当桥址距离震源较近时(10~15,地震地面运动通常含有一个中到长周期(km)0.15~)地面运动的高能脉冲,这种高能脉冲沿断裂带向5s
场地方向延伸,向断裂的分量。
表项目
中国规范(“)抗震细则”反应谱,时程反析
分3段,平度与基本地面峰值、场地系数、抗震重要性系数有关
结构弹塑性
直接对设计地震进行折减
在地震安全性评价
作用范围
考虑近断裂效应,包括上盘效应、破裂的方向性效应
平度基本峰值、场采用折减系数
时计算方法
反应谱形状
性能系数结构特征系数
对桥址区地面加速度应进行专门的研究
考虑桥址区的特定场地反应谱
规定专门的反应谱来考虑近场效应的反应谱
中国原8 从表4可以看出:9规范与国外的规范相比,存在桥梁抗震设计标准偏低,抗震设计方法也不够完善等问题。桥梁抗震设计细则已做出很大改进。此外,各国规范采用的加速度反应谱形式比较接近,只是具体含义有所不同。2.4 抗震结构设计2.4.1 能力设计
为确保桥梁主要构件在出现塑性铰前不发生脆性的剪切破坏,要根据塑性铰处的抗弯强度确定超强抗
弯强度,继而确定其抗剪承载力。超强系数考虑了构件材料强度的变异性和钢筋应变硬化等因素,各国规范均采用超强系数乘以抗弯强度的方法确定。中国规而欧洲规范(E则考虑混凝土1.2,N1998-2B2005)
截面的轴压比计算取得。
利用结构的延性可以抑制结构脆性破坏的发生。在结构抗震设计中延性是结构抗震的一个重要手段。受阪神地震的影响,日本在新规范中,将由地震效应范要求桥梁的基础、盖梁、梁体及墩柱的超强系数取
2015年第1期
袁伟民:中外公路桥梁抗震规范的差异
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。位起控制作用的结构构件修改为“延性设计方法”移延性系数考虑了桥梁的重要性和地面运动类型等因素。中国及美国、欧洲的规范中也都明确强调了延性设计在抗震结构中的作用,只不过方法略有不同。2.4.2 强度变形设计
强度是保证桥梁结构具有抗震承载力的一个方面,而延性是使结构具有地震适应性、消耗地震作用力、是保护桥梁不发生灾难性倒塌的另一个方面。两者具有同等的重要性。在地震作用下,弯、压、剪、扭及其组合是桥梁破坏的主要形式,其中扭转多发生于斜交桥或曲线桥梁。因此在强烈地震区,一般限制使用斜度较大的斜交桥。
剪切破坏是常见的脆性破坏,容易导致桥梁倒塌。所以各国规范都要求对桥柱或桥墩的抗剪能力进行验算。中国89抗震规范中并没有关于地震作用下构件抗剪计算的专门方法。根据2008/教训,细则》JTGTB02-01-2008《算的公式。
变形验算是指在小地震作用下,损坏,属于使用性要求,态;在强烈地震作用下,足变形要求而不倒塌。中国J接近,具体含义有所不同。主要体现在细节处理上,国外规范(特别是美国、日本规范)一般较为严密,有一整套针对性很强的设计要求和方法,而中国规范在此方面应进一步提高。
另外中国规范适用范围太大,而且各地区地质地理条件千差万别,。美国在抗震方面的规范多达4、。这样规,范就更能体现地区特点。
,改进中国3.2 ,如西安南二5造0多cm,,历,具有强震孕震。从汶川特大地震说明应进一步研究考虑、强度大的地震的破坏效应。据此进行抗,提高桥梁整体抗震能力。而各国规范对于相关地震所造成的异常破坏研究不足,因此在今后规范的修编过程中应对远震影响进行分析考虑。
区(距离震中约700
1998-2:2004后墩的残余变形提出要求。
2.4.3 其他措施
在其他抗震措施的运用上各国规范均对支座、抗震连接、最小支撑长度及撞击传递根据本国及地区的实际情况和抗震经验作了具体规定。该文不一一列举。
《细则》只要求验算E2类塑性铰的转动能力和支座。参考文献:
[]张勤,王雪婷.从汶川地震中桥梁震害看现行国1 贡金鑫,
()9.
[]内外桥梁抗震设计方法(一)公路交通科技,J.2010
[]张勤,王雪婷.从汶川地震中桥梁震害看现行国2 贡金鑫,
()10.
[]内外桥梁抗震设计方法(二)公路交通科技,J.2010
3 结论和建议
3.1 结论
通过比较可以看出:各国规范采用计算方法比较
[]石树中,沈建文,等.从中国、美国、欧洲抗震设计规3 于湛,
]范谱的比较探讨我国的抗震设计反应谱[震灾防御技J.()术,20066.
[]汶川84 张宇翔,袁志祥.10级地震陕西灾区震害特征分析
[]()地震研究,J.20107.