连续梁桥墩按新抗震规范设计方法的探讨
摘要:我国于2008年8月颁布了《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008），08规范于2008年10月1日起实施，08规范运用了延性抗震设计思想及能力保护设计思想。在08的抗震设计思想方法下，连续梁桥的固定墩设计与以往的设计方法发生了巨大的变化。根据对08颁布的《公路桥梁抗震设计细则》的理解，针对连续梁固定墩的抗震设计思想，分别对连续梁桥固定墩桥墩、基础、固定支座等不同部位的抗震设计方法进行了探讨。
关键词:连续梁桥墩设计 设计方法抗震设计方法
Continuous beam bridge piers designed according to the new method of seismic code
Wang Shutao
Shanghai Municipal Engineering Design Institute Group Design Institute Co., Ltd. Foshan Smetana
Summary: China in August 2008 issued a “highway bridge seismic design rules” (JTG / T B02-01-2008), 08 standard on October 1, 2008 come into effect, 08 the use of a standardized design and seismic ductility capacity protection design. Seismic design in the 08’s way of thinking, the continuous girder bridge pier design and fixed the previous design has undergone tremendous changes. Based on 08 issued a “highway bridge seismic design details,” the understanding of the fixed pier for seismic continuous beam design, respectively, continuous bridge fixed pier pier, foundation, fixed bearing different parts of the seismic design methods are discussed.
Keywords: continuous beam pier design seismic design method design methods
2 08抗震规范的两个基本思想
2.1延性抗震设计思想
在强震作用下，连续梁桥一联的纵向水平地震力大部分由固定墩承受。如果纯粹依靠强度来抵抗地震作用，无疑会造成材料的巨大浪费，既不经济，又不现实。因此在抗震设计中，固定墩一般按照弯曲延性构件进行设计，即在设计地震作用下固定墩墩底进入塑性范围，利用弯曲塑性铰减小地震力，耗散地震能量。同时通过细部构造设计，使固定墩具有较好适应反复弹塑性变形循环的滞回延性，保证在遭遇预期的大震时，结构的变形要求能够得到保证（如式1）。这就是延性抗震设计的基本思想。
（1）
式中：为地震作用下结构的最大延性需求值；为结构的容许延性值（延性能力）。
由于延性需求的计算涉及到弹塑性变形问题，因此其计算相对比较困难。为了简化抗震设计过程，08抗震规范采用基于强度的抗震设计方法来作为简化的延性抗震设计方法。其主要设计过程如下：首先，计算结构的弹性周期，根据弹性加速度反应谱得到结构的弹性地震力；计算时考虑抗震重要性系数、场地系数、阻尼调整系数。
流程如图1所示。
2.2能力保护设计思想
能力保护设计思想是结构动力概念设计的一种体现，其基本思想为：通过设计，使结构体系中的延性构件和能力保护构件（脆性构件以及不希望发生非弹性变形的构件，统称为能力保护构件）形成强度等级差异，确保结构构件不发生脆性的破坏模式。这种思想的主要优点是设计人员可对结构在屈服前、屈服后的性状给予合理的控制，同时也降低了结构对许多不确定因素的敏感性。
对连续梁桥固定墩，为了避免桥墩墩身及支座的剪切破坏，应对墩身的抗剪及支座按能力保护构件进行抗震设计；同时，由于基础属于隐蔽工程，一旦破坏，修复的难度非常大，因此基础也应作为能力保护构件进行抗震设计。
综上所述，固定墩的抗震设计可按如下思路进行：桥墩按弯曲延性构件设计，桥墩抗剪、支座及基础按能力保护构件设计。当桥墩出现弯曲塑性铰后，由于桥墩抗剪能力、支座及基础抗力均高于相应延性构件的要求，因而不论地震动强度有多大，这类构件均可避免脆性破坏以及难以修复的破坏。具体的抗震设计流程如下：
（1）进行弹性反应谱分析；
（2）采用基于强度抗震设计方法，计算固定墩设计地震力；
（3）按延性设计思想，根据设计地震力对固定墩进行抗弯设计；
（3）按能力保护设计思想，根据固定墩抗弯强度，对固定墩进行抗剪设计；
（4）按能力保护设计思想，对固定支座及固定墩基础进行抗震设计。
上述流程如图2所示。
3 固定墩抗震设计方法
3.1延性构件设计地震力的计算
对于只有一个固定墩的连续梁桥，当跨数不多、而且桥墩的地震惯性力可以忽略时，固定墩的弹性地震力可以采用如图3所示的单自由度模型进行计算。图中：为上部结构梁体形心至固定墩墩底高度，为上部结构梁体质量。下面以《公路桥梁抗震设计细则》为例，阐述延性构件设计地震力的计算方法。
根据简化单自由度模型，得到固定墩水平弹性地震力：
（3）
式中：已考虑了抗震重要性系数、场地系数、阻尼调整系数；为重力加速度。
固定墩按弯曲延性构件设计。则根据基于强度抗震设计方法，通过引入综合影响系数，得到地震作用下的墩底设计弯矩为：
（4）
3.2 抗弯设计
3.2.1 纵筋设计
根据墩底设计弯矩，进行墩底截面的纵向钢筋设计。纵向钢筋设计应满足：
（5）
式中：为截面等效屈服弯矩，如图4所示。
需要说明的是，屈服弯矩大于墩底设计弯矩，并不表示桥墩没有屈服，或者说满足强度要求，而是间接通过满足式（5）所示的条件，保证桥墩在屈服后，其延性（变形）能够满足给定的要求，如不倒塌等。
3.2.2 塑性铰区箍筋设计
为了保证桥墩弯曲塑性铰区具有给定的延性能力，必须对塑性铰区的箍筋进行设计。通过箍筋的约束效应，提高核心混凝土的极限压应变，从而提高塑性铰区的延性变形能力。在各国抗震规范中，一般通过限制最小配箍率（如式6）及合理的箍筋构造形式来保证塑性铰区具有给定的延性能力。
（6）
式中：为塑性铰区配箍率；为计算方向的箍筋面积；为箍筋间距；为垂直计算方向的截面尺寸。
连续梁桥墩按新抗震规范设计方法的探讨
摘要:我国于2008年8月颁布了《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008），08规范于2008年10月1日起实施，08规范运用了延性抗震设计思想及能力保护设计思想。在08的抗震设计思想方法下，连续梁桥的固定墩设计与以往的设计方法发生了巨大的变化。根据对08颁布的《公路桥梁抗震设计细则》的理解，针对连续梁固定墩的抗震设计思想，分别对连续梁桥固定墩桥墩、基础、固定支座等不同部位的抗震设计方法进行了探讨。
关键词:连续梁桥墩设计 设计方法抗震设计方法
Continuous beam bridge piers designed according to the new method of seismic code
Wang Shutao
Shanghai Municipal Engineering Design Institute Group Design Institute Co., Ltd. Foshan Smetana
Summary: China in August 2008 issued a “highway bridge seismic design rules” (JTG / T B02-01-2008), 08 standard on October 1, 2008 come into effect, 08 the use of a standardized design and seismic ductility capacity protection design. Seismic design in the 08’s way of thinking, the continuous girder bridge pier design and fixed the previous design has undergone tremendous changes. Based on 08 issued a “highway bridge seismic design details,” the understanding of the fixed pier for seismic continuous beam design, respectively, continuous bridge fixed pier pier, foundation, fixed bearing different parts of the seismic design methods are discussed.
Keywords: continuous beam pier design seismic design method design methods
2 08抗震规范的两个基本思想
2.1延性抗震设计思想
在强震作用下，连续梁桥一联的纵向水平地震力大部分由固定墩承受。如果纯粹依靠强度来抵抗地震作用，无疑会造成材料的巨大浪费，既不经济，又不现实。因此在抗震设计中，固定墩一般按照弯曲延性构件进行设计，即在设计地震作用下固定墩墩底进入塑性范围，利用弯曲塑性铰减小地震力，耗散地震能量。同时通过细部构造设计，使固定墩具有较好适应反复弹塑性变形循环的滞回延性，保证在遭遇预期的大震时，结构的变形要求能够得到保证（如式1）。这就是延性抗震设计的基本思想。
（1）
式中：为地震作用下结构的最大延性需求值；为结构的容许延性值（延性能力）。
由于延性需求的计算涉及到弹塑性变形问题，因此其计算相对比较困难。为了简化抗震设计过程，08抗震规范采用基于强度的抗震设计方法来作为简化的延性抗震设计方法。其主要设计过程如下：首先，计算结构的弹性周期，根据弹性加速度反应谱得到结构的弹性地震力；计算时考虑抗震重要性系数、场地系数、阻尼调整系数。
流程如图1所示。
2.2能力保护设计思想
能力保护设计思想是结构动力概念设计的一种体现，其基本思想为：通过设计，使结构体系中的延性构件和能力保护构件（脆性构件以及不希望发生非弹性变形的构件，统称为能力保护构件）形成强度等级差异，确保结构构件不发生脆性的破坏模式。这种思想的主要优点是设计人员可对结构在屈服前、屈服后的性状给予合理的控制，同时也降低了结构对许多不确定因素的敏感性。
对连续梁桥固定墩，为了避免桥墩墩身及支座的剪切破坏，应对墩身的抗剪及支座按能力保护构件进行抗震设计；同时，由于基础属于隐蔽工程，一旦破坏，修复的难度非常大，因此基础也应作为能力保护构件进行抗震设计。
综上所述，固定墩的抗震设计可按如下思路进行：桥墩按弯曲延性构件设计，桥墩抗剪、支座及基础按能力保护构件设计。当桥墩出现弯曲塑性铰后，由于桥墩抗剪能力、支座及基础抗力均高于相应延性构件的要求，因而不论地震动强度有多大，这类构件均可避免脆性破坏以及难以修复的破坏。具体的抗震设计流程如下：
（1）进行弹性反应谱分析；
（2）采用基于强度抗震设计方法，计算固定墩设计地震力；
（3）按延性设计思想，根据设计地震力对固定墩进行抗弯设计；
（3）按能力保护设计思想，根据固定墩抗弯强度，对固定墩进行抗剪设计；
（4）按能力保护设计思想，对固定支座及固定墩基础进行抗震设计。
上述流程如图2所示。
3 固定墩抗震设计方法
3.1延性构件设计地震力的计算
对于只有一个固定墩的连续梁桥，当跨数不多、而且桥墩的地震惯性力可以忽略时，固定墩的弹性地震力可以采用如图3所示的单自由度模型进行计算。图中：为上部结构梁体形心至固定墩墩底高度，为上部结构梁体质量。下面以《公路桥梁抗震设计细则》为例，阐述延性构件设计地震力的计算方法。
根据简化单自由度模型，得到固定墩水平弹性地震力：
（3）
式中：已考虑了抗震重要性系数、场地系数、阻尼调整系数；为重力加速度。
固定墩按弯曲延性构件设计。则根据基于强度抗震设计方法，通过引入综合影响系数，得到地震作用下的墩底设计弯矩为：
（4）
3.2 抗弯设计
3.2.1 纵筋设计
根据墩底设计弯矩，进行墩底截面的纵向钢筋设计。纵向钢筋设计应满足：
（5）
式中：为截面等效屈服弯矩，如图4所示。
需要说明的是，屈服弯矩大于墩底设计弯矩，并不表示桥墩没有屈服，或者说满足强度要求，而是间接通过满足式（5）所示的条件，保证桥墩在屈服后，其延性（变形）能够满足给定的要求，如不倒塌等。
3.2.2 塑性铰区箍筋设计
为了保证桥墩弯曲塑性铰区具有给定的延性能力，必须对塑性铰区的箍筋进行设计。通过箍筋的约束效应，提高核心混凝土的极限压应变，从而提高塑性铰区的延性变形能力。在各国抗震规范中，一般通过限制最小配箍率（如式6）及合理的箍筋构造形式来保证塑性铰区具有给定的延性能力。
（6）
式中：为塑性铰区配箍率；为计算方向的箍筋面积；为箍筋间距；为垂直计算方向的截面尺寸。