国内外桥梁抗震设计规范的发展及对比研究

1、2008-10-01起,我国开始实施公路桥梁抗震设计细则,新规范总结了我国桥梁抗震设计方面的经验教训并借鉴了国外抗震设计规范的先进思想和方法,在整体抗震设防思想和设计方法上较旧规范有较大改进,大大提高了中国桥梁抗震设计能力。然而,我国幅员辽阔,地震区分布广泛,地质条件有着较大差异,又由于各地区经济水平发展不均衡,新规范并非十分完善。本文调研了国内外研究和技术标准的文献,其中国内主要相关技术标准、规范包括公路桥梁抗震设计细则(2008、公路工程抗震设计规范(1989等。国外主要相关技术标准、规范包括美国各州公路和运输工作者协会(AASHTO 美国公路桥梁设计规范(1994、美国加州Caltran

2、s 桥梁抗震设计规范(2009、以及欧洲(1996日本(1996桥梁抗震设计规范等,对国内外规范的部分内容作了比较分析,给我国从事桥梁工程抗震的设计和研究人员在以后的规范修订、充实和优化中提供一些参考和借鉴。1有关国家抗震设计规范发展简述1.1中国抗震规范发展概况我国修建的在役桥梁大多数是按照80年代中期修订的公路工程抗震设计规范(JTJ 00489来设计的,但随着我国公路桥梁的迅猛发展以及抗国内外桥梁抗震设计规范的发展及对比研究王莹,王灿(长安大学公路学院,陕西西安710064摘要:通过对现有国内外桥梁抗震设计规范、设计技术标准及部分工程设计实例等的调研,介绍了国内外桥梁抗震设计规范的发展概

3、况,并比较分析了各国抗震设防目标及分类、设防标准等。认为:不同国家的抗震设计规范在总体上有相似之处,然而由于各国国情不同,其规范条文具有明显的本国特点及区域特征,抗震设计理念及分析方法也存在着差异。我国现行规范虽对抗震设计提出了新的要求和标准,但与国际抗震设计水平仍有一定距离。在综合对比的基础上,文章提出了对我国现行抗震设计规范修订具有参考意义的建议。关键词:桥梁工程;抗震设计;规范;比较分析中图分类号:U442.51文献标识码:A文章编号:1672-9889(201204-0031-04Development and Comparison of Domestic and Internatio

4、nal BridgeSeismic Design SpecificationsW ang Ying ,Wang Can(College of Highway ,Chang an University ,Xi an 710064,China Abstract :This paper introduces the development of domestic and foreign seismic code for bridges.Through the investigation of current seismic code for bridges ,related technology s

5、tandard and project design examples ,it studies the evolution process ,content and methods ,seismic fortification target and classification ,fortification standard ,specific calculation method of vibration isolations and so on.It is concluded that seismic code of different countries are similar in g

6、eneral ,however ,clauses varies according to different national conditions ,as well as designing idea and analytic approach.In spite of new requirements and standards are put forward in China s seismic code ,there s still some distance to international level.In contrast ,some proposals are present w

7、hich be reference value to the revise for China s current seismic design code.Key words :bridge engineering ;seismic design ;code ;comparative analysis作者简介:王莹(1988-,女,山东曹县人,硕士研究生,研究方向为桥梁地震。第9卷第4期2012年8月Vol.9No.4Aug.2012现代交通技术Modern Transportation Technology现代交通技术2012年表1桥梁抗震设防类别规范国桥梁抗震设防类别适应范围地震作用折减方

8、式及取值E1地震作用下E2地震作用下中国A单跨跨径超过150m的特大桥 1.0 1.7B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0.43(0.51.3(1.7 C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、人桥0.34 1.0D三、四级公路上的中桥、小桥0.23加州普通标准桥梁跨度小于300英尺,轴承、隔震支座和阻尼器被视为非标准组件。土壤不容易液化的、横向扩展、被冲刷。桥梁系统横向纵向基本周期大于或等于0.7s日本A除B类之外的桥梁B高速国道,都市高速道路,本州四国连接道路,一般国道的桥梁。防震害规划地区

9、的市县村连接道路,立交桥等重要桥梁地震作用基本值乘以地域修正系数欧洲非关键交通桥梁,采用重现期为475年的设计地震作用或50年的设计使用期被认为是不经济合理的抗震性能系数q0.85一般公路桥梁和铁路桥梁(类和之外的桥梁 1.0对维持交通通行非常重要的桥梁,特别是震后救灾的生命通道;设计试用期大于类的桥梁1.3方式抗震重要性系数C i震技术的深入研究,旧规范已很难满足公路桥梁抗震设计的安全要求。2008-10-01,我国正式实施公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-012008(以下简称08细则,代替了旧规范抗震设计中桥梁部分作为公路桥梁行业推荐性标准。该规范总结了我国桥梁在抗震设计方面的经

10、验教训,同时借鉴建筑设计以及国外主要地震国家抗震设计规范的先进思想和方法,在整体抗震设防思想和抗震设计方法上较旧规范都有较大的改进。1.2美国抗震规范发展概况美国加利福尼亚州是著名的强震区,其桥梁抗震设计规范备受瞩目。近些年来,多次地震对美国桥梁产生了严重的破坏并严重危害了公共交通。这些桥梁在中等强度地震中的严重破坏暴露了加利福尼亚州桥梁抗震设计中的缺陷,美国在联邦公路局和加州交通部的支持下对桥梁抗震设计规范修订的相关问题进行了深入研究。1981年美国联邦公路局出版了桥梁抗震设计指南,经过不断的研究与修订,于1992年纳入美国公路桥梁标准规范(AASHTO。Caltrans抗震设计准则(1.5

11、版于2009年最新修订,加州抗震设计规范采用先进的抗震设计思想和设计方法,在原来的基础上更注重细节。1.3日本抗震规范发展概况日本地处亚欧板块与太平洋板块交界处,是世界上发生地震最多的地区之一。日本于1926年制定并正式实施了第1部与公路桥梁抗震相关的规范,在经历了1964年新潟地震后,1972年制定了道路桥耐震设计指针·同解说,该规范考虑了地基液化相关设计与防止落梁的构造措施,并于1990年进一步修订,规定了钢筋混凝土桥墩延性校核法、土的液化、动力反应分析和细部设计等。1995年发生的阪神地震使神户地区大部分桥梁遭受严重破坏,这次地震后日本对桥梁抗震设计重新进行了深入研究,在199

12、6年重新修订规范,明确引入了抗震系数法和延性设计法双水准抗震设计。经过全面的调查与研究,日本对原规范进行重新修订,于2002年实施了日本现行的平成14年公路桥梁抗震设计规范道路示方书-V耐震设计篇。1.4欧洲抗震规范发展概况欧洲规范是工程领域中较有影响力和权威性的国际性规范。为使欧洲各国在土木工程设计方面达成一致,促进技术共同进步与欧洲工程市场的发展,CEC于1990年开始制定“建筑工程欧洲规范”,并于2007年完成了规范的所有内容。目前,欧洲规范包括10部分内容,其中Eurocode8是关于结构抗震的规范。Eurocode8包括6部分内容,其中第2部分是关于桥梁抗震的规范,现行的版本是200

13、5版(以下简称EC8_2。2国内外桥梁抗震设计规范的比较2.1桥梁抗震设防类别世界主要地震国家规范根据适用范围的不同对桥梁进行划分,同时分别对不同类别的桥梁在震后的要求作出规定。桥梁抗震设防类别详见表1。32··第4期规范国桥梁抗震设防类别地震区划分设防等级性能准则中国A、B、C、D 由抗震设防烈度确定二级在地震影响E1(多遇地震作用下,各类桥梁均不损坏或不需修复可继续使用;在地震影响E2(罕遇地震作用下,A类桥梁不受损坏或不需修复可继续用,B、C类桥梁不致倒塌或产生严重结构损伤,经加固后可供维持应急交通使用加州普通桥梁、重要桥梁最大可信地震MCE二级在MCE作用下,桥梁可

14、以发生大的损坏,但应出现在易于检测和维修的部位;在中小地震作用下,桥梁不发生大的损坏日本A、B地震荷载二级在大概率地震作用下,不损坏桥梁健全性,处于弹性状态;在小概率地震作用下, A类桥产生有限损伤,修复后可马上使用,B类桥不产生致命损伤欧洲地震加速度划分二级安全极限状态:在发生设计地震后,桥梁的一些部件允许相当程度的损坏,但桥梁应保证结构的完整性和足够的残余抗力;允许在桥梁中指定的断面出现弯曲屈服;易于破坏的构件应在耗能作用下保证结构在震后有紧急交通的功能;使用极限状态:发生高概率的地震,设计地震用于耗能的构件应仅发生次要破坏,能维持正常交通或抢修后即可恢复交通表2桥梁抗震设防标准从表1可以

15、看出,中国对桥梁等级的划分首先是根据桥梁的单跨跨径,以150m为界,超过150m 为最高设防类别,其次根据公路等级划分桥梁的抗震等级,对不同等级的桥梁制定不同的抗震设防目标;美国加州规范提出了标准桥梁的概念,对桥梁类别的划分考虑了桥梁构件、土壤液化以及桥梁基本周期,对符合要求的桥梁统一进行抗震设防;日本对桥梁的划分根据防震害地区交通路线桥梁在罕遇地震后,桥梁产生有限破坏,对地震频发地区的桥梁划分为高等级设防;欧洲对维持交通通行非常重要的桥梁,特别是震后救灾的生命通道划分为高设防等级,保证震后正常的交通通行,但较定性化,工程人员不易判断桥梁抗震设防分类。总体来说,各国规范都是根据结构重要性、抗震

16、救灾作用、地震可能造成的经济损失和人员伤亡、修复的难易程度等对桥梁进行设防分类,但又都较定性化,缺乏考虑对震后救灾有较大影响的非结构性因素(如桥梁支撑通信、电、水和天然气等管线通过等对抗震设防分类的影响,不利于基于性能抗震设计思想和方法的发展与实施。2.2地震作用的确定08细则和EC8_2分别通过抗震重要性系数C i和性能系数q将地震作用折减,而美国加州规范和日本规范都采用地震力折减的方式来确定地震作用的取值。为使不同类型结构的桥梁具有等同的抗震可靠度,EC8_2通过灵活地调整性能系数q和保证相关延性要求来实现;对于同一抗震设防类别的桥梁结构,08细则对所有结构采用了统一的抗震重要性系数C i

17、,其结果增大了延性结构抗震可靠度,且减小了脆性材料的结构抗震可靠度,这对实现不同结构类型桥梁的抗震可靠度的基本一致非常困难;地震力折减的一些概念和成果被广泛接受,以往震害经验给地震力折减提供基础,但却不能全面考虑地震力折减的各种因素且缺乏理论依据,结构类型和延性、周期以及桥梁工作实地环境等因素都对地震力折减的可靠度有较大影响。2.3桥梁抗震设防标准抗震设防标准是桥梁结构抗震设计的最基本的问题,表2较详细地列出了各国抗震设防标准。相对于已经废止的“89规范”中单一的抗震设防水准来说,08细则解决了单一抗震设防水准无法保证桥梁具有令人满意的抗震效果的问题,具有重大意义。对比各国规范可以看出,目前国

18、内外桥梁抗震设计规范的基本思想相似,大都采用两水准设防和两阶段的抗震设计原则。各国对“不倒塌要求”,其设防水准和设防目标基本相同,而对“限制破坏要求”,四者的设防目标基本相同,其设防水准略有差异,美国加州规范对标准桥梁采用一级设防,较中国B、C类桥梁设防等级高,并且对震后桥梁的损坏部位提出要求;中国与日本都提出对桥梁在大概率与小概率地震作用下的破坏与继续通行的要求;欧洲规范从承载能力极限状态与正常使用极限状态出发,对桥梁在设计地震震后的残余抗力和通行能力提出要求,相比中国规范,欧洲规范在抗震性能要求方面更为具体,其规定了诸如采用结构的重要构件、次要构件等的破坏程度和破坏位置来标示各种地震后桥梁

19、的工作状态。此外,国外主要地震国家划分地震区依据地震动参数和结构重要性系数,而我国采用的是烈度概念。烈度是基于王莹,等:国内外桥梁抗震设计规范的发展及对比研究33··现代交通技术2012年(上接第30页仰拱上面采用C15片石混凝土回填后浇筑路面;(4施工过程中采用分段跳马口开挖,每段开挖进尺均控制在2.53m ,尽量减少对围岩的扰动;(5为了减少对交通的影响,在治理过程中只开放1个车道,另2个车道封闭交通。左半幅和右半幅仰拱的钢筋在中间车道底部处连接。图4隧道病害区域加固设计4.2整治效果2012年初,按照上述整治对策对该隧道进行了全面治理,经过近半年的运营,原有的病害症状

20、已经完全消除了,衬砌及隧道路面状态均完好,达到了病害治理的效果。5结语从治理以来的效果来看,本次采用钻孔取芯的方法可行,对隧道病害的判断准确,采取的治理措施可行,对类似工程具有一定的借鉴意义。参考文献1JTG F80/12004公路工程质量检验评定标准S .2JTG H122003公路隧道养护技术规范S .3关宝树.隧道工程维修管理要点集M .北京:人民交通出版社,2004.4何川,佘健.高速公路隧道维修与加固M .北京:人民交通出版社,2006.5林志,程崇国,李勇.公路隧道沥青复合式路面防排水技术研究J .公路交通技术,2008(6:103-108.(收稿日期:2011-12-31人类的观察行为和结构损伤对特定位置地震效果的定向测量,并且评定精度不高,在桥梁抗震设计上存在诸多问题。3结论本文通过对比分析4个地震多发国家的桥梁抗震设计规范,得出以下结论:(1各国规范都是根据结构的重要性、抗震救灾作用、地震可能造成的经济损失和人员伤亡、修复的难易程度等对桥梁进行设防分类,分类理念相似然而又都根据各国地域的不同有着各自的特色,但总体都较定性化,且缺乏考虑非结构性因素对抗震设防分类的影响,对基于性能抗震设计思想和方法的发展与实施不利,欧洲、美国加州规范中其他非结构因素对桥梁地震的影响,对我国规范的修订有重大意义。(