2024年4月16日发(作者：苹果ipad2图片)

2015

年

2

月

网络出版时间：2015-03-05 17:13

第

35

卷

　

第

1

期

/kcms/detail/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

,

说明了对于不同抗震等级的桥

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

。

并借此阐明各国规范在抗

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

,

因此制订一部抗震规范是极为必要

的

。

其合理与否直接关系到人民的生命财产安全

,

关

系到国家的可持续发展

。

中国公路工程抗震设计的编

《。

经过近

1

公路工程抗震设计规范

》

0

年的工程实践

和学科的发展

,

于

1986

年交通部公路规划设计院又重

新组织有关单位修编规范

,

即

J

公路工程

TJ004-89

《

()。

抗震设计规范

》

以下简称

“

89

抗震规范

”

/

公路

2008

年汶川地震后

,

JTGTB02-1-2008

《

()

桥梁抗震设计细则

》

以下简称

“

细则

”

问世

,

在编制中

总结了

8

并参

9

抗震规范在桥梁建设方面的经验教训

,

考

、

借鉴了国外抗震规范相关条文

。

中国相关抗震规

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

年交通部颁布了

TJ24-77

大量公路桥梁

,

这类结构的控制荷载往往是地震作用

国内的相应规范

。

1989

年此项工作交由欧洲标准化

委员会

(

EuroeanCommitteeStandardization

)

负

p

责

。

经过近

20

年的发展

,

Eurocode

已逐步成为欧盟

内国家采用的通用设计规范

。

1.2　

日本抗震规范

日本是一个地震多发的国家

,

目前在公路桥梁设

计建造方面已建立了一整套较为完备的抗震理论和方

法

。

日本第一本综合性的公路桥梁设计规范于

1971

年颁布

。

下部结构指导规范

”

1980

年

,

将

1971

年的

“

和

“

抗震设计规范

”

统一修订为

《

公路桥梁设计规范

》

——

下部结构

”

和

“——

抗震的

“

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

)

各类桥梁乃至各部分在设计地震作用下的抗震目标

。

这样以后所有的抗震设计都有了明确的方向和目

标

,

有利于合理使用防护措施

,

保障震后交通的顺畅

。

中国

89

抗震规范将桥梁分为

4

类

:

A

、

B

、

C

、

D

。

A

类是单孔跨径超过

100m

的特大桥

;

B

类是单孔

150

公路上的特大

、

大桥

;

D

类是三四级路上的中小桥

。

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

,

不论重要桥梁还

1

是标准桥梁均要求做到避免破坏

。

()

水准

2

:

对于

B

型地震

,

避免明显的破坏或能

2

够恢复功能

,

经修复可迅速恢复使用

。

-2007

公路桥梁抗震设计规范的异同

。

首先该规范对桥梁根据其重要性

、

在路网中的地

此处重点比较中国规范与美国

AASHTOLRFD

一级公路上的桥梁

,

或二级以

m

及以上的高速公路

、

上的特大

、

大桥

;

C

类是二级公路上的中小桥及三四级

震

;

E2

地震重现期较长的地震

。

在中国规范

08

抗震

但对于不同的桥梁类别

,

两个水准的地震强度是不同

(

中震不坏

),

大震

E2

地震作用的重现期为

2000

年

(

的

。

对于

A

类桥梁

,

E1

地震作用的重现期为

475

年

;

不倒

)

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

JRA2002

2

类

设计地震类别有两类

:

E1

地震区重现期较短的地

细则中

,

尽管采用

E1

和

E2

两个水准进行抗震设计

,

位对其进行运营分类

OC

(

OerationalClassifica-

p

)。

共分

3

类

:

对设计地震根

tionⅠ

、

Ⅱ

、

Ⅲ

型

。

其次

,

。

F

和安全评价型地震

(

SEE

)

EE

对应

75

年内

15%

重

现率

,

相当于

5

相

0

年内

10%

;

SEE

对应

75

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

450~100

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

:

功能评价型地震

(

FEE

)

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

A

C

D

B

-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

,

05

。

ξ

一般取

0.

)

上升段

:

S

=

S

ma

5.5

T

+0.45　

T

<0.1s

x

(

水平段

:

S

=

S

ma

0.1s≤

T

≤

T

g

x

　

美国

AASHTO

760~1500

370~760

180~370

<180

>1500

欧洲

EU8

360~800

180~360

<180

>800

中国

08

抗震细则

(

>500Ⅰ

)

E

140~250

(

Ⅲ

)

(

<140Ⅳ

)

区划图中的

特征周期

/

s

0.35

0.40

0.45

(

250~500Ⅱ

)

,

范围由

5s

扩展到了

1

特征周期根据场地类型在

0s

表

3

中查取

。

表

3　

中国规范特征周期表

不同场地类型特征周期

/

s

0.35

0.40

0.45

Ⅱ

0.45

0.55

0.65

Ⅲ

曲线下降段

:

S

=

S

ma

T

g

/

T

)

　

T

≥

T

g

x

(

与上一版抗震设计规范

8

反应谱周期

9

规范相比

,

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

D

类

。

按照表

2

类比方法

,

中国

Ⅰ

类土对应美国

B

类

、

0.25

0.30

0.35

Ⅰ

0.65

0.75

0.90

Ⅳ

2.3.1　

抗震计算理论

桥梁地震作用的计算方法有反应谱法

、

动力时程

法和拟静力法

。

这

3

种方法中

,

反应谱法计算最为简

但过程复杂

,

花费时间长

,

通常用于比较复杂和重要

)

桥梁的抗震验算

;

弹性静力

(

法不考虑

StaticMethod

桥梁的动力学特性

,

将地震作用简化为一个惯性力系

附加在研究对象上

。

近年针对结构弹塑性又提出非线

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

;

动力时程法针对性强

,

精确度高

,

、

但考虑的因素较多

,

主要有场地系数

(

F

a

、

F

v

、

F

PGA

)

地面加速度

(

以及本地工程地质设计组

(

PGA

)

GDS

)

相当

F

a

、

F

v

、

F

PGA

是由土类别及

S

s

、

S

I

共同决定的

,

于场地放大系数

。

系数

S

DS

和设计

1s

周期加速度反应谱系数

S

DI

。

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

SS

I

。

这里系数

s

、

()

美国

AA2SHTO

规范

规范仍以地面水平加速度

S

的形式给出设计谱

,

S

DI

;

样第一段反应谱周期

T

0

=0.

第二段反应谱周

2

S

DS

S

DI

;

期

T

s

=

S

DS

F

a

S

I

S

a

=

í

S

DI

/

T

î

PGA

+

(

S

DS

-

PGA

)

T

/

T

0

ì

T

0

≤

T

≤

T

S

T

≥

T

S

T

<

T

0

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

S

DS

包含了与

F

PGA

来调整不同场地的谱形

,

场地相关的调整系数

F

a

,

而

F

a

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

,

S

max

由设防地震

的

AA

通过

3

个场地影响系数

F

a

、

SHTO

规范中

,

F

v

、

S

s

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

T

0

和平台段终止周期

T

s

都随着场地

影响系数

F

a

、

F

v

和地震动参数取值

S

s

、

S

I

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的地面加速度应进行专门的

研究

。

动断层

10km

的范围内时

,

应采用考虑近场效应的特

定场地反应谱进行设计

。

日本桥梁规范

JRA2002

中

Ⅱ

型地面运动的反应

在所有考虑近场效应的桥梁抗震设计中

,

只有日

本桥梁规范是提供了便于设计人员设计的方法

。

各国规范关于地震力计算的比较见表

4

。

欧洲规范

EN1998-1

:

2004

反应谱

,

时程反应分析

,

拟

)

静力法

(

ushover

p

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

AASHTO

规定对于靠近活动断层和处

欧洲桥梁规范

EN1998-2

规定当场地距已知活

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

,

垂直于走向断裂的分量大于平行于走

向断裂的分量

。

谱即为考虑近场效应的反应谱

。

表

4　

各国规范关于地震力计算的比较

项目

中国规范

(“)

抗震细则

”

反应谱

,

时程反应分

析

分

3

段

,

平台段高度

与基本地面加速度

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

析

分

3

段

,

平台段高度

考虑场地类别基本

地面加速度峰值

、

场

地系数

采用折减系数

AASHTO

规范

反应谱

,

时程反应分

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

年汶川地震的

/

教训

,

细则

》

则提供了抗剪计

JTGTB02-01-2008

《

算的公式

。

变形验算是指在小地震作用下

,

要求整体结构不

损坏

,

属于使用性要求

,

此时结构或构件处于弹性状

态

;

在强烈地震作用下

,

结构处于非线性状态

,

并满

足变形要求而不倒塌

。

中国

JTG

/

TB02-01-2008

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

,

一本规范显然难以应对

。

美国在抗

震方面的规范多达

4

、

且仅针对本地区

。

这样规

5

种

,

范就更能体现地区特点

,

抗震分析就更为准确合理

。

中国规范应在不断总结实际效果的基础上进行科

学研究成果总结

,

吸收国外规范研究的经验

,

改进中国

桥梁抗震设计规范

。

3.2　

建议

影响较大

,

并造成了不同程度的破坏

,

如西安南二

km

)

环上的一座高架桥桥台伸缩装置被拉开

5

造

0

多

cm

,

成损坏

,

阻断交通

。

这是与关中地区特殊地质结构密

切相关的

。

关中盆地主要位于渭河断陷构造带上

,

历

史地震强度几乎都发生在断陷盆地内

,

具有强震孕震

的构造背景

。

从汶川特大地震说明应进一步研究考虑

周边距离远

、

强度大的地震的破坏效应

。

据此进行抗

震设计与加固

,

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

。

汶川地震对陕西省关中地区

(

距离震中约

700

1998-2

:

2004

则要求进行极限状态下延性结构塑性

铰转动能力的验算和结构位移的验算

。

日本规范对震

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

地震下

B

类和

C

类桥梁墩柱

塑性铰的转动能力和支座的变形

。

而欧洲规范

EN

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.