中、歐橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)問(wèn)題思考

摘 要：結(jié)合中國(guó)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》和歐洲橋梁抗震規(guī)范對(duì)地震區(qū)橋梁的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入地比較和探討。中國(guó)和歐洲的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在計(jì)算理論、方法、公式、構(gòu)造要求等方面均非常相似，但歐洲規(guī)范總體上體系較為完整、原理性較強(qiáng)、計(jì)算公式簡(jiǎn)明、抗震構(gòu)造要求細(xì)致、操作性較好，這些方面均值得我們?cè)诰幹茋?guó)內(nèi)新的橋梁抗震規(guī)范時(shí)參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：橋梁；抗震設(shè)計(jì)；歐洲規(guī)范；地震

1 引言

地震會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成各種破壞，使橋梁部分或完全的失去使用功能，往往造成很大的生命財(cái)產(chǎn)損失，所以在全球范圍內(nèi)計(jì)算地震風(fēng)險(xiǎn)是橋梁設(shè)計(jì)中一個(gè)必須的步驟。世界各國(guó)的橋梁抗震規(guī)范，根據(jù)各自地域性的特點(diǎn)及對(duì)地震設(shè)防的不同要求，也是各不相同的，近年來(lái)全球范圍內(nèi)的幾次大地震也對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)提出了新的要求[1，2]。2008年8月我國(guó)發(fā)布了新的《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008），對(duì)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 004-89）進(jìn)行了較大的修改和完善，該細(xì)則由于相對(duì)于老規(guī)范改動(dòng)較大，并且較多地參考、借鑒了國(guó)外先進(jìn)的抗震類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)于大多數(shù)橋梁工程師來(lái)說(shuō)，其理解和使用都存在一定困難。本文將主要介紹常規(guī)橋梁抗震設(shè)計(jì)中工程師比較關(guān)心的問(wèn)題，對(duì)中國(guó)和歐洲抗震規(guī)范進(jìn)行比較和分析，希望能幫助橋梁工程師更好的理解和使用《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》。

2 規(guī)范體系

歐洲的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范包括以下3個(gè)級(jí)別：

2.1 歐洲規(guī)范

歐洲規(guī)范并不按行業(yè)來(lái)劃分，也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，歐洲只有一套總的工程建設(shè)規(guī)范，涉及到工程建設(shè)的方方面面，適合各類(lèi)的環(huán)境、氣候、場(chǎng)所等，所有類(lèi)別的工程均可參照，所以整個(gè)系列非常龐大，其中設(shè)計(jì)規(guī)范主要分為以下9個(gè)系列：

歐洲標(biāo)準(zhǔn)1：計(jì)算基礎(chǔ)和對(duì)結(jié)構(gòu)的作用力。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)2：混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)3：鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)4；鋼～混凝土組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和測(cè)量。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)5：基礎(chǔ)工程的計(jì)算。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)6：磚石工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)7：地質(zhì)技術(shù)的計(jì)算。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)8：抗震結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)9：鋁合金結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

歐洲規(guī)范中的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范是歐洲標(biāo)準(zhǔn)8，又分為5個(gè)類(lèi)別：

第一類(lèi)別：通用原理，主要內(nèi)容為地震作用力計(jì)算原理、結(jié)構(gòu)物的抗震一般規(guī)定、不同材料的特殊規(guī)定、建筑物的加固和修補(bǔ)等，共4冊(cè)。

第二類(lèi)別：橋梁類(lèi)結(jié)構(gòu)，共1冊(cè)。

第三類(lèi)別：塔、墻、煙囪類(lèi)結(jié)構(gòu)，共1冊(cè)。

第四類(lèi)別：豎井、水庫(kù)、管道類(lèi)結(jié)構(gòu)，共1冊(cè)。

第五類(lèi)別：地質(zhì)和地基，共3冊(cè)。

歐洲規(guī)范的特點(diǎn)是偏重于理論和概念、包容性強(qiáng)，但對(duì)于各個(gè)行業(yè)而言，缺少細(xì)化的公式和設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.2 各個(gè)國(guó)家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范

在歐洲規(guī)范的基礎(chǔ)上，各個(gè)國(guó)家也出版了部分國(guó)家規(guī)范，這個(gè)級(jí)別的規(guī)范并不和歐洲規(guī)范相抵觸，而是依據(jù)歐洲規(guī)范編寫(xiě)的，只是根據(jù)本國(guó)的實(shí)際情況進(jìn)行了精減或補(bǔ)充，再加上本國(guó)的地區(qū)參數(shù)和特殊抗震要求，一般并不形成一套完整的系列，是對(duì)歐洲規(guī)范的有益補(bǔ)充。

2.3 權(quán)威技術(shù)研究部門(mén)的抗震設(shè)計(jì)指南

這個(gè)級(jí)別從法律上來(lái)說(shuō)并不屬于設(shè)計(jì)規(guī)范，但國(guó)外工程界都約定俗成的將權(quán)威技術(shù)研究部門(mén)的抗震設(shè)計(jì)指南作為設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)看待。這些設(shè)計(jì)指南一般由權(quán)威技術(shù)機(jī)構(gòu)出版，是對(duì)歐洲規(guī)范在公路橋涵抗震設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用指導(dǎo)。設(shè)計(jì)流程、計(jì)算公式、構(gòu)造要求和設(shè)計(jì)參數(shù)非常明確和詳細(xì)，具有很強(qiáng)的可操作性。上述3個(gè)級(jí)別各有側(cè)重，組合在一起后就成為了一個(gè)完整的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范體系。

國(guó)內(nèi)的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范目前只發(fā)布了《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》作為行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，目前正在編寫(xiě)新的《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。

與歐洲的規(guī)范體系相比，國(guó)內(nèi)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)容不夠完整，同時(shí)缺少權(quán)威技術(shù)研究部門(mén)的抗震設(shè)計(jì)指南，致使規(guī)范的操作性稍差。

3 延性抗震設(shè)計(jì)

部分橋梁在地震力的作用下往往會(huì)在下部結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域進(jìn)入塑性狀態(tài)，形成塑性鉸區(qū)域，塑性鉸的出現(xiàn)增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的變形能力，大大減小了下部結(jié)構(gòu)的剛度，橋梁表現(xiàn)出延性特點(diǎn)，使得結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)周期延長(zhǎng)，從而減小了地震對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用力。比如當(dāng)橋梁上部結(jié)構(gòu)與一個(gè)或幾個(gè)橋墩固結(jié)時(shí)，我們可以認(rèn)為在橋墩規(guī)定范圍的區(qū)域內(nèi)會(huì)出現(xiàn)塑性鉸，如果計(jì)算結(jié)果支持這一推斷的話(huà)，我們可以毫不猶豫地減小由彈性分析計(jì)算獲得的地震作用力，延性抗震設(shè)計(jì)理論對(duì)降低橋梁下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的造價(jià)具有重要意義。

考慮結(jié)構(gòu)的延性，為了合理減少地震作用力設(shè)計(jì)值，歐洲規(guī)范根據(jù)延性構(gòu)件設(shè)計(jì)理論提出了性能系數(shù)q的概念。通過(guò)該系數(shù)對(duì)彈性計(jì)算獲得的地震作用力進(jìn)行折減，值得注意的是：性能系數(shù)q只對(duì)地震作用力進(jìn)行折減，而不折減結(jié)構(gòu)的地震位移。

歐洲規(guī)范中給出了一般情況下的塑性鉸形成條件：對(duì)于矩形構(gòu)件，在縱橋向地震或橫橋向地震的影響下，如果配置在截面受拉一側(cè)底邊的鋼筋進(jìn)入屈服狀態(tài)，則認(rèn)為塑性鉸在該處形成；對(duì)于其他截面形式的構(gòu)件，要求有1/3的受拉鋼筋進(jìn)入屈服狀態(tài)。

橋墩墩身功能的理想發(fā)揮要求根據(jù)臨界區(qū)域內(nèi)實(shí)際的承載能力來(lái)確定，如果在考慮到性能系數(shù)q對(duì)地震力進(jìn)行折減的情況下，關(guān)鍵區(qū)域沒(méi)有進(jìn)入塑形狀態(tài)，則說(shuō)明塑性鉸沒(méi)有形成，地震引發(fā)的作用力比預(yù)想的要強(qiáng)（包括在臨界區(qū)域外的結(jié)構(gòu)部分中的地震力），這時(shí)就應(yīng)該減小性能系數(shù)以使地震作用恰好能夠控制臨界區(qū)域的鋼筋配置。

4 中歐對(duì)比分析

第一，在抗震設(shè)計(jì)規(guī)范體系方面。歐洲規(guī)范的體系較為完整，可操作性較強(qiáng)，除了規(guī)范文本以外，還有相應(yīng)的權(quán)威技術(shù)部門(mén)的抗震設(shè)計(jì)指南，在這些設(shè)計(jì)指南中有非常詳細(xì)的理論、方法、公式和細(xì)部構(gòu)造要求，而我國(guó)規(guī)范在體系上缺少權(quán)威技術(shù)部門(mén)的抗震設(shè)計(jì)指南。

第二，設(shè)計(jì)計(jì)算方面。歐洲規(guī)范非常重視理論性，規(guī)范體系中對(duì)公式原理、理論依據(jù)、適用條件、計(jì)算要求均有詳細(xì)說(shuō)明，我國(guó)的規(guī)范相對(duì)較為簡(jiǎn)略，雖然對(duì)橋梁工程師有重要的指導(dǎo)意義，但是要做到對(duì)規(guī)范融會(huì)貫通則比較困難。

第三，構(gòu)造要求方面。歐洲規(guī)范在構(gòu)造要求方面較為明確和具體，有詳細(xì)的參考圖例，而我國(guó)在這方面規(guī)定較簡(jiǎn)單，有些規(guī)定甚至不盡合理，比如抗震措施中在規(guī)定斜橋梁端至墩臺(tái)蓋梁邊緣的最小距離時(shí)，提出了上部結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)5°的要求，這會(huì)使得斜交角較大、橋面較寬的橋梁墩臺(tái)蓋梁被迫選用很大的尺寸，而實(shí)際上可以通過(guò)橫向防震擋塊等措施來(lái)處理上部結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，不一定非得增加蓋梁寬度。

5 結(jié)束語(yǔ)

橋梁抗震設(shè)計(jì)所包含的內(nèi)容十分繁復(fù)，對(duì)于常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)和歐洲規(guī)范均主要采用反應(yīng)譜方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，同時(shí)涉及了靜力法、時(shí)程反應(yīng)法和功率譜法，計(jì)算理論上非常相似，計(jì)算公式也大同小異，《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》較好的吸取了國(guó)內(nèi)的研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)借鑒了國(guó)外先進(jìn)的抗震類(lèi)規(guī)范，為我國(guó)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的編寫(xiě)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

歐洲抗震規(guī)范體系總體上原理性較強(qiáng)、計(jì)算公式簡(jiǎn)明、橋梁細(xì)部構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)詳盡、橋梁抗震構(gòu)造要求細(xì)致，這些方面均值得我們?cè)诰幹茋?guó)內(nèi)新的抗震規(guī)范時(shí)參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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