公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范中存在的問題

趙沁根 遲劼

摘要：近年來地震活動頻繁發(fā)生，對建筑結(jié)構(gòu)物造成了極大的破壞，給人類社會帶來了嚴(yán)重的危害，進(jìn)而提出抗震設(shè)防的重要性。由于普通結(jié)構(gòu)大震分析采用強(qiáng)度設(shè)防不經(jīng)濟(jì)，提出利用結(jié)構(gòu)的延性進(jìn)行設(shè)防。本文對延性的相關(guān)概念和量化指標(biāo)做了具體闡述，進(jìn)而對《89規(guī)范》和《08細(xì)則》中的延性抗震設(shè)計方法進(jìn)行比較，旨在通過對比，得出對中國公路橋梁工程抗震規(guī)范改進(jìn)有建設(shè)性的意見。

關(guān)鍵詞：延性 靜力延性指標(biāo) 動力延性指標(biāo) 延性抗震

近幾年來，在我國乃至世界都頻頻發(fā)生地震災(zāi)害，其中公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴(yán)重的破壞，所造成的財產(chǎn)損失是不可估量的。所以，需要對公路橋梁抗震設(shè)計進(jìn)行深入的研究。從當(dāng)前的地震破壞程度來看，我們有必要增強(qiáng)橋梁的抗震能力，做到預(yù)防為主兼顧治理，并對現(xiàn)有的橋梁做好全面深入的調(diào)查，建立檔案，做好抗震設(shè)計工作，這是增強(qiáng)公路橋梁抗震能力的有效措施。

1 延性的基本概念

1.1 延性的定義和指標(biāo) 延性抗震設(shè)計主要是利用結(jié)構(gòu)、構(gòu)件自身的延性耗能能力來抵抗地震作用，設(shè)計時是通過增加結(jié)構(gòu)、構(gòu)件延性來實現(xiàn)，對結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)塑性鉸的部分進(jìn)行專門的延性設(shè)計。延性抗震設(shè)計的基本思想：結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以發(fā)生塑性變形，可以發(fā)生一定的損壞，但結(jié)構(gòu)不倒塌是必須能得到保證的，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，使結(jié)構(gòu)具有一定的滯回特性，這種特性足以抵抗大地震產(chǎn)生的彈塑性變形，設(shè)計預(yù)期的大地震發(fā)生時，滯回延性要低于地震激起的反復(fù)彈塑性變形循環(huán)，免于倒塌破壞的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的最低目標(biāo)必須始終得到保證。

在抗震設(shè)計時，使結(jié)構(gòu)具有延性特征，首先要確定度量延性量化的設(shè)計指標(biāo)。

通常用位移延性系數(shù)和曲率延性系數(shù)作為延性量化設(shè)計的指標(biāo)。位移延性系數(shù)定義為構(gòu)件屈服后的位移與屈服位移之比。曲率延性系數(shù)定義為截面屈服后的曲率與屈服曲率之比。

1.2 靜力延性指標(biāo)與動力延性指標(biāo) 地震動的隨機(jī)性使鋼筋混凝土的動力延性指標(biāo)，在實際中無法準(zhǔn)確表示，結(jié)構(gòu)在遭遇設(shè)計預(yù)期的大地震時，地震動作用使結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的反復(fù)變形循環(huán)情況無法事先預(yù)知，所以，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動力延性指標(biāo)在地震動作用下也就無法確定。由于無法準(zhǔn)確確定大地震時結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的動力延性指標(biāo)，在設(shè)計時通常采用靜力延性指標(biāo)來代替，也可以采用周期反復(fù)荷載試驗驗證靜力延性指標(biāo)。

2 《89規(guī)范》中的延性抗震設(shè)計

《89規(guī)范》是建立在單一的強(qiáng)度理論上的，對延性抗震設(shè)計的敘述很少，對于延性的概念、延性需求與能力計算并沒有明確的介紹，但是還是有一些簡單的抗震構(gòu)造設(shè)計。

2.1 《89規(guī)范》中延性指標(biāo)及其計算方法 《89規(guī)范》只采用一階段設(shè)計，通過引入綜合影響系數(shù)來折減地震力后采用彈性抗震設(shè)計，其隱含的意思是允許結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性，對結(jié)構(gòu)的延性性能有相應(yīng)的需求，但在設(shè)計上又沒有進(jìn)行必要的延性抗震設(shè)計，其延性能力能否滿足延性需求是不確定的，這也是該規(guī)范存在的一個較大缺陷。因此，《08細(xì)則》對E2地震作用的抗震設(shè)計階段，對延性抗震設(shè)計作了明確的規(guī)定，彌補(bǔ)了原規(guī)范的不足。

2.2 《89規(guī)范》隱含的延性設(shè)計措施 《89規(guī)范》中沒有明確提出延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計，但是卻有一些隱含了延性設(shè)計的措施。當(dāng)橋墩截面、縱筋、軸壓比以及混凝土標(biāo)號等設(shè)計參數(shù)確定之后，橋墩的延性就主要取決于橫向箍筋的設(shè)置。

3 《08細(xì)則》中的延性抗震設(shè)計

3.1 能力保護(hù)原則 《08細(xì)則》中引入了能力保護(hù)設(shè)計原則。1971年美國圣弗爾南多（San Fernand）地震爆發(fā)以后，各國都認(rèn)識到結(jié)構(gòu)的延性能力對結(jié)構(gòu)抗震性能的重要意義；在1994年美國北嶺（Northridge）地震和1995年日本神戶（Kobe）地震爆發(fā)后，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)總體延性能力已成為一種共識。為保證結(jié)構(gòu)的延性，同時最大限度地避免地震破壞的隨機(jī)性，新西蘭學(xué)者Park等在20世紀(jì)70年代中期提出了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論中的一個重要原則一能力保護(hù)設(shè)計原則（Philosophy of Capacity Design），并最早在新西蘭混凝土設(shè)計規(guī)范（NZS3101，1982）中得到應(yīng)用。以后這個原則先后被美國、歐洲和日本的等國家的橋梁抗震規(guī)范所采用。能力保護(hù)設(shè)計原則的基本思想在于：通過設(shè)計，使結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件形成強(qiáng)度等級差異，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震破壞只發(fā)生在預(yù)定的部位，而且是可控制的，不發(fā)生脆性的破壞模式。具體來說，就是要選擇理想的塑性鉸位置并進(jìn)行仔細(xì)的配筋設(shè)計以保證其延性抗震能力；而不利的塑性鉸位置或破壞機(jī)制（脆性破壞）則要通過提供足夠的強(qiáng)度加以避免。如今，能力保護(hù)設(shè)計思想已越來越廣泛地被國內(nèi)外專家學(xué)者所接受。

傳統(tǒng)的橋梁抗震設(shè)計采用強(qiáng)度設(shè)計方法，即使考慮到延性和位移，也是通過強(qiáng)度指標(biāo)間接地實現(xiàn)。現(xiàn)在人們越來越認(rèn)識到了位移在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的重要性，很多研究者和工程師建議在抗震設(shè)計中直接使用位移為設(shè)計參數(shù)，這樣就將形成多參數(shù)抗震設(shè)計方法，在這方面，各種非彈性反應(yīng)譜的研究和應(yīng)用工作一直在進(jìn)行?！?8細(xì)則》引入了位移設(shè)計的概念和方法。

3.2 延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計 我國在《08細(xì)則》中增加了延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計的有關(guān)規(guī)定，以期增加在初始強(qiáng)度沒有明顯變化的情況下結(jié)構(gòu)的非彈性變形能力，避免結(jié)構(gòu)在大震中倒塌。延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計通過加密箍筋、控制最小體積含箍率、墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內(nèi)外箍筋的體積配筋率、墩柱縱向配筋間距、空心截面墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內(nèi)加密箍筋配置、塑性鉸加密區(qū)箍筋延續(xù)等墩柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施來保證橋梁結(jié)構(gòu)的延性。

構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計還包括結(jié)點構(gòu)造措施。結(jié)點的主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力可按下式計算：

式中：σc、σt――結(jié)點的名義主壓應(yīng)力和名義主拉應(yīng)力； vjh――結(jié)點的名義剪應(yīng)力；fv、fh――結(jié)點沿垂直方向和水平方向的正應(yīng)力。

4 結(jié)論

①《89規(guī)范》建立在強(qiáng)度計算理論上，延性抗震設(shè)計很少提及，關(guān)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性的概念、延性能力需求與計算沒有明確介紹，只涉及一些簡單的抗震構(gòu)造設(shè)計措施；有關(guān)非彈性反應(yīng)地震力的確定，采用綜合影響系數(shù)Cz。Cz本身的含義就存在著模糊性與隨意性，另外有關(guān)的科研資料又不夠充分，因此設(shè)計時綜合影響系數(shù)的確定，沒用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；②《08細(xì)則》取消了概念含糊的綜合影響系數(shù)Cz，中引入了能力保護(hù)設(shè)計原則和延性抗震設(shè)計計算方法。增加了延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計的有關(guān)規(guī)定，采用了對應(yīng)于小震和大震的強(qiáng)度和變形的兩次設(shè)計方法，具有很強(qiáng)的可操作性。與《89規(guī)范》相比，給出了更具體詳細(xì)的設(shè)計計算方法，使延性抗震設(shè)計理論真正深入到每個設(shè)計人員的思想里，體現(xiàn)了時代精神。

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（作者單位：遼寧省公路勘測設(shè)計公司）