公路桥梁抗震设计的细则分析

我国早在1990年1月1日就颁布施行了《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)，使用至今已长达将近20年，许多方面已显得落后，不能满足我国公路桥梁快速发展和建设的需要。在此期间，国内外公路桥梁抗震技术有了长足的发展，而且，从国外的情况来看，美国、日本等发达国家都有专门的桥梁抗震设计规范。因此，经过长时间的准备、讨论与修正，交通运输部将公路桥梁抗震设计的要求和规定单独成册，终于在2008年8月29日发布并于2008年10月1日正式实施了《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)，以供公路桥梁设计部门进行抗震设计时遵循。

《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)较《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)在设计思想、安全设防标准、设计方法、设计程序和构造细节等诸多方面均有很大的变化和深入。

1.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问题。过去的几十年的时间里，研究者和工程师都提出分级抗震设防的原则：即小震不坏；中震发生有限的结构或非结构构件的破坏；大震发生严重的结构和非结构构件的破坏，但不产生严重的人员伤亡；而在可能袭击工程场地最严重的地震作用下，结构不倒塌。这些基本的结构性能目标至今仍被大多数的设计规程所采用。但传统的作法是，只针对单一的地震作用水平进行结构的抗震设计，如《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)就是这样。现在的问题是针对每一个目标都给出相应的具体设计程序。这样一来，就需要对目前实际上还是单一水准强度抗震设计原则进行修订，采用多水准、多设防目标和多阶段的抗震设计原则[1]。

《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)参照国外桥梁抗震设防的性能目标要求，同时考虑了和《公路工程抗震设计规范》(JTG/T B02-01-2008)[2]中桥梁抗震设防性能目标要求的延续性和一致性，规定：A类桥梁的抗震设防目标是中震(El地震作用，重现期约为475年)不坏，大震(E2地震作用，重现期约为2000年)可修；B、C类桥梁的抗震设防目标是小震(El地震作用，重现期约为50～100年)不坏，中震(重现期约为475年)可修，大震(E2地震作用，重现期约为2000年)不倒；D类桥梁的抗震设防目标是小震(重现期约为25年)不坏。

《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)[3]中桥梁的分类情况如表1所示：

各抗震设防类别桥梁的抗震设防目标[4]如表2所示：

2.桥梁延性抗震设计和能力保护设计

2．1 桥梁延性抗震设计

延性抗震设计主要是利用结构、构件自身的延性耗能能力来抵抗地震作用，设计时是通过增加结构、构件延性来实现，对结构允许出现塑性铰的部分进行专门的延性设计。在该方法中，容许很大的地震力和能量从地面传递给结构，而抗震设计时要考虑的问题是如何为结构提供抵抗这种地震力的能力[5]。

由于《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)只采用一阶段设计，通过引入综合影响系数来折减地震力后采用弹性抗震设计，其隐含的意思是允许结构进入塑性，对结构的延性性能有相应的需求，但在设计上又没有进行必要的延性抗震设计，其延性能力能否满足延性需求是不确定的，这也是该规范存在的一个较大缺陷。因此，《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)对E2地震作用的抗震设计阶段，对延性抗震设计作了明确的规定，弥补了原规范的不足。

2．2 能力保护设计

《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中引入了能力保护设计原则。1971年美国圣弗尔南多(San Fernand)地震爆发以后，各国都认识到结构的延性能力对结构抗震性能的重要意义；在1994年美国北岭(Northridge)地震和1995年日本神户(Kobe)地震爆发后，强调结构总体延性能力已成为一种共识。为保证结构的延性，同时最大限度地避免地震破坏的随机性，新西兰学者Park等在20世纪70年代中期提出了结构抗震设计理论中的一个重要原则一能力保护设计原则(Philosophy of Capacity Design)，并最早在新西兰混凝土设计规范(NZS3101，1982)中得到应用。以后这个原则先后被美国、欧洲和日本的等国家的桥梁抗震规范所采用。

能力保护设计原则的基本思想在于：通过设计，使结构体系中的延性构件和能力保护构件形成强度等级差异，确保结构构件的地震破坏只发生在预定的部位，而且是可控制的，不发生脆性的破坏模式。具体来说，就是要选择理想的塑性铰位置并进行仔细的配筋设计以保证其延性抗震能力；而不利的塑性铰位置或破坏机制(脆性破坏)则要通过提供足够的强度加以避免。如今，能力保护设计思想已越来越广泛地被国内外专家学者所接受。

3.桥梁减隔震设计

桥梁结构减、隔震和耗能技术经过数十年的研究和开发后，已经逐渐进入实用阶段。未来桥梁结构的抗震设计规范应对这些技术在桥梁抗震设计中的应用作出具体、细致的规定。实际上，日、美、欧、新西兰等主要地震国家的桥梁抗震设计规范已经引入相应的条款。我国新的《城市桥梁抗震设计规范》和《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中也将桥梁减隔震设计单独成章，体现出其重要性。应当注意，这一技术对桥梁的实际减震效果虽有少量的验证，但其减震规律变化和经济合理性都有待深入论证。并且，隔震技术的应用并不是在任何情况下均适用。

4.实例分析

某桥梁总体布置为40m+40m+40m的连续刚构桥，截面是单箱单室(如图1所示)，桥宽9.3m，墩高l0m，桥墩截面如图2所示。该桥所在区域抗震设防烈度为Ⅶ度，按《中国地震动参数区划图》(GBl8306-21)规定，地震动峰值加速度为0.1g。根据《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)，采用Ⅱ类场地土反应谱，取结构重要性系数1.3。

经计算，得出结构在恒载、《公路工程抗震设计规范》反应谱描述的地震动作用下第一跨桥墩底、墩梁刚接处、主梁跨中三个控制截面的内力。如表3所示。

《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)出版及实施后，其在设计思想、安全设防标准、设计方法、设计程序和构造细节等方面的较大变化必将引起相关设计、科研人员的极大兴趣。本文分别从桥梁抗震设防标准、桥梁延性抗震设计和能力保护设计、桥梁减隔震设计等几个主要方面将之与原《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)进行比较，得出两者之间的一些不同之处，其实为抛砖引玉，以利于对新规范的理解和掌握。

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