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我国新旧公路桥梁抗震设计规范对比分析王思莹

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：王思莹

[导读] 摘要：抗震设计在公路桥梁设计中有着很重要的地位，本文针对2008版《公路桥梁抗震设计细则》和2020版《公路桥梁抗震设计规范》存在的差异，从抗震基本要求、地震作用、抗震分析、减隔震桥梁设计等方面进行对比，总结了新版规范的修订内容，分析了新版规范的改进原因。

        沈阳铁道勘察设计院有限公司辽宁沈阳 110013
        摘要：抗震设计在公路桥梁设计中有着很重要的地位，本文针对2008版《公路桥梁抗震设计细则》和2020版《公路桥梁抗震设计规范》存在的差异，从抗震基本要求、地震作用、抗震分析、减隔震桥梁设计等方面进行对比，总结了新版规范的修订内容，分析了新版规范的改进原因。
        关键词：抗震设计规范抗震体系抗震概念设计减隔震桥梁抗震设计
        一、引言
        地震是一种突发性强。破坏范围大、面积广、具有多发性、续发性等特征的自然灾害。我国地震活动频繁，桥梁最为一种重要的社会基础设施，影响着国民经济发展和人民日常生活以及灾后救援工作。《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）自2008年10月1日起施行，至今已有10多年的历史，随着公路工程建设数量和质量不断提高，针对08规范在实施中出现的问题，结合国内外诸多成熟的桥梁抗震设计经验和成果，我国颁布了《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T 2231-01-2020）。本文主要针对新旧两版公路桥梁抗震设计规范进行对比分析。
        二、基本要求
        新规范仍采用ABCD四类抗震设防类别，ABC类桥梁采用两水准抗震设防，两阶段设计，D类桥梁采用一水准抗震设防，一阶段设计；但新规范明确BC类中斜拉桥、悬索桥和减隔震桥在E2地震作用下仍按A类设计的要求。新规范采用一级~四级抗震措施等级，取代了旧规范中抗震烈度的表达方式，避免因概念混淆而产生歧义。同时，根据抗震设防类别和烈度的不同，新规范新增三种抗震设计方法，以确保结构安全的前提下提高设计效率。结合地震灾害经验，针对BC类梁桥，新规范提出了两种抗震体系以承担水平和竖向地震作用：一种是按照延性抗震设计，通过桥墩、系梁塑性变形来消耗地震能量，并给出单柱墩和双柱墩的耗能部位；另一种是按照减隔震桥梁设计，通过上下部连接构件（支座、耗能装置）塑性变形而消耗能量。对于板式橡胶支座，如若不满足支座抗滑性能可采用其他支座（盆式支座、减隔震支座）或设置梁体限位装置。对于连续梁固定支座，如若水平抗震能力不满足，可设置连接梁体和剪力键。对于挡块宜按照E2地震作用可损伤来设计。新规范细化了抗震概念设计内容，包含了工程场地的选择、对称均匀的布置方案、一联内梁式桥桥墩刚度比要求、相邻联梁式桥基本周期比要求、调整一联内各墩刚度比和相邻联周期比的方法等。此外，在进行作用效应组合时，增加了连接构件抗震验算计入50%均匀温度作用的要求。
        三、地震作用
        新规范明确了三种地震作用计算方法，即设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计地震动功率谱表征。同时考虑水平和竖向地震作用的桥梁增加了A类桥梁，修改了Ⅸ度地区桥梁要求。当采用地震动时程分析方法时，A类，Ⅸ度区B类桥梁应作，Ⅷ度区B类桥梁宜作地震安全性评价，新规范明确了当地震动参数显著不同时，宜考虑地震动空间变化，采用多点非一致激励方法以及应给出三个方向分量的地震动参数。未作地震安全性评价时，可通过设计加速度反应谱或地震记录合成地震动加速度时程，新规范首次提出人工拟合的标准，即通过调整使其反应谱与规范设计加速度反应谱每个周期对应幅值相对误差小于5%或绝对误差小于0.01g，且设计加速度时程不少于3组，任意2组同方向时程定义的相关系数绝对值小于0.1。当采用设计加速度反应谱方法时，新规范采用的谱函数形式与旧规范一致（上升段、水平段和下降段），但个别参数有所调整。

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竖向设计反应谱采用与水平设计谱相同形式的计算公式、仅场地系数和特征周期取值不同，取代了谱比函数设计方法。同时，增加了Ⅰ0、Ⅰ1场地分类的各参数取值、竖向场地系数Cs和竖向设计加速度反应谱特征周期Tg。此外，新规范对动水压力部分进行修订：水深不大于5m时不考虑动水压力影响，水深大于5m时，不考虑竖向作用，水平向作用采用附加质量法计算。同时，在E2地震作用下但桥墩未进入塑性时也宜考虑动水压力和主动土压力影响。
        四、抗震分析
        对于墩柱塑性铰区域超强弯矩计算：旧规范按最不利轴力计算正截面抗弯承载力，新规范采用在最不利轴力作用下计算的极限弯矩，单柱墩最不利轴力可取恒载轴力，双柱墩和多柱墩在横桥向地震作用下建议采用pushover方法迭代计算超强弯矩。对于双柱墩和多柱墩盖梁、横桥向、梁桥基础等设计也随之有所不同。
        五、减隔震桥梁
        新规范取消了减隔震桥梁E1作用下验算要求，通过和非减隔震桥梁进行对比来确定是否采用减隔震设计及效果，更加明确了减隔震装置的要求，新增其对环境温度要求。此外，新规范增补并细化了减隔震桥梁抗震分析方法：一定条件下可采用简单易行的单阵型反应谱法和功率谱法；不考虑竖向地震作用可采用多阵型反应谱法和功率谱法；水平竖向地震作用同时考虑可采用非线性时程法。
        六、其他方面
        新规范修订了公路桥梁抗震措施，例如梁式桥上部结构搭接长度、部分构件混凝土强度等要求。同时修订了桩基础验算和承载能力调整系数：对于E1地震作用，端承桩调整系数为1.5，摩擦桩根据土类别取值（不大于1.5）；对于E2地震作用，抗压承载力调整系数为2，抗拉调整系数根据土类别取值（不大于1.5）。针对BCD类桥梁支座抗震验算，计算公式有所调整，增加考虑了均匀温度作用产生的影响，并补充了球形支座。参考国外规范，对墩柱塑性铰区域抗剪计算公式以及地震位移修正系数Rd进行了修改。增补了桥梁墩柱位移延性系数计算方法。
        七、总结
        《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T 2231-01-2020）针对08细则实施过程中发现的不足，充分吸取国内外先进的技术标准和成熟的设计成果，为满足公路工程的不断发展而更新并颁布，修订后规范有如下特点：
        （1）提出了一级~四级抗震措施等级新概念，取代了抗震烈度的表达形式，有效地避免混淆概念。
        （2）明确了两种抗震体系，即延性抗震设计和减隔震桥梁设计。
        （3）明确了三种地震作用计算方法，即设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计地震动功率谱表征。初次提出了人工拟合地震波的标准要求。
        （4）增加了减隔震桥梁抗震分析方法。
        参考文献：
        [1]中华人民共和国行业推荐性标准.公路桥梁抗震设计规范（JTG/T 2231-01-2020）[S].中华人民共和国交通运输部，2020.
        [2]中华人民共和国行业推荐性标准.《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）[S].中华人民共和国交通运输部，2008.