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摘要：由于多个方面因素的影响，世界各国的抗震设计规范都存在着差异，而且每个国家的抗震设计规范都是一个相对独立的系统。为了能够借鉴其他国家的先进设计思路，完善我国的桥梁设计规范，文章将中外桥梁的抗震设计规范进行对比分析。
关键词：中外桥梁；抗震设计规范；对比分析
0 前言
地震对社会经济的发展和人们的生命财产安全都带来了巨大的损失，桥梁是震后在国防、救灾和重建时的重要生命线，有着无可替代的作用。目前各国都在逐步完善优化桥梁的抗震理论，也加大了对抗震设计的研究[1]。在桥梁抗震技术方面，日本、美国、欧洲等国开展的相对较早，技术也更为领先，而我国在这方面还不够成熟，在很多方面还是需要借鉴国外。受到地理环境、经济状况等多个方面因素的影响，不同的国家其抗震设计规范之间都存在着差异，换而言之，不同国家的桥梁抗震设计都是相对独立的系统，这对于开展国际公路桥梁项目也存在着很大的弊端，会由于规范之间的差异而存在诸多问题。同时为了能够将我国桥梁抗震设计规范进一步的完善，有必要借鉴其他国家的先进设计思想[2]。
1 桥梁抗震设计的基本理论
1.1 桥梁震害分析与影响因素
⑴地震造成的桥梁破坏形式
地震造成的桥梁破坏形式按照桥梁的结构来划分，可以分为三类，其一是上部结构；其二是支撑连接件；其三则是桥梁墩台和基础。在这三种破坏中，支撑连接件和桥梁墩台基础占据较大的比例[3]。而上部结构发生破坏也往往是因为下部结构出现位移而导致的，由于地震的作用，墩台、基础受到了水平地震力的作用，经过反复的振动，破坏就会出现在薄弱的部位，还会引起桥梁的其他部位产生破坏甚至倒塌。
⑵桥梁破坏的因素
桥梁的破坏因素一方面表现在结构选择不合理；其二则是桥墩抗震能力不足而引起的破坏，主要表现为强度和延性方面的不足，其破坏形式主要是剪切破坏和弯曲破坏；其三就是每个支点位移不同步而引起的桥梁破坏，不同的位置，不同的场地，桥梁不同结构处所收到的相位差也不同，使得桥梁必然会受到行波效应的影响[4]。
1.2 地震动的输入
加速度峰值、频谱特性、地震持续时间是地震动的主要特性，地震动在时间和空间上均是存在差异的，在对大跨度的桥梁地震反应分析中往往只是考虑到了时间方面的变化，却未能将空间上的变化也考虑进去，而大跨径的不同部位，在空间上由较大的差别，所以在对大跨径的桥梁进行分析时需要考虑到多点不同步的地震效应。
1.3 基础结构与土的相互动力作用
在发生地震时，地震产生的作用力首先会传到上部结构中，上部结构所产生的惯性力又会经过基础传到地基之中，使得地基产生了变形，而这种现象就称之为土-结构的动力相互作用。通常应用集总参数法、直接法、子结构法来分析动力相互作用，其应用的模型主要为集中质量模型、有限元模型、动力Winkler模型。而桩-土的动力相互作用又可以划分为惯性相互作用与动力学相互作用，这两者分别与结构的质量和刚度有关。
1.4 桥梁抗震设计思想及发展状况
⑴桥梁抗震设计破坏准则
与一般的静力荷载设计不同，桥梁抗震设计中地震力的大小不仅与地震动的特性、结构动力特性有关，还与地震的变形反应有关。明确在抗震设计中需要遵循的强度破坏原则、变形破坏原则、延性破坏原则、能量破坏原则、变形和能量双重破坏原则、基于性能的破坏原则。
⑵桥梁抗震设计思想发展状况
在桥梁抗震设计思想发展的过程中，最初仅仅是考虑了强度的影响，对结构的抗力要求较大，需要能够满足预期内可能发生的最大地震反应，所受到的局限性较大。而基于位移的设计理念是让结构体系能够有充足的能力来抵抗地震作用所产生的变形，该种方法需要通过结构的强度和刚度来确定几何尺寸，然后再通过非弹性静力的方法来估算对比有效位移与地震作用所产生的位移值。在桥梁的寿命周期之内，出现破坏性地震的可能性较小，如果设计标准按照罕见强震的程度，往往不够经济。目前各国在桥梁抗震设计中将设防标准、桥梁分类、构造措施等方面纳入到抗震设计中需要考虑的因素中，对于不同的构造会选用不同的性能指标，确保结构在地震作用下能够达到安全可靠和经济合理的平衡化。随着桥梁抗震设计理念的不断优化，其设计理论也逐渐由强度向延性方向转变。
2 中外桥梁抗震设计规范比较
2.1 抗震设防目标
各国根据桥梁的重要程度和经济效益对桥梁进行了等级划分，桥梁的重要等级不同，抗震设防的要求也会有所不同。美国的桥梁抗震等级及抗震设计目标分别如下表1、2所示。
表1：桥梁抗震等级分类表
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表2：桥梁抗震设计目标
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欧洲国家对桥梁的划分主要考虑三个方面的因素，分别为对生命财产所造成的威胁、桥梁的重要性以及产生的经济后果，通过这三个因素将桥梁划分为三个等级，分别为平均重要性桥梁、低于平均型桥梁、重要性桥梁[5]。其中平均重要性桥梁指的是通常的公路和铁路桥梁；重要性桥梁指的是对于维持交通非常重要的桥梁，其重要系数为1.3；低于平均型桥梁，桥梁对交通并不是关键的，重要系数为0.85。抗震设防设计采用两个水准，其一是不倒塌安全极限状态，在发生地震之后，桥梁并不会发生整体性的破坏，可以牺牲局部不重要的构件来抵消部分的地震能量；其二则是破坏最小化的正常使用极限状态，在桥梁的设计期内，发生地震时引起桥梁次要构件以及专门设计来损耗地震能量的部件发生较小的破坏，同时桥梁的其他部件不会受到损坏。
日本将桥梁划分为标准重要桥梁A类和极高重要桥梁B类，将抗震性能目标分为3级，分别如下表3所示。
表3：桥梁抗震性能目标等级
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中国将桥梁分为A、B、C、D四类，各类的重要系数如表4所示。
表4：各类桥梁的重要性系数
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其中E1指的是发生概率较大的地震动，E2指的是发生概率较小、强度大的地震动。抗震设防等级分为两阶段三等级，两个阶段分别为多遇地震和罕遇地震下的抗震设计。三个水准分别为弹性变形下结构不会出现破坏、弹塑性变形下主要构件不会出现损伤；第三水准是主要构件出现了可以修复的损伤，但整体的变形还可以控制。
针对不同等级的桥梁各个国家所采用的抗震设计参数与构造措施有所不同，我国与日本采用三水准抗震设防目标，欧洲采用两水准，美国采用单一水准。
2.2 设计地震动
我国与其他国家对于地震加速度区划图的标准不一样，中国采用的是烈度，而其他国家却采用的是结构基准期超越一定概率的划分手段。相关的资料表明，对于同一烈度而言，最大的加速度离散型较大，所以我国采用烈度略有不足。在阻尼比方面，每个国家均是采用0.05，虽然不同的国家在修正系数的表达式上有差异，但是总体的变化规律基本相似。由于我国在抗震设计规范中只是考虑了场地类别的影响，但是反应谱的大小还与震级和震中距有关，也就导致我国规范中反应谱的取值要小于欧洲。
2.3 地震反应分析方法和计算方法
各国规范抗震分析采用的计算方法如表5所示：
表5：各国规范抗震分析方法
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各国对于荷载组合的规定差异较小，永久荷载基本相同。美国和日本对于模型的建立并未进行详细的叙述，中国在建模方面引进了欧洲的思想，模型均能够反映结构的实际动力特性，且欧洲规范中还规定了结构的扭转效应，在竖向地震效应方面欧洲规范相对还更为保守。
2.4 延性设计
美、日、欧三国注重对结构延性能力，但我国更侧重结构的强度设计，延性考虑相对较少。目前我最现行的《城市桥梁抗震规范》经过逐步的完善已经多方面借鉴了国外桥梁的延性设计、塑性铰长度设置、配筋率等方面，但是对于最小配箍率与欧、美、日等国相比还是小的多。
2.5 减隔震设计
目前，很多国家都在对桥梁的减隔震技术展开研究，我国在该方面的起步较晚，较为笼统、不够详细。我国与国外在减隔震设计分析方法方面基本相同，均采用的是等效静力法和反应谱分析的方法，而不同点主要表现在减隔震设计的使用条件、等效刚度和阻尼以及伸缩缝的取值。一般桥梁，国内外均采用反应谱分析法；复杂桥梁，美、欧、日均采用非线性动力时程法。减隔震支座的等效刚度通过计算公式计算所得到的数值，其取值的变化规律各个国家基本相似，只是取值范围有所差别，欧洲的取值范围最大，美国最小，中国和日本居中。
3 结语
综上所述，文章首先从桥梁震害分析与影响因素、地震动的输入、基础结构与土的相互动力作用、桥梁抗震设计思想及发展状况几个方面详细的介绍了桥梁抗震设计的基本理论。并从抗震设防目标、设计地震动、震反应分析方法和计算方法、延性设计、减隔震设计几个方面对比分析了中外桥梁抗震设计规范。
参考文献：
[1]韩笑. 中外桥梁抗震设计规范对比分析[D].兰州交通大学,2014.
[2]左烨,孙广俊,李鸿晶.中外桥梁抗震设计规范有关防落梁的比较与研究[J].防灾减灾工程学报,2016,36(04):617-623+639.
[3]袁伟民.中外公路桥梁抗震规范的差异[J].中外公路,2015,35(01):147-151.
[4]张立江.中国、欧盟和美国铁路桥梁抗震规范简要对比[J].铁道标准设计,2010(11):51-53.
[5]刘健新.汶川地震桥梁破坏及中外桥梁抗震设计规范对比[J].筑路机械与施工机械化,2010,27(11):20-23+10.
作者简介：
史学骏 （1990-），男，汉族，辽宁大连人，硕士，路桥工程师，从事桥梁设计工作。