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1、日本桥梁抗震设计规范一、引言近十年来，世界相继发生了多次重大地震，1989年美国 Loma Prieta地震（M7.0）、1994年美国Northridge地震（M6.7)、1995年日本阪神地震（M7.2）、1999年土耳其伊比米特地震（M7.4）、1999年台湾集集地震（M7.6）等等。因此，专家们预测全球已进入一个新的地震活跃期。随着现代化城市人口的大量聚集和经济的高速发展，地震造成的损失越来越大。地震灾害不仅是大量地面构筑物和各种设施的破坏和倒塌，而且次生灾害中因交通及其他设施的毁坏造成的间接经济损失也十分巨大。以1995年日本版神地震为例，地震造成大量高速公路及高速铁路桥隧的毁坏，经
2、济总损失高达1000亿美元。近几次大地震造成的大量桥梁的破坏给了全世界桥梁抗震工作者惨痛的经验教训。各国研究机构纷纷重新对本国桥梁抗震规范进行反思，并进行了一系列的修订工作。日本1995年阪神地震后，对结构抗震的基本问题重新进行了大量的研究，并十分重视减振、耗能技术在结构抗震设计中的应用。桥梁、道路方面的抗震设计规范已经重新编写，并于1996年颁布实施。美国也相继在联邦公路局（FHWA）和加州交通部（CALTRANS）等的资助下开展了一系列的与桥梁抗震设计规范修订有关的研究工作，已经完成了ATC18，ATC32T和ATC-40等研究报告和技术指南。与旧规范相比，新规范或指南无论在设计思想，设计
3、手法、设计程序和构造细节上都有很大的变化和深入。中国现行公路工程抗震设计规范（JTJ00489）在80年代中期开始修订，于1989年正式发行。随着中国如年代经济起飞，交通事业迅猛发展，特别是高速公路兴建、跨越大江，大河的大跨桥梁、大型立交工程以及城市中大量高架桥的兴建，规范已大大不能适应。但是目前所有国内的桥梁设计，对抗震设计均在设计书上标明的参照规范即是公路工程抗震设计规范和铁道工程抗震设计规范。与国外如日本、美国的同类规范相比，中国现行公路工程抗震设计规范水准远落后于国外同类规范。若不进行改进，则必将给中国不少桥梁工程留下地震隐患。 本文主要介绍了各国桥梁抗震设计规范中基础部分的抗震设计。
4、基础部分对全桥的地震响应以及墩柱力的分布均有非常重要的影响。基础设计不当会导致桥梁墩柱在地震中发生剪断、变形过大不能使用等等，有时甚至是桩在根部直接剪断破坏。基础设计需要考虑的方面除了基础形式的选择以外还包括抗弯强度、抗剪强度桩基础连接部分的细部构造、锚固构造等方面。本文首先对中、美、日、欧洲、新西兰五国或地区抗震设计规范中有关基础的部分进行了一般性的比较。笔者认为，相对而言中国的规范在基础抗震设计方面较为粗糙、可操作性不强。而日本规范在这方面作的最为细致，技术也较为先进。因此，在随后的部分中详细介绍了日本抗震规范的基础设计方法。 二、主要国家桥梁抗震规范基础抗震设计的概况本文将中国桥梁抗震规
5、范与世界上的几种主要抗震规范（美国的AASHTO规范、Caltans规范、ATC32美国应用技术协会建议规范，新西兰规范NZ，欧洲规范EC8，日本规范JAPAN）进行基础抗震设计方面的比较。中国桥梁抗震设计规范有关基础设计的部分十分笼统，只以若干定性的条款，从工程选址方面加以考虑，而对基础本身的抗震设计，特别是对于桩基础等轻型基础抗震设计重视不够。这方面，日本的桥梁抗震设计规范和准则规定得比较详细，是我们应当学乱之处。基于阪神地震的经验，地震后桥梁上部结构的修复和重建都比下部基础经济和省时、省力，因此桥梁基础的抗震能力的要求应比桥墩高。 三、日本桥粱基础抗震设计方法细节1.按流程，先用震度法设
6、计。震度法基本概念是把设计水平震度Kh乘以结构Kh的计算方法如下：其中Cz-地区调节系数；Kh0-设计水平震度的标准值。其中， 是把抗震设计所确定的地基面以上的下部结构质量的80或100和该下部结构所支承的上部结构质量的 100之和作为外力施加到结构上在上部结构惯性力作用点位置发生的位移。2用震度法设计以后，如果基础结构是桥台基础或者桥墩的扩大基础，不需要用地震时保有水平耐力法设计。这是因为设计桥台基础时，地震时动力压力的影响非常大，此外结构背面存在的主体也使结构不容易发生振劾。而对于扩大基础来说一般地基条件非常好，因此，地震时基础某些部位转动而产生非线变形可以消耗许多地震能量。3用地震时保有
7、水平耐力法设计时，首先要判断基础水平耐力有没有超过桥墩的极限水平耐力。这是因为地震时保有水平耐力法的基本概念是尽量使地震时在桥墩而不是在基础出现的塑性铰。如果在基础出现塑性铰，发生损伤后，修复很困难。所以，我们要把基础的行为控制在屈服范围内。如果基础水平耐力小于桥墩的极限水平耐力，则要判断桥墩在垂直于桥轴方向的抗震能力是不是足够大（按式（3)。因为如果桥墩在垂直于桥轴方向具有足够大的抗震能力（例如壁式桥墩），而且基础的塑性反应在容许范围以内，则基础的非线性行为能吸收大量的振动能量并且基础仍然是安全的。桥墩的极限水平耐力Pu1.5KheW （3）Khco-设计水平震度的标准值；Cz-地区调节系数
8、；a-容许塑性率；W一等价质量（ W=Wu十CpWp）；Wu-振动单位的上部结构质量；Wp-振动单位的桥墩质量；Cp-等价质量系数（剪断破坏时1.0，剪断破坏以外是0.5）。4桥墩的极限水平耐力满足Pu1.5KheW时，对基础塑性率进行对照检查。虽然基础的非线行为能吸收大量振动能量，但是对于有的基础部件来说，可能会遭受过大的损伤。所以要控制基础的反应塑性率，按如下要求：FRFL （4）式中FR-基础反应塑性率；FL-基础反应塑性率的限度。5发生液化时，要降低土质系数。随后的计算（对照和检查）同上述方法基本一致。6在地震时保有水平耐力法的流程中，最后是对基础水平位移、转角的对照和检查。要求是基础
9、最大水平位移为40cm左右，基础最大容许转角为0.025rad左右。四、结语本文对世界主要的桥梁抗震设计规范的基础设计方法进行了一定的比较，主要介绍了日本桥梁抗震设计规范的基础设计方法。总的来说，日本的基础设计方法规定比较细致，相对而言，中国现行公路工程抗震设计规范的基础设计方法比较笼统，对于扩大基础和桩基础没有分开规定。这一点，在新规范制定时应予以重视。中美欧抗震设计规范比较分析内容介绍博士中美欧抗震设计规范比较分析本文对中美欧抗震设计规范中的设防标准、地震地面运动以及地震作用取值等内容进行了全面、详细的比较分析;在此基础上。对我国现行规范的相关规定提出了合理的修正建议;结合屈曲约束耗能支撑
10、的工程应用，对基于性能设计方法进行了探讨。本文的主要研究内容如下:一、在比较三本规范中关于抗震设防标准相关规定的基础上，本文指出在抗震设计时应采用地震地面运动峰加速度作为输入参数，而且各级地震动参数的大小应考虑地震危险性特征的地区差异。同时，本文建议应采用不同重现期的设计地震来考虑建筑物重要性差别。二、通过对三本规范中场地效应以及设计地震危险性特征等内容的比较分析，给出了中美欧抗震设计规范之间设计地震动参数的换算关系以及中国地震分区在美欧规范中的地震动参数。同时，本文还对我国规范的场地划分和场地效应等规定提出了两点建议:(1)土层等效剪切波速的计算深度取为30m:(2)根据场地条件调整反应谱峰
11、值.三、根据对三本规范中地震作用及荷载效应组合等内容的比较分析，对地震作用应考虑结构延性进行修正的必要性进行了阐述，并给出了相应的结构调整系数值。根据算例结果得出的结论为:对于延性较小的结构。欧美规范偏于保守;对于延性较大的结构，中国规范偏于保守;对于延性适中的结构，三本规范是相当的。四、在总结中美欧抗震规范发展趋势的基础上，对基干性能抗震设计方法进行了研究，给出了各级概率水平的地震动参数的确定方法和结果、结构性能水准的划分标准和相应的层间位移角限值、各类建筑的基本性能目标以及确定更高性能目标的方法和示例。五、通过试验及有限元模拟分析对屈曲约束耗能支撑的力学性能及耗能性能进行了研究。研究表明:
12、(1)屈曲约束耗能支撑的性能指标稳定，在实际工程中可以作为耗能支撑或位移型阻尼器使用;(2)在相同位移作用下，屈曲约束耗能支撑的受压荷载比受拉荷载偏大，而且随着轴向位移的增加，轴向荷载的拉压差逐渐增大;(3)在大位移往复循环状态卜，屈曲约束耗能支撑存在着一定的“硬化一软化一硬化”的现象。六、运用基于性能设计的相关研究成果，以威盛大厦为例，对含屈曲约束耗能支撑的高层建筑钢结构的地震作用效应及抗震性能进行了比较分析。分析表明:(1)本工程的结构破坏模式为:X方向梁铰机制，Y方向柱铰机制;结构的抗震性能满足设计要求。(2)本下程按中国规范稍嫌保守，按美欧规范偏于经济，按本文建议的GB50011-20
13、01改进方案是适中的:(3)在小震作用下，屈曲约束耗能支撑处于弹性状态，为结构提供支撑刚度，中震作用下，部分屈曲约束耗能支撑达到屈服状态，为结构提供耗能能力;(4)采用能力谱法进行结构抗震性能评价时，地震动的概率水准和反应谱形式对评价结果的影响较大。上述研究表明:(1)本文给出的中国规范与美欧洲规范在建筑重要性等级、场地类别、地震地面运动参数等方面的换算关系是合理可靠的，具有重要的工程应用价值。(2)本文提出的GB50011-2001改进方案是科学合理的，具有很强的可操作性，是可行的。(3)本文提出的性能设计方法基本框架符合我国的实际情况，具有十分重要的理论价值和现实意义。摘要：公路桥梁抗震设
14、计细则(JTG/TB02-01-2008)的颁布实施引起国内外学者的广泛兴趣与关注。在该规范(JTG/TB02-01-2008)和欧洲规范8(Eurocode8)_桥梁抗震设计中,对抗震设防目标、抗震设防分类、反应谱和地震作用进行比较和研究。研究表明,两者在抗震设防目标、抗震设防分类和反应谱方面具有相似性;在地震力折减方面有很大不同;最后指出采用不同地震力折减方式存在的不足,指出需要进一步研究的问题。【摘要】针对我国的公路桥梁抗震设计规范(征求意见稿)和美国的Caltrans抗震设计准则(12版)从抗震设防标准、结构抗震验算两个方面进行比较分析。并通过对一座430 m连续梁桥分别按照这两种规范
15、进行简要的抗震设计验算,从实际工程中体会两种规范的异同。512大地震引发了关于抗震设计规范的探讨。本文针对中国、日本两国铁道工程抗震设计规范中关于桥梁抗震部分的规定，将其若干差别进行了比较。比较的内容包括两国规范的抗震设防标准及目标、设计地震动中加速度反应谱的形式、地震作用的计算等方面。本文的重点是比较两国规范加速度反应谱的取值和桥梁的地震作用计算的差别，这决定了桥梁结构的抗震安全。先是列出两国规范中的一些相关内容，然后比较两国的设计地震动水准及设防目标、抗震设计方法、加速度反应谱的取值和地震作用的计算。通过比较发现，中日两国铁道工程抗震设计规范各有异同，在地震作用的计算方面有相似之处，可以相互借鉴学习和提高。
