中國、歐盟和美國鐵路橋梁抗震規范簡要對比

張立江

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司橋梁設計處,天津 300142)

1 概述

隨著我國20世紀90年代經濟起飛,交通事業迅猛發展,特別是近幾年大量高速鐵路的興建,促使國家對已經不適應建設需求的《鐵路工程抗震設計規范》進行了修編。根據建設部建標[1998]244號文件《關于印發“1998年工程建設國家標準制定、修建計劃”的通知》及鐵道部鐵建設函[1990]50號文件《1990年鐵路工程建設標準規范、標準設計定額編制計劃》的要求,在原國家標準《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111—87)的基礎上進行了修訂,2006年發布了《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111—2006),其主要抗震設計思想和國際上的先進抗震規范基本接軌。2009年,根據原建設部《關于印發“2009年工程建設標準規范制訂、修訂計劃”的通知》(建標[2009]88號)的要求,對本規范進行了局部修訂,發布了《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111—2006)(2009年版)。

本文對我國和歐盟、美國現行鐵路橋梁抗震規范進行了簡要的對比,結合自身的體會,提出了一些建議,供鐵路橋梁抗震設計者參考。

2 中國、歐盟和美國鐵路橋梁抗震設計遵循的規范和規定

(1)中國

目前采用的是《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111—2006)(2009年版),京津、武廣、鄭西等首批客運專線同時執行鐵道部鐵建設函[2006]338號“關于發布客運專線鐵路加強抗震設計技術要求的通知”的要求,目前的鐵路橋梁設計,仍然執行這些規定和要求。

(2)歐盟

在歐盟,鐵路橋梁設計按照歐盟規范8中的第2部分進行,關于地震荷載和其他荷載的組合等另有專門規范予以規定。

(3)美國

在美國,橋梁的抗震設計根據美國國家公路與運輸協會標準AASHTO來進行。

3 鐵路橋梁抗震設計的主要考慮因素

總的來說,在橋梁抗震設計問題上,國內外的抗震設計目標是基本相同的,即結構能夠經受小地震并且不會損壞,能夠經受大地震并且損壞可以修復。

在橋梁結構中,下列問題是要重點考慮的。

(1)基礎變位控制

必須保證基礎在地震作用后不產生過大變位。為此設計荷載應考慮充分,要考慮基礎、墩身和土壤及水等的耦合作用,要考慮土層地質參數在地震狀態下的變化等。

(2)上部結構移位、掉落控制

推薦采用地震力明確、均勻,受損易修復的簡支梁等靜定結構；支座支承長度必須充足；支座的選用和安裝必須符合結構抗震要求；應安裝額外的防落梁或固定裝置；上部結構和下部結構連接構造等環節應保證上部結構不掉落；在連續梁端支承處安裝抗負反力設備以防盆式支座上下脫離。

(3)塑性鉸設計

橋梁結構產生塑性鉸的主要部位是墩臺與基礎結合部、樁與承臺結合部、上部結構中的塑性鉸等,這也是地震易損部位,設計時應予以重視,基本做法是增加部分構造,使結構順暢過渡,增設增加結構延性的構造鋼筋等。

(4)墩臺的塑性設計

為避免鋼筋混凝土橋在地震力作用下斷裂,墩橋應設置足夠抗剪鋼筋。

(5)隔震設計

隔震設計可減低地震作用,改善地震力傳力途徑,目前較多采用的技術措施是增設阻尼器及上部結構的串列構造。

4 橋梁抗震標準比較

在抗震設計的具體規定方面,中外規范還有許多差別。表1給出了GB50111和歐盟規范8號及美國國家公路與運輸協會1997年版及2007年版AASHTO等中外3種橋梁抗震設計規范中比較重要的差別。

表1 中外3種橋梁抗震設計規范的主要差別

注:此抗震設計標準的比較并不涵蓋這些標準中的所有不同之處,只是選取了一些主要的差別。

5 3種抗震標準比較結果

在GB50111標準中有關橋梁抗震要求的章節只有大約20頁,而在歐盟8號標準第2部分中的相關內容有138頁,在美國國家公路與運輸協會的最新標準中的相關內容有236頁,可以看出歐盟8號標準以及美國國家公路和運輸協會的標準在抗震設計方面的要求更為全面、具體,可執行性更好。

在下部結構強度檢算上采用和中國規范“設計地震”水平一致的地震作用,要高于中國規范的多遇地震作用,在正交地震作用的組合方面也有更高的要求。中國的GB50111標準則只是制定了大概的要求而將其他細節交給設計單位,還有一部分規定通過類似鐵道部2006年338號文“頒布新的技術要求以便加強鐵路抗震設計的通知”等文件給出,這很容易造成不同的設計者、不同的工程項目會有不同的抗震設計,例如,對于橋墩支座墊石的尺寸,美國國家公路和運輸協會的標準引用了歐盟8號標準第2部分中的計算方法,但是在GB50111中,只是規定橋墩帽的寬度要“合理”,但并沒有說什么尺寸才“合理”……。

6 建議

抗震設計并不是單純的結構設計問題,而是牽扯到基本國策的復雜問題,因此,在設計中,對于技術標準必須嚴格按照國家標準執行,在設計的細節處理上,對于規范中沒給出明確規定的,可以借鑒國外先進規范的做法,在不顯著增加投資的基礎上,提高結構的安全度。

[1]GB50111—2006(2009年版)，鐵路工程抗震設計規范[S].

[2]TB10002.1—2005，鐵路橋涵設計基本規范[S].

[3]TB10002.5—2005，鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S].

[4]TB10621—2009，高速鐵路設計規范[S].

[5]翁 艷,朱寶龍.中日橋梁抗震設計規范的若干比較[J].四川建筑科學研究,2010(3).

[6]鐵建設函[2006]338號，關于發布客運專線鐵路加強抗震設計技術要求的通知[S].

[7]Eurocode 8 Design provisions for earthquake resistance of structures Part 2. Bridges[S].

[8]AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design[S]. March 2007.