中、歐橋梁抗震設計規范相關問題思考

摘 要：結合中國《公路橋梁抗震設計細則》和歐洲橋梁抗震規范對地震區橋梁的抗震設計進行了深入地比較和探討。中國和歐洲的抗震設計規范在計算理論、方法、公式、構造要求等方面均非常相似，但歐洲規范總體上體系較為完整、原理性較強、計算公式簡明、抗震構造要求細致、操作性較好，這些方面均值得我們在編制國內新的橋梁抗震規范時參考和借鑒。

關鍵詞：橋梁；抗震設計；歐洲規范；地震

1 引言

地震會對橋梁結構造成各種破壞，使橋梁部分或完全的失去使用功能，往往造成很大的生命財產損失，所以在全球范圍內計算地震風險是橋梁設計中一個必須的步驟。世界各國的橋梁抗震規范，根據各自地域性的特點及對地震設防的不同要求，也是各不相同的，近年來全球范圍內的幾次大地震也對橋梁抗震設計提出了新的要求[1，2]。2008年8月我國發布了新的《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008），對《公路工程抗震設計規范》（JTJ 004-89）進行了較大的修改和完善，該細則由于相對于老規范改動較大，并且較多地參考、借鑒了國外先進的抗震類標準規范，對于大多數橋梁工程師來說，其理解和使用都存在一定困難。本文將主要介紹常規橋梁抗震設計中工程師比較關心的問題，對中國和歐洲抗震規范進行比較和分析，希望能幫助橋梁工程師更好的理解和使用《公路橋梁抗震設計細則》。

2 規范體系

歐洲的橋梁抗震設計規范包括以下3個級別：

2.1 歐洲規范

歐洲規范并不按行業來劃分，也沒有專門的公路橋梁設計規范，歐洲只有一套總的工程建設規范，涉及到工程建設的方方面面，適合各類的環境、氣候、場所等，所有類別的工程均可參照，所以整個系列非常龐大，其中設計規范主要分為以下9個系列：

歐洲標準1：計算基礎和對結構的作用力。

歐洲標準2：混凝土結構的計算。

歐洲標準3：鋼結構的計算。

歐洲標準4；鋼～混凝土組合結構的設計和測量。

歐洲標準5：基礎工程的計算。

歐洲標準6：磚石工程結構的計算。

歐洲標準7：地質技術的計算。

歐洲標準8：抗震結構的計算。

歐洲標準9：鋁合金結構的計算。

歐洲規范中的抗震設計規范是歐洲標準8，又分為5個類別：

第一類別：通用原理，主要內容為地震作用力計算原理、結構物的抗震一般規定、不同材料的特殊規定、建筑物的加固和修補等，共4冊。

第二類別：橋梁類結構，共1冊。

第三類別：塔、墻、煙囪類結構，共1冊。

第四類別：豎井、水庫、管道類結構，共1冊。

第五類別：地質和地基，共3冊。

歐洲規范的特點是偏重于理論和概念、包容性強，但對于各個行業而言，缺少細化的公式和設計參數。

2.2 各個國家的抗震設計規范

在歐洲規范的基礎上，各個國家也出版了部分國家規范，這個級別的規范并不和歐洲規范相抵觸，而是依據歐洲規范編寫的，只是根據本國的實際情況進行了精減或補充，再加上本國的地區參數和特殊抗震要求，一般并不形成一套完整的系列，是對歐洲規范的有益補充。

2.3 權威技術研究部門的抗震設計指南

這個級別從法律上來說并不屬于設計規范，但國外工程界都約定俗成的將權威技術研究部門的抗震設計指南作為設計規范來看待。這些設計指南一般由權威技術機構出版，是對歐洲規范在公路橋涵抗震設計方面的應用指導。設計流程、計算公式、構造要求和設計參數非常明確和詳細，具有很強的可操作性。上述3個級別各有側重，組合在一起后就成為了一個完整的橋梁抗震設計規范體系。

國內的橋梁抗震設計規范目前只發布了《公路橋梁抗震設計細則》作為行業推薦性標準，目前正在編寫新的《公路工程抗震設計規范》。

與歐洲的規范體系相比，國內橋梁抗震設計規范內容不夠完整，同時缺少權威技術研究部門的抗震設計指南，致使規范的操作性稍差。

3 延性抗震設計

部分橋梁在地震力的作用下往往會在下部結構的局部區域進入塑性狀態，形成塑性鉸區域，塑性鉸的出現增強了結構的變形能力，大大減小了下部結構的剛度，橋梁表現出延性特點，使得結構物的振動周期延長，從而減小了地震對結構物的作用力。比如當橋梁上部結構與一個或幾個橋墩固結時，我們可以認為在橋墩規定范圍的區域內會出現塑性鉸，如果計算結果支持這一推斷的話，我們可以毫不猶豫地減小由彈性分析計算獲得的地震作用力，延性抗震設計理論對降低橋梁下部結構和基礎的造價具有重要意義。

考慮結構的延性，為了合理減少地震作用力設計值，歐洲規范根據延性構件設計理論提出了性能系數q的概念。通過該系數對彈性計算獲得的地震作用力進行折減，值得注意的是：性能系數q只對地震作用力進行折減，而不折減結構的地震位移。

歐洲規范中給出了一般情況下的塑性鉸形成條件：對于矩形構件，在縱橋向地震或橫橋向地震的影響下，如果配置在截面受拉一側底邊的鋼筋進入屈服狀態，則認為塑性鉸在該處形成；對于其他截面形式的構件，要求有1/3的受拉鋼筋進入屈服狀態。

橋墩墩身功能的理想發揮要求根據臨界區域內實際的承載能力來確定，如果在考慮到性能系數q對地震力進行折減的情況下，關鍵區域沒有進入塑形狀態，則說明塑性鉸沒有形成，地震引發的作用力比預想的要強（包括在臨界區域外的結構部分中的地震力），這時就應該減小性能系數以使地震作用恰好能夠控制臨界區域的鋼筋配置。

4 中歐對比分析

第一，在抗震設計規范體系方面。歐洲規范的體系較為完整，可操作性較強，除了規范文本以外，還有相應的權威技術部門的抗震設計指南，在這些設計指南中有非常詳細的理論、方法、公式和細部構造要求，而我國規范在體系上缺少權威技術部門的抗震設計指南。

第二，設計計算方面。歐洲規范非常重視理論性，規范體系中對公式原理、理論依據、適用條件、計算要求均有詳細說明，我國的規范相對較為簡略，雖然對橋梁工程師有重要的指導意義，但是要做到對規范融會貫通則比較困難。

第三，構造要求方面。歐洲規范在構造要求方面較為明確和具體，有詳細的參考圖例，而我國在這方面規定較簡單，有些規定甚至不盡合理，比如抗震措施中在規定斜橋梁端至墩臺蓋梁邊緣的最小距離時，提出了上部結構旋轉5°的要求，這會使得斜交角較大、橋面較寬的橋梁墩臺蓋梁被迫選用很大的尺寸，而實際上可以通過橫向防震擋塊等措施來處理上部結構旋轉的風險，不一定非得增加蓋梁寬度。

5 結束語

橋梁抗震設計所包含的內容十分繁復，對于常規橋梁結構，國內和歐洲規范均主要采用反應譜方法進行設計和計算，同時涉及了靜力法、時程反應法和功率譜法，計算理論上非常相似，計算公式也大同小異，《公路橋梁抗震設計細則》較好的吸取了國內的研究成果和工程經驗，同時借鑒了國外先進的抗震類規范，為我國《公路工程抗震設計規范》的編寫打下了堅實基礎。

歐洲抗震規范體系總體上原理性較強、計算公式簡明、橋梁細部構件抗震設計詳盡、橋梁抗震構造要求細致，這些方面均值得我們在編制國內新的抗震規范時參考和借鑒。

參考文獻

[1]王光裕，劉保東，李鵬飛.新舊公路橋梁抗震設計規范的對比和分析[J].工程抗震與加固改造，2010，32（3）.

[2]W.PhillipYen， RichardA.Pratt.新的美國公路橋抗震設計指導規范[J].公路，2009，（5）.