天津地區一般橋梁抗震設計研究與探討

馮克巖,李連強,陳良田,趙興中

（天津市政工程設計研究院濱海分院，天津市 300457）

天津地區一般橋梁抗震設計研究與探討

馮克巖,李連強,陳良田,趙興中

（天津市政工程設計研究院濱海分院，天津市 300457）

《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01—2008）、《城市橋梁抗震設計規范》（CJJ 166—2011）、《公路工程抗震規范》（JTG B02—2013）等新的橋梁抗震規范相繼頒布，一般橋梁的抗震設計與以前又有何不同呢？以天津地區橋梁抗震計算分析為例，對新舊規范橋梁E1階段抗震設計的不同進行了總結，揭示了天津地區一般橋梁E1階段抗震設計的基本規律。

兩階段設計；兩水準設防；反應譜；延性抗震設計；減隔震設計

0　引言

我國在2008年、2011年、2013年相繼頒布了《公路橋梁抗震設計細則》《城市橋梁抗震設計規范》《公路工程抗震規范》等橋梁抗震規范，對橋梁抗震提出了兩水平設防、兩階段設計的新要求，雖然原標準JTJ 004—1989已廢止，但多年的設計思路和習慣卻未見得能及時轉變。筆者曾提出一般橋梁E1階段線彈性抗震設計，E2階段延性（彈塑性、非線性）抗震設計的思路，并指出橋梁地震水平力較以前成倍提高，但工程量卻有限增加的實際。本文通過天津地區一般橋梁的抗震計算分析，示例說明1989規范、2008細則、2011規范等不同規范E1階段橋梁地震水平力的不同，以及產生的工程量變化，希望能夠給廣大橋梁設計者提供一個定量的概念，并對今后的橋梁抗震設計工作有所幫助。

1　天津地區E1階段設計反應譜值比較

以高速公路或者城市快速路規則橋梁為例，結構的阻尼比為0.05，地震基本烈度以及地震動峰值加速度、場地土類型考慮以下四種情況：大港地區，地震基本烈度為7度（0.1 g）,Ⅳ類場地土為主；漢沽和寧河，地震基本烈度為8度（0.2 g）,Ⅳ類場地土;除大港、漢沽和寧河以外地區，地震基本烈度為7度（0.15 g），Ⅲ類、Ⅳ類場地土為主（市區及西部等地區、東麗及塘沽等地區），如圖1～圖4所示。其中1989規范橋梁為柱高7～10 m排架墩，重要性系數1.7，橋梁的基本周期為0.25～2 s。天津地區E1階段反應譜值比較表見表1。

圖1　大港地區0.1 gⅣ類場地土

圖2　漢沽、寧河地區0.2 gⅣ類場地土

經過統計可以看出，天津地區的高速公路、快速路一般橋梁，E1階段地震水平力新規范與1989規范相比，大港地區增加1.2～1.59倍；市區及西部地區、東麗與塘沽等地區增加最多，分別為1.76～2.32倍和1.79～2.03倍（1989規范7度區的地震系數為0.1，而新規范7度區分為0.1、0.15兩擋，現在市區及西部地區的地震系數理論上已經由過去的0.1變更為0.15，僅此一項就已經增大1.5倍了）；漢沽、寧河地區增加最少，只有1.07～1.27倍；當然如果采用群樁基礎則上述比值會再增加1.2倍。2011規范與2008細則相比則在0.87～1.16，而且場地土類型越好，其比值則越大。

圖3　大港、漢沽、寧河以外地區 0.15 gⅣ類場地土

圖4　大港、漢沽、寧河以外地區 0.15 gⅣ類場地土

表1　天津地區E1階段反應譜值比較表（高速公路、快速路一般橋梁，基本周期0.25～2 s）

2　天津地區E1階段一般橋梁工程量比較

選取天津地區典型規則公路橋梁作為研究對象，通過不同地震烈度、場地土類型下的抗震計算，比較橋梁E1階段新舊規范工程量的不同。

2.1示例橋梁的選擇

示例橋梁選擇較為流行的簡支變連續預制小箱梁與現澆連續箱梁兩種橋型，具體見表2和圖5～圖7。

表2　示例橋型參數表　m

圖5　3×30預制小箱梁橋中墩布置圖

圖6　3×30等截面現澆箱梁橋制動墩布置圖

圖7　53+73+53變截面現澆箱梁橋制動墩橫斷面圖

2.2示例橋梁E1階段地震水平力分析比較

由表3、表4看出，伴隨著新舊規范的更替，天津任意一個地區、同一橋型的橋梁地震水平力都產生了較大幅度的增加。市區、西部地區增大約2.0倍；東麗、塘沽地區增大約3.2倍（該地區原先是Ⅲ類場地土，而現在是Ⅳ類場地土），這里第3類橋型只增大約2.3倍，其主要原因是墩柱、基礎剛度較大，結構自振周期在0.4 s左右，小于反應譜特征周期Ⅲ類土的0.65 s和Ⅳ類土的0.9 s，使得該類橋梁地震水平力對Ⅲ、Ⅳ類場地土的差別影響不是特別敏感；寧河、漢沽地區增大1.29～1.48倍。這一規律與前述反應譜值的比較基本一致，統計數據見表5。

表3　天津市部分橋梁中墩（制動墩）E1階段抗震設計比較表一（0.15 g）

表4　天津市部分橋梁中墩（制動墩）E1階段抗震設計比較表二（0.2 g）

表5　天津市部分橋型E1階段地震水平力新舊規范差異統計表（2008細則）

由表5還可以看出，無論新舊規范的變化，天津市橋梁的地震水平力均體現出自西向東不斷增大的趨勢。按照新規范（2008細則）計算，前兩個橋型從市區、西部地區至東麗、塘沽地區至寧河、漢沽三類地區的地震水平力增加幅度分別為2.0倍、3.25倍、1.39倍，只是第3類橋型從市區、西部地區到東麗、塘沽地區的增加幅度只有1.09倍（原因可見上面的分析）。

2.3示例橋梁E1階段工程量分析

2.3.13×30 m簡支變連續小箱梁橋

從表6可知，3×30 m簡支變連續小箱梁橋（群樁基礎、矩形墩柱），在新規范的E1階段和舊規范抗震驗算下的墩柱及樁基均為構造配筋，只是在設計樁長上略有差別。在第一類地區，樁長仍然由過去的正常使用階段控制，長度不變；在第二、三類地區，樁長已由從前的正常使用階段控制變為地震力組合控制，中墩樁長分別增加約4.3%、6.0%，樁基混凝土分別增加約18.1 m3、54.3 m3，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.016 m3、0.047 m3。

表6　3×30 m簡支變連續小箱梁橋E1階段下部結構（基礎）工程量統計表一（2008細則）

2.3.23×30 m等截面現澆連續箱梁橋

從表7可知，3×30m等截面現澆連續箱梁橋（群樁基礎、制動墩），在新規范E1階段和舊規范抗震驗算下，除樁基均為構造配筋外，樁長及制動墩配筋率均有較大的增加。在第一、二類地區，樁長已由從前的正常使用階段控制變為地震力組合控制，制動墩樁長分別增加約11.4%、27.3%，墩柱單側配筋率由0.2%（構造配筋）分別變為0.51%、1.03%；在第三類地區，樁長仍舊由地震力組合控制，但樁長需要增加約8.8%，墩柱單側配筋率由1.0%增加到1.5%。對于第一、二、三類地區，樁基混凝土分別增加53.0 m3、127.2 m3、53.0 m3，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.046 m3、0.109 m3、0.046 m3。制動墩鋼筋增加分別為1 317.42 kg、3 293.55 kg、1 097.46 kg，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.046 kg、0.109 kg、0.046 kg。

2.3.353 m+73 m+53 m變截面現澆連續箱梁橋

從表8可知，53 m+73 m+53 m變截面現澆連續箱梁橋，在新規范E1階段和舊規范抗震驗算下，在第一、二類地區，樁基配筋率仍為構造配筋，第三類地區的樁基配筋率由構造配筋變為0.95%配筋率。三類地區的樁長、制動墩配筋率均有較大的增加，樁長仍舊由地震力組合控制，制動墩樁長分別增加約12.8%、14.9%、13.2%，前兩類地區的墩柱單側配筋率由0.2%（構造配筋）分別變為0.36%、0.42%，第三類地區的墩柱單側配筋率由0.36%增加到0.7%。對于第一、二、三類地區，樁基混凝土分別增加158.96 m3、185.46 m3、185.46 m3，折算到每平方米橋梁的增量分別為0.068 m3、0.080 m3、0.080 m3。制動墩鋼筋增加分別為4 600.48kg、5 367.23 kg、6 227.05 kg，折算到每平方米橋梁的增量分別為1.977 kg、2.301 kg、2.676 kg。

表 7 3×30 m等截面現澆連續箱梁橋E1階段下部結構（基礎）工程量統計表一（2008細則）

表8　 53 m+73 m+53 m等截面現澆連續箱梁橋E1階段下部結構（基礎）工程量統計表一（2008細則）

3　結　語

（1）對于天津地區的市政、公路一般橋梁來講，新的抗震設計規范E1階段地震水平力較舊規范有大幅度的增加。市區、西部地區大致增大為2.0倍，東麗、塘沽地區大致增大為3.25倍，寧河、漢沽地區大致增大為1.39倍。

（2）新的抗震規范要求下，天津地區橋梁下部結構及基礎工程量的增量十分有限。這是因為以往天津地區橋梁的下部結構及基礎設計一般由構造配筋控制，且較地震力組合有較大富余量，雖然現在地震水平力大幅增加，但工程量也不過是接近構造要求或是略超過一些而已。

（3）對于中等跨徑的橋梁而言，由于場地土類型的變化，東麗、塘沽地區橋梁的工程量增加最為顯著；而大跨徑橋梁下部結構剛度大、自振周期短，因此對場地土類型的變化并不敏感，不同地區橋梁工程量的增加幅度相對均勻。

（4）但要注意的是，對于采用樁接柱形式的簡支變連續小箱梁橋來說，在天津東部地區E1階段的抗震設計將會很困難，樁（柱）配筋率及樁頂位移均較難控制，因此對于跨河長橋來講，水中基礎形式的設計和施工方法的選擇將會是下一步應重點研究的課題。

[1]JTG/T B02-01—2008，公路橋梁抗震設計細則[S].

[2]CJJ 166—2011，城市橋梁抗震設計規范[S].

[3]GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[4]葉愛君，管仲國.橋梁抗震[M].北京:人民交通出版社,2011.

[5]范立礎，卓衛東.橋梁延性抗震設計[M].北京:人民交通出版社,2001.

[6]范立礎，王志強.橋梁減隔震設計[M].北京:人民交通出版社, 2001.

U42.5+5

B

1009-7716（2016）10-0071-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.022

2016-07-05

馮克巖（1970-），男，天津人，教授級高級工程師，從事橋梁結構工程設計工作。