公路橋梁抗震設計規范中存在的問題

趙沁根 遲劼

摘要：近年來地震活動頻繁發生，對建筑結構物造成了極大的破壞，給人類社會帶來了嚴重的危害，進而提出抗震設防的重要性。由于普通結構大震分析采用強度設防不經濟，提出利用結構的延性進行設防。本文對延性的相關概念和量化指標做了具體闡述，進而對《89規范》和《08細則》中的延性抗震設計方法進行比較，旨在通過對比，得出對中國公路橋梁工程抗震規范改進有建設性的意見。

關鍵詞：延性 靜力延性指標 動力延性指標 延性抗震

近幾年來，在我國乃至世界都頻頻發生地震災害，其中公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴重的破壞，所造成的財產損失是不可估量的。所以，需要對公路橋梁抗震設計進行深入的研究。從當前的地震破壞程度來看，我們有必要增強橋梁的抗震能力，做到預防為主兼顧治理，并對現有的橋梁做好全面深入的調查，建立檔案，做好抗震設計工作，這是增強公路橋梁抗震能力的有效措施。

1 延性的基本概念

1.1 延性的定義和指標 延性抗震設計主要是利用結構、構件自身的延性耗能能力來抵抗地震作用，設計時是通過增加結構、構件延性來實現，對結構允許出現塑性鉸的部分進行專門的延性設計。延性抗震設計的基本思想：結構構件可以發生塑性變形，可以發生一定的損壞，但結構不倒塌是必須能得到保證的，結構設計時，使結構具有一定的滯回特性，這種特性足以抵抗大地震產生的彈塑性變形，設計預期的大地震發生時，滯回延性要低于地震激起的反復彈塑性變形循環，免于倒塌破壞的結構抗震設防的最低目標必須始終得到保證。

在抗震設計時，使結構具有延性特征，首先要確定度量延性量化的設計指標。

通常用位移延性系數和曲率延性系數作為延性量化設計的指標。位移延性系數定義為構件屈服后的位移與屈服位移之比。曲率延性系數定義為截面屈服后的曲率與屈服曲率之比。

1.2 靜力延性指標與動力延性指標 地震動的隨機性使鋼筋混凝土的動力延性指標，在實際中無法準確表示，結構在遭遇設計預期的大地震時，地震動作用使結構經歷的反復變形循環情況無法事先預知，所以，結構構件的動力延性指標在地震動作用下也就無法確定。由于無法準確確定大地震時結構結構的動力延性指標，在設計時通常采用靜力延性指標來代替，也可以采用周期反復荷載試驗驗證靜力延性指標。

2 《89規范》中的延性抗震設計

《89規范》是建立在單一的強度理論上的，對延性抗震設計的敘述很少，對于延性的概念、延性需求與能力計算并沒有明確的介紹，但是還是有一些簡單的抗震構造設計。

2.1 《89規范》中延性指標及其計算方法 《89規范》只采用一階段設計，通過引入綜合影響系數來折減地震力后采用彈性抗震設計，其隱含的意思是允許結構進入塑性，對結構的延性性能有相應的需求，但在設計上又沒有進行必要的延性抗震設計，其延性能力能否滿足延性需求是不確定的，這也是該規范存在的一個較大缺陷。因此，《08細則》對E2地震作用的抗震設計階段，對延性抗震設計作了明確的規定，彌補了原規范的不足。

2.2 《89規范》隱含的延性設計措施 《89規范》中沒有明確提出延性構造細節設計，但是卻有一些隱含了延性設計的措施。當橋墩截面、縱筋、軸壓比以及混凝土標號等設計參數確定之后，橋墩的延性就主要取決于橫向箍筋的設置。

3 《08細則》中的延性抗震設計

3.1 能力保護原則 《08細則》中引入了能力保護設計原則。1971年美國圣弗爾南多（San Fernand）地震爆發以后，各國都認識到結構的延性能力對結構抗震性能的重要意義；在1994年美國北嶺（Northridge）地震和1995年日本神戶（Kobe）地震爆發后，強調結構總體延性能力已成為一種共識。為保證結構的延性，同時最大限度地避免地震破壞的隨機性，新西蘭學者Park等在20世紀70年代中期提出了結構抗震設計理論中的一個重要原則一能力保護設計原則（Philosophy of Capacity Design），并最早在新西蘭混凝土設計規范（NZS3101，1982）中得到應用。以后這個原則先后被美國、歐洲和日本的等國家的橋梁抗震規范所采用。能力保護設計原則的基本思想在于：通過設計，使結構體系中的延性構件和能力保護構件形成強度等級差異，確保結構構件的地震破壞只發生在預定的部位，而且是可控制的，不發生脆性的破壞模式。具體來說，就是要選擇理想的塑性鉸位置并進行仔細的配筋設計以保證其延性抗震能力；而不利的塑性鉸位置或破壞機制（脆性破壞）則要通過提供足夠的強度加以避免。如今，能力保護設計思想已越來越廣泛地被國內外專家學者所接受。

傳統的橋梁抗震設計采用強度設計方法，即使考慮到延性和位移，也是通過強度指標間接地實現。現在人們越來越認識到了位移在橋梁結構抗震設計中的重要性，很多研究者和工程師建議在抗震設計中直接使用位移為設計參數，這樣就將形成多參數抗震設計方法，在這方面，各種非彈性反應譜的研究和應用工作一直在進行?！?8細則》引入了位移設計的概念和方法。

3.2 延性構造細節設計 我國在《08細則》中增加了延性構造細節設計的有關規定，以期增加在初始強度沒有明顯變化的情況下結構的非彈性變形能力，避免結構在大震中倒塌。延性構造細節設計通過加密箍筋、控制最小體積含箍率、墩柱潛在塑性鉸區域內外箍筋的體積配筋率、墩柱縱向配筋間距、空心截面墩柱潛在塑性鉸區域內加密箍筋配置、塑性鉸加密區箍筋延續等墩柱結構構造措施來保證橋梁結構的延性。

構造細節設計還包括結點構造措施。結點的主拉應力和主壓應力可按下式計算：

式中：σc、σt――結點的名義主壓應力和名義主拉應力； vjh――結點的名義剪應力；fv、fh――結點沿垂直方向和水平方向的正應力。

4 結論

①《89規范》建立在強度計算理論上，延性抗震設計很少提及，關于結構構件延性的概念、延性能力需求與計算沒有明確介紹，只涉及一些簡單的抗震構造設計措施；有關非彈性反應地震力的確定，采用綜合影響系數Cz。Cz本身的含義就存在著模糊性與隨意性，另外有關的科研資料又不夠充分，因此設計時綜合影響系數的確定，沒用統一的標準；②《08細則》取消了概念含糊的綜合影響系數Cz，中引入了能力保護設計原則和延性抗震設計計算方法。增加了延性構造細節設計的有關規定，采用了對應于小震和大震的強度和變形的兩次設計方法，具有很強的可操作性。與《89規范》相比，給出了更具體詳細的設計計算方法，使延性抗震設計理論真正深入到每個設計人員的思想里，體現了時代精神。

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（作者單位：遼寧省公路勘測設計公司）