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桥梁抗震规范依据

桥梁抗震规范依据

1公路桥梁抗震设计规范

本细则主要适用于单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥。斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150m的特大跨径梁桥和拱桥,可参照本细则给出的抗震设计原则进行设计。2008-10-01实施。

总则

为了贯彻执行中华人民共和国防震减灾法并实行以预防为主的方针,减轻公路桥梁的地震破坏,保障人民生命财产的安全和减少经济损失,更好地发挥公路运输及其在抗震救灾中的作用,特制定《城市桥梁抗震设计规范》。按该规范进行抗震设计的桥梁,其设防目标是:当遭受桥梁设计基准期内发生概率较高的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需修理可继续使用,当遭受桥梁设计基准期内发生概率较低的罕遇地震影响时,应保证不致倒塌或产生严重结构损伤,经加固修复后仍可继续使用。

抗震设防烈度为6度及以上地区的公路桥梁,必须进行抗震设计。 各类桥梁必须进行多遇地震E1作用下的抗震设计,除6度地区以外,A、B、C类桥梁 还必须进行罕遇地震E2作用下的抗震设计。

本规范适用于抗震设防烈度为6、7、8和9度地区的常用公路桥梁的抗震设计。抗震设防烈度大于9度地区的桥梁和行业有特殊要求的大跨度或特殊桥梁,其抗震设计应作专门研究,并按有关专门规定执行。 

抗震设防烈度必须按国家规定的权限审批、颁发的文件(图件)确定。一般情况下,抗震设防烈度可采用中国地震动参数区划图GB18306-2001的地震基本烈度。对已作过专门地震安全性评价的桥址,可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。

公路桥梁的抗震设计,除应符合本规范的要求外,尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。

按本规范进行抗震设计的桥梁结构类型为: (1) 主跨径不超过200米的混凝土梁桥 (2) 主跨径不超过200米的圬工或混凝土拱桥 (3) 主跨径不超过200米的混凝土斜拉桥和悬索桥  主跨径超过200米的大跨径桥梁,本规范只给出抗震设计原则。

术语

抗震设防烈度(seismic fortification intensity):按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。

抗震设防标准(seismic fortification criterion):衡量抗震设防要求的尺度,由抗震设防烈度和公路桥梁使用功能的重要性确定。

地震作用(earthquake action):由地震动引起的结构动态作用,包括水平地震作用和竖向地震作用。

地震影响(effects of earthquake):由地震动引起的作用于桥梁结构上的惯性力、土压力、水压力以及地基液化、滑移等影响的总称。 

设计基本地震加速度:(design basic acceleration of ground motion):50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值。 

设计特征周期:(design characteristic period of ground motion):抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映地震震级、震中距和场地类别因素的下降段起点对应的周期值。 

液化(liquefaction):因地震动造成覆盖土内孔隙水压急剧上升,饱和砂土失去抗剪强度,土体的构造发生破坏而出现的破坏现象。 

流动(滑移)(lateral spreading):伴随液化作用发生的地基土水平移动现象。

抗震概念设计(seismic concept design):根据地震灾害和工程经验等所获得的基本设计原则和设计思想,进行桥梁结构总体布置和并确定细部构造的过程。 

弹性抗震设计(elastic seismic design method):在多遇地震作用下,不允许桥梁结构发生塑性变形,仅用构件的强度作为衡量结构性能的指标,只需校核构件的强度是否满足要求。 

延性抗震设计(ductility seismic design method):在罕遇地震作用下,允许桥梁结构发生塑性变形,不仅用构件的强度作为衡量结构性能的指标,同时要校核构件的延性能力是否满足要求。

减隔震设计(seismic isolation design method):在桥梁上部结构和下部结构或基础之间设置隔震支座,以增大原结构体系周期和阻尼,减小输入到上部结构的能量,达到结构预期防震的要求。

能力设计(capacity design method):对可能出现塑性铰的构件,为确保非塑性铰区不发生塑性变形和剪切破坏,必须对非塑性铰区进行加强设计,以保证非塑性铰区的能力高于塑性铰区。

抗震措施(seismic fortification measures):除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括抗震构造措施。

抗震构造措施(details of seismic design):根据抗震概念设计原则,一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。

2城市桥梁抗震设计规范

本规范是根据建设部[1998]建标第59号文的要求,由同济大学会同有关的设计、勘察单位编写而成。

在编写过程中,编写组开展了相关的专题研究工作,吸取了国内有关科研、院校、设计等单位的研究成果和实际工程经验;参考、借鉴了国内外先进的抗震类标准规范,并在全国范围内广泛征求了有关设计、勘察、科研、教学和抗震管理部门的意见,经反复讨论、修改、充实和试设计,最后经审查定稿。

新编写的《城市桥梁抗震设计规范》共有11章2个附录。

总则

为使城市桥梁经抗震设防后,减轻结构的地震破坏,避免人员伤亡,减少经济损失,制定本规范。

地震基本烈度为6度及以上地区的城市桥梁,必须进行抗震设计。

本规范适用于地震基本烈度6、7、8和9度地区的城市梁式桥和跨度不超过150m的拱桥。斜拉桥、悬索桥和大跨度拱桥可参照本规范给出的抗震设计原则进行设计。

桥址处地震基本烈度数值可由现行《中国地震动参数区划图》查取地震动峰值加速度并按表3.2.1确定。

表3.2.1  地震基本烈度和地震动峰值加速度的对应关系(统一)

地震基本烈度

6度

7度

8度

9度

地震动峰值加速度

0.05g

0.10

(0.15)g

0.20

(0.30)g

0.40g

注: g为重力加速度。

城市桥梁抗震设计除应符合本规范外,尚应符合现行国家及行业标准的要求。

术语

地震动参数区划(seismic ground motion parameter zonati):以地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期为指标,将国土划分为不同抗震设防要求的区域。

抗震设防标准(seismic design standard):衡量抗震设防要求的尺度,由地震基本烈度和城市桥梁使用功能的重要性确定。

地震作用(earthquake action):作用在结构上的地震动,包括水平地震作用和竖向地震作用。

E1地震作用(earthquake action E1):工程场地重现期较短的地震作用,对应于第一级设防水准。

E2地震作用  earthquake action E2):工程场地重现期较长的地震作用,对应于第二级设防水准。

地震作用效应(seismic effect):由地震作用引起的桥梁结构内力与变形等作用效应的总称。

地震动参数(seismic ground motion parameter):它包括地震动峰值加速度、反应谱曲线特征周期、地震动持续时间和拟合的人工地震时程。

地震安全评价(seismic safety assessment):地震安全评价是指建设工程场地及其地震环境,按照工程的重要性和相应的设防风险水准,给出确定设计工程抗震参数以及相关资料。

特征周期(characteristic period):抗震设计用的加速度反应谱曲线下降段起始点对应的周期值,取决于地震环境和场地类别。

非一致地震动输入 nonuniform ground motion input):特大跨径桥梁抗震分析,尤其是时程分析中各个桥墩的地震动输入有所不同,反映了地震动场地的空间变异性。

场地土分类(site classification):根据地震时场地土层的振动特性对场地所划分的类型,同类场地具有相似的反应谱特征。

液化(liquefaction):地震中覆盖土层内孔隙水压急剧上升,一时难以消散,导致土体抗剪强度大大降低的现象。多发生在饱和粉细砂中,常伴生喷水、冒砂以及构筑物沉陷、倾倒等现象。

抗震概念设计(seismic conceptual design):根据地震灾害和工程经验等归纳的基本设计原则和设计思想,进行桥梁结构总体布置、确定细部构造的过程。

延性抗震设计(seismic ductility design):允许桥梁结构墩柱发生塑性变形,要求利用结构延性抗震。

延性构件(ductile member):延性抗震设计时,允许发生塑性变形的构件。

能力保护设计方法(capacity protection design):为保证在预期地震作用下,桥梁结构中的能力保护构件在弹性范围工作,其抗震性能应高于塑性铰区的设计方法。

能力保护构件(capacity protected member):采用能力保护设计原则设计的构件。

减隔震设计(seismic isolation design):在桥梁上部结构和下部结构或基础之间设置减隔震系统,以增大原结构体系阻尼和(或)周期,降低结构的地震反应和(或)减小输入到上部结构的能量,达到预期的防震要求。

限位装置(restrainer):为限制梁墩间的相对位移而设计的构造装置。

3美国规范

AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design(2007)

美国的抗震设计规范以往都是包含在《公路桥梁标准规范》(Standard Specifications for Highway Bridges)和《LRFD桥梁设计规范》(LRFD Bridge Design Specification)中,而2007年5月最新的的《AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design》(下文简称AASHTO)单独列出来,作为美国桥梁抗震设计的指南,体现了最新的研究成果。

AASHTO适用于跨径不超过150m的一般桥梁,其抗震设计的基本思想为基于位移的抗震设计,采用单一水准设计。AASHTO选取75年超越概率为7%(重现期为1000年)的地震作为设计地震。与一般的抗震设计不同,AASHTO按照设计地震在周期为1s时的谱加速度值,将抗震设计种类分为A、B、C、D四类,A类只须满足最小支承长度、上下部结构间连接力的构造要求;B类除了要满足相应于B类的构造要求之外,还要进行需求分析,并用规范给出的公式检算其能力,并对柱的剪切强度进行能力设计;C类要识别其抗震系统,并进行需求分析,用规范给出的公式检算其能力,并用能力设计方法进行设计,最后须满足相应于C类的构造要求;D类要识别其抗震系统,并进行需求分析,用pushover分析方法检算其能力,并用能力设计方法进行设计,最后须满足相应于D类的构造要求。对于C类和D类,AASHTO提出了三种抗震系统:第一种是下部结构为延性、上部结构为弹性的抗震系统;第二种是上部结构为延性而下部结构为弹性的抗震系统,只适用于上部结构为钢材的桥梁;第三种是通过上下部结构间的减隔震系统来消能减震,从而使上下部结构都设计为弹性的抗震系统。

经过抗震设计后的桥梁,要满足生命安全的性能要求,即桥梁倒塌的概率极小,但可能遭受大的破坏和大的交通限制。大的破坏包括:永久错位、混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土大面积剥落、钢柱屈服或局部屈曲、钢撑整体或局部屈曲、剪力键处桥面板的开裂。大的交通限制包括:车道减少、轻微的紧急交通管制。

美国加州规范Caltrans Seismic Design Criter2006 Version1.4

该准则将所有桥梁分为普通桥梁和重要桥梁,重要桥梁是提供震后救援的生命线工程、中断交通修复桥梁将产生重大经济影响的桥梁及按照当地紧急规划设计的关键工程,不具备以上特征的桥梁结构为普通桥梁。普通桥梁又分为标准和非标准桥梁,对于那些几何不规则、特殊的框架结构(如刚度、质量分布不均匀,悬臂或C型支承及多层结构)、特殊地质条件的桥梁称为非标准桥梁,其它的为标准桥梁。并要求所有桥梁结构都要按照抗震性能准则进行抗震设计。

Caltrans适用于跨径不超过90m的普通标准桥梁,其抗震设计的基本思想为基于位移的抗震设计,采用单一水准设计。Caltrans选取最大可信地震(Maximum Credible Earthquake)MCE作为设计地震。在MCE作用下,采用能力设计方法进行抗震设计,并主要侧重于“校核”。对于延性构件,先通过地震反应分析确定其位移需求,包括整体结构位移和局部构件位移,然后通过pushover分析校核其位移能力,并通过适当的构造措施保证延性构件的延性能力得以充分发挥并具备必要的安全储备;对于非延性构件、延性构件的非延性失效模式和不容许发生破坏的构件,通过采用能力设计方法使它们的强度水平大于延性构件屈服时的强度(考虑超强)来保证其抗震安全。

经过抗震设计后的桥梁,要满足生命安全的性能要求。在MCE作用下,桥梁可以发生大的破坏,但应该出现在易于检测和维修的部位;在发生频率较高的中、小地震作用下,桥梁结构不发生大的破坏。但这一要求并不是通过直接的设计实现的,而是假定在针对MCE设计之后,上述要求自动满足。

4欧洲规范Eurocode8(1994)

欧洲规范适用于由桥台或桥墩的弯曲来抵抗水平地震作用的桥梁,即由竖向或接近竖向的支承桥梁上部结构的桥墩系统组成的桥梁,也适用于拱桥、斜拉桥等其它类型桥梁。其抗震设计的基本思想为基于强度的抗震设计,采用单一水准设计。设计地震近似具有475年的重现期,对于设计基准期为50年和100年的桥梁,设计地震分别具有10%和20%的超越概率。通过延性设计或减隔震设计之后,进行强度验算。

经过抗震设计后的桥梁,要在震后能保持紧急交通的运行,并具有适当的可靠性。考虑在桥梁设计基准期内地震发生的概率,Eurocode8提出了两个设计准则:一个对应于设计地震,另一个对应于在桥梁设计基准期内具有高发生概率的地震。分别为:1. 不倒塌要求(安全极限状态):设计地震出现后,桥梁应保持其结构的完整性和足够的残余抗力,允许桥梁的部分构件发生大的破坏;桥梁结构必须是耐破坏的,易于破坏的构件的设计应使得由于它们的耗能作用保证了结构在震后仍能具有紧急交通功能,并且易于检测与维修;允许在墩中指定的截面出现弯曲屈服(如以塑性铰方式),且在高地震活动性地区是必须的,以达到削减设计地震作用的目的,使由于地震原因增加的造价在一个合理的范围之内;应防止主梁或桥面板中出现塑性铰,防止主梁或桥面板由于过大的位移而发生落梁。2.最小破坏要求(使用极限状态):在桥梁的设计基准期内,当高概率的地震出现后,专门设计用来在设计地震下进行延性耗能的桥梁构件(部件)只能发生极小的破坏,不导致交通量的减少,不需要立即的维修。但最小破坏要求并不是通过直接设计实现的,规范规定只要满足不倒塌要求,最小破坏要求就自动满足。

5日本规范(道路橋示方書?同解説Ⅴ耐震性能篇,2002)

日本规范是由日本道路协会出版发行的。其抗震设计的基本思想为基于强度的抗震设计,采用三水准抗震设防,两阶段抗震设计。规范根据道路的类型、功能和结构的类型将桥梁重要性分为A、B两类,A类为一般重要桥梁,B类为特别重要桥梁。将地震作用分为两级3类:第一级(仅1类)为桥梁使用寿命期间发生概率较大的地震;第二级分为2类,第1类为发生于大陆板块边缘的地震(称为板块边界型地震,Ⅰ型地震),第2类为发生在板块内部断层的都市直下型地震(称为内陆直下型地震,Ⅱ型地震)。规范规定,对这两级设计地震水准应分别直接设计,即两阶段抗震设计。

桥梁的抗震设计以确保针对桥梁的重要性而要求的抗震性能为目的,特别重要的B类桥梁对抗震性能的要求要高于A类。A类:设计基准期内,大概率地震作用下(第一级),桥梁不出现损伤,满足抗震性能1的要求,低概率的强烈地震作用时(第二级),不发生致命性损伤,满足抗震性能3的要求;B类:设计基准期内,大概率地震作用下(第一级),桥梁不出现损伤,满足抗震性能1的要求,低概率的强烈地震作用时(第二级),允许产生有限的损伤,满足抗震性能2的要求。