中美日公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比與改進(jìn)建議

中美日公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比與改進(jìn)建議

0國(guó)內(nèi)外橋梁抗震設(shè)計(jì)理念存在差異中國(guó)目前的路橋抗洪規(guī)范，借鑒美國(guó)、日本等國(guó)家橋梁工程的設(shè)計(jì)規(guī)范，采用了更先進(jìn)的抗洪性設(shè)計(jì)和能力保護(hù)的理念，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)階段的設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了國(guó)際先進(jìn)抗強(qiáng)設(shè)計(jì)理念和方法的聯(lián)系。但美國(guó)、日本等國(guó)的中小跨徑公路橋梁與中國(guó)實(shí)際建造的公路橋梁在傳力體系等方面有較大差異,這就造成中國(guó)現(xiàn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范雖然采用了較為先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)理念,但在指導(dǎo)中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)卻暴露出一些問題。本文中筆者通過比較美國(guó)北嶺地震(Mw6.7級(jí))、日本阪神地震(Mw7.2級(jí))、中國(guó)汶川地震(Ms8.0級(jí))和玉樹地震(Ms7.1級(jí))中橋梁震害和結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn),分析各國(guó)抗震規(guī)范中材料強(qiáng)度指標(biāo)、支座驗(yàn)算及地震動(dòng)參數(shù)的差異,給出了中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范編制時(shí)的幾點(diǎn)改進(jìn)建議。1不同國(guó)家的橋梁結(jié)構(gòu)體系和地震特點(diǎn)1.1框架式橋墩結(jié)構(gòu)1994年美國(guó)的北嶺地震雖然震級(jí)6.7級(jí),但大量橋墩墩頂或墩底遭到嚴(yán)重破壞(圖1),主要是因?yàn)榱号c墩之間沒有采用橡膠支座,且橋梁墩柱箍筋不足,缺少延性能力。圖2為美國(guó)加利弗尼亞州大部分橋梁結(jié)構(gòu)形式———框架式橋墩,主梁和墩柱剛接,在橋臺(tái)處設(shè)置摩擦因數(shù)較小的滑動(dòng)支座,地震時(shí)將相對(duì)位移引至橋臺(tái)后的伸縮縫處,在橋臺(tái)或伸縮縫處有足夠的防落梁長(zhǎng)度或利用位移限制裝置將上部結(jié)構(gòu)的位移限制在防落梁長(zhǎng)度內(nèi),防止落梁。這種結(jié)構(gòu)體系受力最不利的部位位于橋墩頂部或底部,可以利用墩頂和墩底形成塑性鉸來耗散地震能量,見圖3。1.2鋼合成事件處理為了保證公路橋梁結(jié)構(gòu)傳力體系不中斷,日本1995年前修建的橋梁上普遍采用鋼支承。1995年阪神地震后,Takahashi等在震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn),不但連續(xù)梁橋固定墩遭受嚴(yán)重破壞,而且部分設(shè)置了滑動(dòng)支座的橋墩也發(fā)生嚴(yán)重破壞。震后分析表明,這主要是由于滑動(dòng)支座在地震中嚴(yán)重?fù)p壞,滑移機(jī)制喪失,以致滑動(dòng)支座鎖死變成固定支座,導(dǎo)致原本設(shè)計(jì)時(shí)未考慮承受上部結(jié)構(gòu)慣性力的滑動(dòng)支座處橋墩遭受嚴(yán)重破壞。表1中給出了阪神地震后調(diào)查的橋梁支座損壞情況。由表1可以看出,地震作用下鋼支座更容易發(fā)生錨栓剪斷、支承墊石混凝土破壞等現(xiàn)象,而橡膠支座僅發(fā)生少量輕微的破壞,可見采用橡膠支座更為合理。橡膠支座在地震作用下可以起到很好的隔震耗能作用,并且在地震中橡膠支座產(chǎn)生適度的變位甚至滑移,對(duì)耗散地震能量是有利的。阪神地震后,日本在新建和加固橋梁中廣泛采用橡膠支座和防落梁裝置,并將鋼支座更換為橡膠支座。2011年日本東部大地震(Mw9.0)中,由地震造成的橋梁基本沒有損傷,并且采用橡膠支座的橋梁表現(xiàn)出了較好的抗震性能,如日本KamedaOhashi橋相鄰兩墩由于支座不同,地震中震害現(xiàn)象也不同,如圖4所示。左側(cè)的橋墩是按照日本1980年橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)并加固的,剪力鍵錨固在蓋梁上以增加鋼支座的強(qiáng)度,地震中鋼支座和擋塊沒有明顯破壞,但蓋梁卻出現(xiàn)了10mm的貫通裂縫;右側(cè)的橋梁是基于1995年阪神地震后修訂的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的,地震中蓋梁頂部的橡膠支座在橫橋向產(chǎn)生變形,并且蓋梁外側(cè)擋塊破壞,但是蓋梁卻沒有出現(xiàn)明顯破壞。1.3橋梁下部結(jié)構(gòu)及震害情況中國(guó)大陸地區(qū)的中小跨徑公路橋梁普遍采用簡(jiǎn)支梁橋(橋面連續(xù))或簡(jiǎn)支變連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)形式,如圖5所示,橋梁上部結(jié)構(gòu)利用板式橡膠支座支承于橋墩。在大震作用下,支座發(fā)生破壞或滑移后,橋梁傳力路徑往往被中斷,傳遞到橋梁下部結(jié)構(gòu)的慣性力大大減小。地震作用下橋梁下部結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞,但應(yīng)采用合理的防落梁措施。1999年中國(guó)臺(tái)灣集集地震中,除了7座橋梁由于斷層直接穿過而發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷以致坍塌外,大部分的橋梁震害是上部結(jié)構(gòu)移位以及伸縮縫破壞,這是由于橡膠支座的滑移或錯(cuò)位而導(dǎo)致的。在震后調(diào)查的195座受損橋梁中,有85座橋梁(約占調(diào)查橋梁總數(shù)的43%)支座產(chǎn)生較大的滑移,由于支座發(fā)揮了保險(xiǎn)絲式單元的作用,橋墩沒有發(fā)生明顯損傷,只有21座橋梁(約占調(diào)查橋梁總數(shù)的11%,包括直接跨越斷層的7座)的下部結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞。較為典型的實(shí)例是跨越車籠埔斷層的烏溪橋(圖6),該橋右側(cè)第三跨除了支座和擋塊遭受破壞外,下部結(jié)構(gòu)沒有遭受明顯的剪切破壞;而左側(cè)第三跨由于支座和擋塊沒有出現(xiàn)明顯破壞,橫向慣性力傳遞給橋墩,使橋墩遭受嚴(yán)重的剪切破壞。另一個(gè)實(shí)例是位于兩斷層間的炎峰橋(圖7),該橋在地震后仍能夠繼續(xù)保持通行,這主要是由于橡膠支座發(fā)生滑移耗散了部分上部結(jié)構(gòu)的慣性力,使得傳遞到橋梁下部結(jié)構(gòu)的慣性力大大減小,橋墩沒有發(fā)生明顯損傷。2008年四川汶川地震震后調(diào)查結(jié)果表明,中小跨徑橋梁的主要震害現(xiàn)象為主梁移位、支座和擋塊破壞。調(diào)查的2316個(gè)簡(jiǎn)支梁橋橋墩中,共有56個(gè)橋墩出現(xiàn)震害,占總數(shù)的2.4%,遠(yuǎn)低于主梁、支座和擋塊的震害比例,未出現(xiàn)美國(guó)北嶺地震、日本阪神地震中橋墩大量破壞的情況,這是汶川地震中簡(jiǎn)支梁橋震害的一個(gè)鮮明特點(diǎn)。這主要是由于中國(guó)中小跨徑橋梁基本采用板式橡膠支座,且支座上下沒有錨固措施,在地震作用下較易發(fā)生摩擦滑移,板式橡膠支座摩擦滑移起到了保險(xiǎn)絲式單元的作用(圖8)。支座破壞后,主梁與橋墩脫離,結(jié)構(gòu)體系傳力中斷,傳遞到下部結(jié)構(gòu)的地震力大大減小,從而保護(hù)了橋墩和樁基。震害調(diào)查結(jié)果表明,設(shè)置固定支座的橋墩受損較為嚴(yán)重,而設(shè)置板式橡膠支座的橋墩由于墩梁間的摩擦滑移而使其受損程度較輕。圖9中給出了2008年汶川地震中百花大橋的震害。百花大橋震害位于斷層附近,由于搭接長(zhǎng)度不足,并且沒有采取合理的防落梁措施,導(dǎo)致落梁,但是未落梁部分橋梁的橋墩沒有發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷,這主要是由于支座損壞后發(fā)生摩擦滑移,傳遞到下部結(jié)構(gòu)的地震力大大減小,因此橋墩基本保持彈性或輕微損傷。雖然板式橡膠支座具有良好的隔震性能,但其限位功能較差,易導(dǎo)致地震中主梁移位過大,因此對(duì)于采用板式橡膠支座的橋梁,應(yīng)設(shè)置足夠的搭接長(zhǎng)度與合理的限位裝置,防止落梁的發(fā)生。2010年玉樹地震中橋梁墩柱和樁基基本沒有震害,主要是支座和擋塊的損傷,支座和擋塊的損傷實(shí)際上保護(hù)了橋梁下部結(jié)構(gòu),一定意義上講起到了“保險(xiǎn)絲式單元”的作用。1.4中國(guó)公路中小跨徑橋梁抗震設(shè)計(jì)中的問題大震作用下,各國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)傳力體系的不同,導(dǎo)致橋梁震害現(xiàn)象也不盡相同。美國(guó)加利弗尼亞州大部分橋梁結(jié)構(gòu)形式為框架式橋墩,主梁和墩柱剛接。日本主要采用以鋼支承為主的結(jié)構(gòu)體系,保證橋梁結(jié)構(gòu)傳力路徑不間斷。早期的美國(guó)抗震設(shè)計(jì)指南和日本規(guī)范均要求大震作用下,支座等連接部位不發(fā)生損壞,使地震作用下上部結(jié)構(gòu)的慣性力通過支座傳遞給橋墩,并且利用橋墩上部和下部的塑性鉸來耗散地震能量,因此橋墩必須具有良好的延性性能,這就造成了美國(guó)北嶺地震和日本阪神地震中震害是非常相似的,但這也給地震后的修復(fù)工作帶來很大的難度。中國(guó)現(xiàn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在借鑒國(guó)外橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)忽略了橋梁結(jié)構(gòu)體系的差異,也要求中國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)傳力體系在地震中不中斷,即橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)件———支座不發(fā)生損壞,以使上部結(jié)構(gòu)的慣性力能夠通過支座傳遞給下部結(jié)構(gòu),并通過在橋墩預(yù)定的耗能部位設(shè)置塑性鉸來耗散地震能量以達(dá)到抗震的目的。但由于中國(guó)量大面廣的中小跨徑橋梁采用活放的板式橡膠支座,支座上下無任何錨固措施,大震作用下不發(fā)生損傷是很難實(shí)現(xiàn)的,在橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)往往難以滿足規(guī)范的要求,這就決定了中國(guó)公路中小跨徑橋梁在大震中的傳力路徑有別于規(guī)范中的規(guī)定,某種意義上講支座損傷是另一種形式的“塑性鉸”。由上述分析可知,各國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)體系與地震中傳力路徑的不同,產(chǎn)生的震害現(xiàn)象也不相同。國(guó)外橋梁通常為了保證橋梁結(jié)構(gòu)傳力體系的完整性,將橋梁設(shè)計(jì)為墩梁固接或采用鋼支座以保證支座的強(qiáng)度,在橋墩上形成塑性鉸以增加結(jié)構(gòu)延性性能。中國(guó)的中小跨徑橋梁多采用活放的板式橡膠支座,在大震作用下,橋梁梁體可在支座上發(fā)生一定的位移來耗散地震能量,從而減小傳遞到橋梁墩臺(tái)的地震力,采用合理的橋梁抗震構(gòu)造措施,多道設(shè)防,分級(jí)耗能,以免落梁的發(fā)生。因此,中國(guó)現(xiàn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在借鑒國(guó)外橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)應(yīng)結(jié)合中國(guó)橋梁建設(shè)的實(shí)際情況,充分認(rèn)識(shí)國(guó)外橋梁與中國(guó)橋梁在結(jié)構(gòu)傳力體系、傳力路徑等方面的差異,針對(duì)中國(guó)國(guó)情制定相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)比各國(guó)橋梁震害可知:中國(guó)中小跨徑橋梁廣泛使用的板式橡膠支座,在大震中起到了較好的隔震耗能作用,大震中板式橡膠支座優(yōu)先損傷,保護(hù)了下部結(jié)構(gòu)(橋墩和樁基),是值得重視的設(shè)計(jì)理念。2國(guó)家關(guān)于橋梁支架計(jì)費(fèi)的規(guī)定2.1基于起落架的隔震能耗單元美國(guó)規(guī)范AASHTO中沒有詳盡的支座設(shè)計(jì)和驗(yàn)算的相關(guān)規(guī)定及公式,只提到了相關(guān)說明。美國(guó)加利弗尼亞州CALTRANS1.6設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中提出,對(duì)于普通標(biāo)準(zhǔn)橋梁,支座設(shè)置為可以耗能的構(gòu)件,按照正常使用荷載來設(shè)計(jì)支座及其細(xì)部結(jié)構(gòu),但要確定支座在地震作用下的耗能能力和破壞模式,且支座應(yīng)易于檢修或更換。2007年之前,支座作為隔震耗能單元或“保險(xiǎn)絲式單元”的概念在以往的美國(guó)規(guī)范AASHTO中并不被推薦采用,而是設(shè)計(jì)時(shí)將橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間的連接仍按彈性進(jìn)行設(shè)計(jì)。2007年中期美國(guó)伊利諾伊州交通運(yùn)輸部承擔(dān)的美國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范———荷載與抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法中第14部分節(jié)點(diǎn)和支座修訂中,建議在極限荷載作用下,支座可以作為隔震耗能單元。新修訂的美國(guó)規(guī)范AASHTO2007中明確規(guī)定了橋梁合理抗震體系,并強(qiáng)調(diào)傳力路徑的不中斷性和保證橋梁的整體性。近年來,橡膠支座在美國(guó)得到了廣泛應(yīng)用,在新建橋梁和加固改造橋梁中基本采用橡膠支座。2.2防落梁體系阪神地震后,日本修訂的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用防落梁的抗震設(shè)計(jì),將支座分為A類支座和B類支座。A類支座橋梁防落梁系統(tǒng)包括搭接長(zhǎng)度、位移限制構(gòu)造和防落梁構(gòu)造這3個(gè)要素;B類支座橋梁防落梁系統(tǒng)包括搭接長(zhǎng)度、防落梁構(gòu)造這2個(gè)要素。A類支座橋梁的防落梁系統(tǒng)包括3道防線和3重設(shè)防標(biāo)準(zhǔn):第1道防線主要由支座提供,此道防線下,最大位移不超過支座容許剪切變形的1.5倍,位移限制構(gòu)造最大受力不超過其承載力的1/3,伸縮縫、支座、位移限制構(gòu)造可正常工作,對(duì)應(yīng)設(shè)防水準(zhǔn)為小震和中震;第2道防線主要由位移限制構(gòu)造提供,此道防線下,位移限制構(gòu)造完全發(fā)揮其限位作用,最大剪力達(dá)到其設(shè)計(jì)承載力,開始發(fā)生塑性變形但尚未完全破壞,支座、伸縮縫損壞,對(duì)應(yīng)設(shè)防水準(zhǔn)為大震;第3道防線主要由防落梁構(gòu)造和搭接長(zhǎng)度提供,此道防線下,位移限制構(gòu)造已失效,防落梁構(gòu)造開始起作用,控制上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移,使其小于0.75SE(SE為搭接長(zhǎng)度),對(duì)應(yīng)設(shè)防水準(zhǔn)為超預(yù)期地震。B類支座橋梁的防落梁系統(tǒng)包括2道防線和2重設(shè)防標(biāo)準(zhǔn):第1道防線主要由支座提供,此道防線下,最大位移不超過支座容許剪切變形的2.5倍,伸縮縫破壞,對(duì)應(yīng)設(shè)防水準(zhǔn)為大震;第2道防線主要由防落梁構(gòu)造和搭接長(zhǎng)度提供,此道防線下,防落梁構(gòu)造開始起作用,控制上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移,使其小于0.75SE,對(duì)應(yīng)設(shè)防水準(zhǔn)為超預(yù)期地震。由此可見,不論A類支座還是B類支座,支座均作為抗震設(shè)防的第1道防線。2.3解釋基礎(chǔ)及規(guī)范依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01—2008)中規(guī)定了B,C類橋梁的支座驗(yàn)算。在E2地震作用(重現(xiàn)期475~1975年)下,板式橡膠支座要滿足以下要求:支座厚度驗(yàn)算為式中:∑t為橡膠層的總厚度;tan(γ)為橡膠片剪切角正切值,取tan(γ)=1.0;X0為E2地震作用效應(yīng)和永久作用效應(yīng)組合后橡膠支座頂部相對(duì)于底部的水平位移。支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算為式中:μd為支座的動(dòng)摩阻系數(shù),橡膠支座與混凝土表面的動(dòng)摩阻系數(shù)μd取0.15,與鋼板的動(dòng)摩阻系數(shù)μd取0.10;Rb為上部結(jié)構(gòu)重力在支座上產(chǎn)生的反力;Ehzb為E2地震作用效應(yīng)和永久作用效應(yīng)組合后橡膠支座的水平地震力。由此可知,中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中支座要滿足變形性和抗滑性要求。汶川地震震害表明,采用板式橡膠支座的橋梁結(jié)構(gòu),在中震或大震作用下雖然會(huì)導(dǎo)致較大的梁體位移,但支座和擋塊的損傷過程具有分級(jí)耗能的作用,支座與梁體間的滑移大大減小了傳遞到下部結(jié)構(gòu)的水平地震力。因此在確保不發(fā)生落梁的情況下,板式橡膠支座變形或抗滑穩(wěn)定性不能作為抗震驗(yàn)算是否通過的依據(jù),而應(yīng)具體結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的防落梁構(gòu)造,合理描述支座剪切變形、支座損壞后以及防落梁裝置的力學(xué)行為。目前,中國(guó)橋梁抗震缺乏對(duì)支座和防落梁裝置的系統(tǒng)研究,應(yīng)綜合評(píng)價(jià)支座、防落梁裝置對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響。3cfd與圓柱體抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值的函數(shù)關(guān)系美國(guó)、日本和歐洲混凝土協(xié)會(huì)(CEB)均采用直徑152mm、高度305mm的圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度fc′的指標(biāo)。而中國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的是以150mm×150mm×300mm的棱柱體試件試驗(yàn)測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度作為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck。兩者之間的換算關(guān)系見表2,其中,fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60以下的混凝土,圓柱體抗壓強(qiáng)度fc′和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間的關(guān)系按下式計(jì)算軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間的關(guān)系按下式計(jì)算式中:對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50及C50以下時(shí),取α1=0.76,對(duì)C80,取α1=0.82,中間按線性變化取值;對(duì)C40及C40以下時(shí),取α2=1,對(duì)C80,取α2=0.87,中間按線性變化取值?；炷凛S心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值fc與軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck之間的關(guān)系按下式計(jì)算因此混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值fc與圓柱體抗壓強(qiáng)度fc′之間的關(guān)系為由表2可見,國(guó)外圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度與中國(guó)混凝土抗壓強(qiáng)度存在一定的差異。中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在確定橋墩塑性鉸斜截面抗剪強(qiáng)度、橫向鋼筋最小配筋率等的計(jì)算公式時(shí),應(yīng)注意在國(guó)外規(guī)范的基礎(chǔ)上將圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為中國(guó)常用的混凝土抗壓強(qiáng)度。4地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算方法美國(guó)1978年提出以有效峰值加速度(EPA)和有效峰值速度(EPV)2個(gè)地震動(dòng)參數(shù)為指標(biāo)的地震區(qū)劃原則,并于20世紀(jì)80年代完成具有概率意義的地震區(qū)劃圖。目前,最新的地震區(qū)劃圖為美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)完成的2002年版。2002年版的區(qū)劃圖提供了重現(xiàn)期為475,975,2475年的峰值加速度(PGA)等值線(間隔0.02g,g為重力加速度)、阻尼比5%的0.2s和1.0s的加速度反應(yīng)譜等值線,并且給出了0.1,0.3,0.5,1.0,2.0s周期的加速度譜值,以及標(biāo)準(zhǔn)危險(xiǎn)譜和危險(xiǎn)性曲線,通過計(jì)算可以得到任何地震重現(xiàn)期的地震動(dòng)參數(shù),并以郵政編碼查詢;《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)中給出了中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖、中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖和地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表(簡(jiǎn)稱“兩圖一表”),其中設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年超越概率10%(地震重現(xiàn)期為475年),其他重現(xiàn)期的地震動(dòng)水平采取調(diào)整重要性系數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)。由于美國(guó)規(guī)范能提供3種地震重現(xiàn)期的地震動(dòng)參數(shù),通過計(jì)算可以得到任何地震重現(xiàn)期的地震動(dòng)參數(shù),而中國(guó)規(guī)范只提供了50年超越概率為10%(地震重現(xiàn)期475年)的地震動(dòng)參數(shù),如果不做地震安全性評(píng)價(jià),尚不具備做好多水準(zhǔn)多階段設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。目前中國(guó)橋梁抗震設(shè)防的目標(biāo)是“小震不壞,中震可修,大震不倒”,然而該目標(biāo)太過宏觀和籠統(tǒng)。橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)針對(duì)不同水準(zhǔn)的地震作用,對(duì)結(jié)構(gòu)不同部位、不同構(gòu)件制定不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)。如果允許進(jìn)入延性,應(yīng)明確不同水準(zhǔn)地震作用下這些部位、構(gòu)件的強(qiáng)度和延性指標(biāo)。由于地震烈度的概念為地震時(shí)包含震害在內(nèi)的多種宏觀地震現(xiàn)象的總和,而抗震設(shè)計(jì)則要求分清引起結(jié)構(gòu)破壞的不同因素,以便采取有效的抗震措施。因而,抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中不宜繼續(xù)使用烈度而直接使用地震動(dòng)物理量成為國(guó)際的共同趨勢(shì)[12,13,14,15,16,17,18,19]。因此,抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中應(yīng)采用地震重現(xiàn)期來確定地震動(dòng)參數(shù),以地震動(dòng)區(qū)劃圖中不同地震重現(xiàn)期來代表地震危險(xiǎn)程度。5抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)中國(guó)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在制定時(shí),沒有認(rèn)識(shí)到中國(guó)與國(guó)外中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)傳力體系的差異以及傳力路徑的不同,未能充分認(rèn)識(shí)國(guó)外相關(guān)規(guī)范的背景,沒有充分結(jié)合中國(guó)的國(guó)情,即中國(guó)量大面廣的中小跨徑橋梁主要采用板式橡膠支座,美國(guó)的中小跨徑橋梁主要采用框架式橋墩,日本則采用以鋼支承為主的橋梁結(jié)構(gòu)體系,造成中國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在使用過程中遇到了諸多問題,尤其是國(guó)外橋梁傳力路徑與中國(guó)橋梁實(shí)際情況并不符合,這就造成規(guī)范與設(shè)計(jì)相脫節(jié)。為此筆者建議,結(jié)合中國(guó)中小跨徑橋梁的實(shí)際情況,在中震、大震作用下,允許支座優(yōu)先發(fā)生損壞,支座損壞的過程就是一個(gè)耗能的過程,支座損壞后,傳遞到墩柱上部結(jié)構(gòu)的慣性力大大減少,支座起到了“保險(xiǎn)絲式單元”的作用,這是有利于抗震的。因此,可利用橋梁上部結(jié)構(gòu)與支座間的摩擦滑移來耗散地震能量,并采用合理的抗震構(gòu)造措施,多道設(shè)防、分級(jí)耗能,從而減小地震力對(duì)橋梁墩、樁基的作用。在驗(yàn)算支座時(shí),如果支座進(jìn)入延性甚至損壞,不能作為抗震驗(yàn)算未通過的依據(jù),可采用抗震構(gòu)造措施保證橋梁不發(fā)生落梁,如橫向可采用在蓋梁上設(shè)置雙層擋塊,見圖10。圖10(b)中將橫向擋塊分成2批,第1批(擋塊1)為2個(gè)外梁與中梁兩側(cè)擋塊,各擋塊與T形梁凈距均為10cm;第2批(擋塊2)為次中梁兩側(cè)擋塊,各擋塊與T形梁凈距均為20cm。內(nèi)擋塊(擋塊1)較弱,外擋塊(擋塊2)較強(qiáng)。內(nèi)擋塊(擋塊1)作為第1道防線首