城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范說明

PAGEPAGE35城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范條文說明1總則1.0.1我國處于世界兩大地震帶即環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間，是一個強震多發(fā)國家。我國地震的特點是發(fā)生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡大、災(zāi)害嚴重。幾乎所有的省市、自治區(qū)都發(fā)生過六級以上的破壞性地震。根據(jù)1990年國家地震局公布的我國地震烈度基本區(qū)劃圖，我國地震烈度等于或大于7度的地區(qū)面積達312萬平方公里，占國土總面積的近1/3。自二十世紀八十年代以來，國外發(fā)生的強烈地震，不僅造成了人員傷亡，而且造成了極大的經(jīng)濟損失。突發(fā)的強烈地震使建設(shè)成果毀于一旦，引發(fā)長期的社會政治、經(jīng)濟問題，并帶來難以慰籍的感情創(chuàng)傷。公路橋梁是生命線系統(tǒng)工程中的重要組成部分，在抗震救災(zāi)中，公路交通運輸網(wǎng)更是搶救人民生命財產(chǎn)和盡快恢復(fù)生產(chǎn)、重建家園、減輕次生災(zāi)害的重要環(huán)節(jié)。1998年3月1日《中華人民共和國防震減災(zāi)法》頒布實施，對我國的防震減災(zāi)工作提出了更為明確的要求和相應(yīng)的具體規(guī)定。在此期間，國內(nèi)外橋梁抗震技術(shù)有了長足進展，而且，從國外的情況來看，美國、日本等發(fā)達國家都有專門的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范。因此，在廣泛吸收、消化國內(nèi)外先進的橋梁抗震設(shè)計成熟新技術(shù)基礎(chǔ)上，首次編寫我國《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》，供城市橋梁抗震設(shè)計時遵循。1.0.3自上世紀90年代以來，我國橋梁建設(shè)發(fā)展非?？欤藿舜罅啃崩瓨?、懸索橋、拱橋等大跨徑橋梁。因此本規(guī)范給出了斜拉橋、懸索橋、拱橋等的抗震設(shè)計原則供參考。由于本規(guī)范在抗震分析方法、計算模型等方面增加了多模態(tài)反應(yīng)譜和時程方法，因此對于《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004-89)只適用跨度150m內(nèi)的梁橋不再1.05參照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）中對城市建筑物的抗震設(shè)計采用二級抗震設(shè)防水準和二階段設(shè)計，為統(tǒng)一城市各類結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一設(shè)防水準，城市橋梁也采用兩水平設(shè)防，兩階段設(shè)計。2術(shù)語、符號本章僅將本規(guī)范出現(xiàn)的、人們比較生疏的術(shù)語列出。術(shù)語的解釋，其中有部分是國際公認的定義，但大部分則是概括性的的涵義，并非國際或國家公認的定義。術(shù)語的英文名稱不是標準化名稱，僅供引用時參考。3抗震設(shè)計的基本要求3.1橋梁抗震設(shè)防分類和設(shè)防標準3.1.1本規(guī)范從我國目前的具體情況出發(fā)，考慮到城市橋梁的重要性和在抗震救災(zāi)中的作用，本著確保重點和節(jié)約投資的原則，將不同橋梁給予不同的抗震安全度。具體來講，將城市橋梁分為甲A、甲B、乙和丙四個抗震設(shè)防類別，其中甲A類為大跨度斜拉橋、懸索橋和拱橋；甲B類為交通網(wǎng)絡(luò)上樞紐位置的橋梁、城市中橋面六車道以上的橋梁；乙類為城市快速干道、高架橋；丙類為除甲A、甲B、乙三類橋梁以外的其它橋梁。3.1.2甲A類橋梁(城市大跨度斜拉橋、懸索橋和拱橋)，大都建在依傍大江大河的現(xiàn)代化大城市，它的特點是橋高（通航凈空要求高）、橋長（兩岸引橋）、造價貴。一般都占據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)上的樞紐位置，無論在政治、經(jīng)濟、國防上都有重要意義，如有破壞則修復(fù)困難。因此大跨度橋梁的設(shè)防水準重現(xiàn)期定得較高。而抗震構(gòu)造措施是在總結(jié)國內(nèi)外橋梁震害經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出來的設(shè)計原則，歷次大地震的震害表明，抗震構(gòu)造措施可以起到有效減輕震害的作用，而其所耗費的工程代價往往較低。因此，本規(guī)范對抗震構(gòu)造措施提出了更高和更細致的要求。立體交叉的跨線橋梁，一旦遭受地震破壞，不僅會影響到上線交通，還會影響到下線交通，因此，其抗震設(shè)防標準應(yīng)按上、下兩線中較高的抗震設(shè)防標準來進行抗震設(shè)計。3.2地震影響3.2.13.2.2甲A類橋梁設(shè)防的兩水平：E1和E2地震作用，相應(yīng)的地震重現(xiàn)期分別為950年和2500年；甲B、乙和丙類橋梁的E1地震作用是在《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》中的多遇地震（重現(xiàn)期63年）的基礎(chǔ)上，考慮表3.2.2中的重要性系數(shù)得到的：甲B、乙和丙類橋梁的E2地震作用直接采用《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》中的罕遇地震（重現(xiàn)期2000年2450年）。表3.2.2E1地震考慮的重要系數(shù)甲B乙丙類1.71.31.03.3抗震設(shè)計方法分類3.1.13.1.3參考現(xiàn)行國內(nèi)外相關(guān)橋梁抗震設(shè)計規(guī)范，對于位于6度地區(qū)的普通橋梁，只需滿足相關(guān)構(gòu)造和抗震措施要求，不需進行抗震分析，本規(guī)范稱此類橋梁抗震設(shè)計方法為A類；但對于位于6度地區(qū)的甲B橋梁，7度、8度和9度地區(qū)的丙類橋梁，本規(guī)范僅要求進行E1地震作用下的抗震計算，并滿足相關(guān)構(gòu)造要求，這類抗震設(shè)計方法為B類；對于7度及7度以上的甲B和乙類橋梁，本規(guī)范要求進行E1地震和E2地震的抗震分析和驗算，并滿足結(jié)構(gòu)抗震體系以及相關(guān)構(gòu)造和抗震措施要求，此類抗震設(shè)計方法為C類。3.4橋梁抗震體系3.4.1本條規(guī)定是在吸取歷次地震震害教訓基礎(chǔ)上，為提高橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能，防止地震作用下橋梁結(jié)整體倒塌破壞，切斷震區(qū)交通生命線而要求。3.4.2美國最新編制的《AASHTOGuideSpecificationsforLRFDSeismicBridgeDesign》明確提出了3種類型橋梁結(jié)構(gòu)抗震體系，類型1、類型2和類型3。其中類型3主要是針對鋼橋結(jié)構(gòu)，由于本規(guī)范主要適用于混凝土橋，不引用。因此，參考美國《AASHTOGuideSpecificationsforLRFDSeismicBridgeDesign》，明確提出2類城市橋梁抗震體系。類型Ⅰ結(jié)構(gòu)抗震體系實際上就是延性抗震設(shè)計。地震下利用橋梁墩柱發(fā)生塑性變形，延長結(jié)構(gòu)周期，耗散地震能量。類型2結(jié)構(gòu)抗震體系實際上就是減隔震設(shè)計，地震作用下，橋梁上、下部連接構(gòu)件（支座）發(fā)生塑性變形，延長結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量，從而減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。3.4.31971年美國圣弗爾南多（SanFernand）地震爆發(fā)以后，各國都認識到結(jié)構(gòu)的延性能力對結(jié)構(gòu)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(fā)后，強調(diào)結(jié)構(gòu)延性能力，已成為一種共識。為保證結(jié)構(gòu)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70年代中期提出了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論中的一個重要原則能力保護設(shè)計原則（PhilosophyofCapacityDesign），并最早在新西蘭混凝土設(shè)計規(guī)范（NZS3101，1982）中得到應(yīng)用。以后這個原則先后被美國、歐洲和日本等國家的橋梁抗震規(guī)范所采用。能力保護設(shè)計原則的基本思想在于：通過設(shè)計，使結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護構(gòu)件形成強度等級差異，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生脆性的破壞模式。基于能力保護設(shè)計原則的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程，一般都具有以下特征：1選擇合理的結(jié)構(gòu)布局；2選擇地震中預(yù)期出現(xiàn)的彎曲塑性鉸的合理位置，保證結(jié)構(gòu)能形成一個適當?shù)乃苄院哪軝C制；通過強度和延性設(shè)計，確保潛在塑性鉸區(qū)域截面的延性能力；3確立適當?shù)膹姸鹊燃?，確保預(yù)期出現(xiàn)彎曲塑性鉸的構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞模式（如剪切破壞、粘結(jié)破壞等），并確保脆性構(gòu)件和不宜用于耗能的構(gòu)件（能力保護構(gòu)件）處于彈性反應(yīng)范圍；具體到梁橋，按能力保護設(shè)計原則，應(yīng)考慮以下幾方面：1塑性鉸的位置一般選擇出現(xiàn)在墩柱上，墩柱作為延性構(gòu)件設(shè)計，可以發(fā)生彈塑性變形，耗散地震能量。2墩柱的設(shè)計剪力值按能力設(shè)計方法計算，應(yīng)為與柱的極限彎矩（考慮超強系數(shù)）所對應(yīng)的剪力，在計算設(shè)計剪力值時應(yīng)考慮所有潛在的塑性鉸位置以確定最大的設(shè)計剪力；3蓋梁、結(jié)點及基礎(chǔ)按能力保護構(gòu)件設(shè)計，其設(shè)計彎矩、設(shè)計剪力和設(shè)計軸力應(yīng)為與柱的極限彎矩（考慮超強系數(shù)）所對應(yīng)的彎矩、剪力和軸力；在計算蓋梁、結(jié)點和基礎(chǔ)的設(shè)計彎矩、設(shè)計剪力和軸力值時應(yīng)考慮所有潛在的塑性鉸位置以確定最大的設(shè)計彎矩、剪力和軸力。3.4.5我國中小跨度橋梁廣泛采用板式橡膠支座，梁體直接擱置在支座上，支座與梁底和墩頂無螺栓連接。汶川地震等震害表明，這種支座布置形式，在地震作用下梁底與支座頂面非常容易產(chǎn)生相對滑動，導致較大的梁體位移和落梁破壞。3.4.61、如固定墩以及固定墩基礎(chǔ)有足夠的抗震能力，能滿足相關(guān)抗震性能要求，可以通過計算設(shè)置抗震擋塊(剪力鍵)，由抗震擋塊(剪力鍵)承受支座所受地震水平力。2、采用減隔震設(shè)計，滿足減隔震橋梁相關(guān)性能要求。3.4.7我國常規(guī)橋梁一般都在橋臺處設(shè)置縱向滑動支座，因此，縱橋向地震作用下，梁體縱向慣性力主要由橋墩承受。橫橋向，如在橋臺處設(shè)置橫向抗震擋塊，橫向地震作用下，梁體橫向慣性力按墩、臺水平剛度分配，由于橋臺剛度大，將承受較大的橫向水平地震力，因此建議橋臺上的橫向抗震檔塊（或剪力件）宜設(shè)計為在E2地震作用下可以破壞，以減小橋臺所受橫向地震力。3.5抗震概念設(shè)計3.5.1剛度和質(zhì)量平衡是橋梁抗震理念中最重要的一條。對于上部結(jié)構(gòu)連續(xù)的橋梁，各橋墩高度宜盡可能相近。對于相鄰橋墩高度相差較大導致剛度相差較大的情況，水平地震力在各墩間的分配一般不理想，剛度大的墩將承受較大的水平地震力，影響結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。剛度扭轉(zhuǎn)中心和質(zhì)量中心的偏離在會上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)，加重落梁和碰撞等破壞。美國《AASHTOGuideSpecificationsforLRFDSeismicBridgeDesign》規(guī)范明確給出了連續(xù)梁橋墩間剛度要求，本條款直接引用。3.5.2梁式橋相鄰聯(lián)周期相差較大的情況會產(chǎn)生相鄰聯(lián)間的非同向振動（outofphasevibration）,從而導致伸縮縫處相鄰梁體間較大的相對位移、和伸縮縫處碰撞。為了減小相鄰聯(lián)的非同向振動，美國《AASHTOGuideSpecificationsforLRFDSeismicBridgeDesign》給出了規(guī)定，本條直接引用。3.5.3為保證橋梁剛度和質(zhì)量的平衡，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先考慮采用等跨徑、等墩高、等橋面寬度的結(jié)構(gòu)形式。如不能滿足，也可通過調(diào)整墩的直徑和支座等方法來改善橋的平衡情況。其中，調(diào)整支座可能是最簡單易行的辦法了，效果也很顯著。當采用橡膠支座后,由墩和支座構(gòu)成的水平剛度串聯(lián)體系的總的水平剛度為:其中：是由墩和支座構(gòu)成的水平剛度串聯(lián)體系的總的水平剛度，和分別為橡膠支座的剪切剛度和橋墩的水平剛度。水平地震力就是按墩的串聯(lián)體系的總的水平剛度的比例分配的。從上式可以看出，調(diào)整支座的剛度可以有效的調(diào)整橋的剛度平衡。與支座改善剛度的原理類似，橫橋向，可在各墩頂設(shè)置橫向彈塑性擋塊（剪力鍵），通過改變各墩處彈塑性擋塊的初始剛度調(diào)整各橋墩整體剛度；4場地和地基4.1場地4.1.1抗震有利地段一般系指：建設(shè)場地及其臨近無晚近期活動性斷裂，地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定，同時地基為比較完整的巖體、堅硬土或開闊平坦密實的中硬土等。抗震不利地段一般系指：軟弱粘性土層、液化土層和地層嚴重不均勻的地段；地形陡峭、孤突、巖土松散、破碎的地段；地下水位埋藏較淺、地表排水條件不良的地段。嚴重不均勻地層系指巖性、土質(zhì)、層厚、界面等在水平方向變化很大的地層?？拐鹞ｋU地段一般系指：地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌地段；地震時可能塌陷、溶洞等巖溶地段和已采空的礦穴地段；河床內(nèi)基巖具有傾向河槽的構(gòu)造軟弱面被深切河槽所切割的地段；發(fā)震斷裂、地震時可能坍塌而中斷交通的各種地段。4.1.3對于甲A類橋梁，本規(guī)范要求采用工程場地地震安全性評價，對于丙類橋梁，當無實測剪切波速時，可按表4.1.3劃分土的類型，表4.1.3土的類型劃分直接引用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）4.1.4-4.1.7引自中華人民共和國國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）的有關(guān)規(guī)定。4.1.8本條規(guī)定引自中華人民共和國國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）的有關(guān)規(guī)定。對構(gòu)造物范圍內(nèi)發(fā)震斷裂的工程影響進行評價，是地震安全性評價的內(nèi)容，對于本規(guī)范沒有要求必須進行工程場地地震安全性評價的橋梁工程，可以結(jié)合場地工程地震勘察的評價，按本條規(guī)定采取措施。在此處，發(fā)震斷裂的工程影響主要是指發(fā)震斷裂引起的地表破裂對工程結(jié)構(gòu)的影響，對這種瞬時間產(chǎn)生的地表錯動，目前（1）實際發(fā)震斷裂引起的地表破裂與地震烈度沒有直接的關(guān)系，而是與地震的震級有一定的相關(guān)性。從目前積累的資料看，6級以下的地震引起地表破裂的僅有一例，所以本款提的“地震設(shè)防烈度低于8度”，實質(zhì)是指地震的震級小于6級。設(shè)計人員很難判斷工程所面臨的未來地震震級，地震烈度可以直接從地震區(qū)劃圖上了解到，本款的提法，便于設(shè)計人員使用。（2）在活動斷層調(diào)查中取得斷層物質(zhì)（斷層泥、糜棱巖）及上覆沉積物樣本，可以根據(jù)已有的一些方法（C14、熱釋光等）測試斷層最新活動年代。顯然，活動斷層和發(fā)震斷裂，尤其是發(fā)生6級以上地震的斷裂，并不完全一樣，從中鑒別需要專門的工作。為了便于設(shè)計人員使用，根據(jù)我國的資料和研究成果，此處排除了全新世以前活動斷裂上發(fā)生6級以上地震的可能性，對于一般的公路工程在大體上是可行性的。（3）覆蓋土層的變形可以“吸收”部分下伏基巖的錯動量，是指土層地表的錯動會小于下伏基巖頂面錯動的事實。顯然，這種“吸收”的程度與土層的工程性質(zhì)和厚度有關(guān)。各場地土層的結(jié)構(gòu)和土質(zhì)條件往往會不同，有的差別很大，目前規(guī)范中不能一一規(guī)定，只能就平均情況，大體上規(guī)定一個厚度。如上所述，此處提到的地震烈度8度和9度實質(zhì)上是指震級6.0和6.7，基巖頂面的錯動量隨地震震級的增加會有增大，數(shù)值大約在一米至若干米，土層厚度到底多大才能使地表的錯動量減小到對工程結(jié)構(gòu)沒有顯著影響，是一個正在研究中的問題。數(shù)值60m和90m，是根據(jù)最近一次大型離心機模擬試驗的結(jié)果歸納的，也得到一些數(shù)值計算結(jié)果的支持。本款規(guī)定，當不能滿足上述條件時，宜采取避讓的措施。避開主斷裂距離為橋墩邊緣至主斷裂邊緣分別為300m和500m，主要的依據(jù)是國內(nèi)外地震斷裂破裂寬度的資料，取值有一定的保守程度。在受各種客觀條件限制，難以避開數(shù)百米時，美國加州的相關(guān)規(guī)定可供參考：一般而言，場地的避讓距離應(yīng)由負責場地勘察的巖土工程師與主管建筑和規(guī)劃的專業(yè)人員協(xié)商確定。在有足夠的地質(zhì)資料可以精確地確定存在活斷層跡線的地區(qū)，且該地區(qū)并不復(fù)雜時，避讓距離可規(guī)定為50英尺(約16m)；在復(fù)雜的斷層帶宜要求較大的避讓距離。傾滑的斷層，通常會在較寬且不規(guī)則的斷層帶內(nèi)產(chǎn)生多處破裂，在上盤邊緣受到的影響大、下盤邊緣的擾動很小，避讓距離在下盤邊緣可稍小，上盤邊緣則應(yīng)較大。某些斷層帶可包含如擠壓脊和凹陷之類的巨大變形，不能揭露清晰的斷層面或剪切破碎帶，應(yīng)由有資質(zhì)的工程師和地質(zhì)師專門研究，如能保證建筑基礎(chǔ)能抗御可能的地面變形，可修建不重要的結(jié)構(gòu)。4.2液化土引自中華人民共和國國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）的有關(guān)規(guī)定。4.3地基的承載力4.2.2由于地震作用屬于偶然的瞬時荷載，地基土在短暫的瞬時荷載作用下，可以取用較高的容許承載力。世界上大多數(shù)國家的抗震規(guī)范和我國其他規(guī)范，在驗算地基的抗震強度時，對于抗震容許承載力的取值，大都采用在靜力設(shè)計容許承載力的基礎(chǔ)上乘以調(diào)整系數(shù)來提高。本條在原89規(guī)范基礎(chǔ)上，參照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）的有關(guān)規(guī)定，對地基土的劃分作了少量修訂。4.3.3由于E2地震本身是罕遇地震，樁基礎(chǔ)在短暫的瞬時荷載作用下，可以直接取用其極限承載力，而不考慮安全系數(shù)，因此單樁的抗壓承載能力可以提高2倍。5地震作用5.1一般規(guī)定5.1.1本條對地震作用的分量選取和分量組合作出了規(guī)定。（1）對于常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)，通常可只考慮水平向地震作用，但對拱式結(jié)構(gòu)、長懸臂橋梁結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)，豎向地震作用對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有顯著影響，應(yīng)考慮豎向地震作用。（2）采用反應(yīng)譜法同時考慮水平向X、Y與豎向Z的地震作用時，可分別計算水平向X、Y與豎向Z地震作用下的響應(yīng)，其總的地震作用效應(yīng)按本條規(guī)定進行組合。（3）采用非線性時程分析時，由于疊加原理已不適用，各方向的分量必須同時加上，因此理論上講應(yīng)同時輸入包含所考慮方向分量的一組地震動時程。5.2設(shè)計加速度反應(yīng)譜引自中華人民共和國國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）的有關(guān)規(guī)定。5.3設(shè)計地震動時程5.3.2本條規(guī)定主要參考《公路橋梁抗震設(shè)計細則》5.5地震主動土壓力和動水壓力引自原《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》JTJ004-89相關(guān)規(guī)定。6抗震分析6.1一般規(guī)定6.1.1考慮到本規(guī)范在抗震分析方面采用了非線性時程等精細方法，本規(guī)范取消了對梁橋跨度150m的限制。6.1.2由于復(fù)雜立交工程地震最不利輸入方向和結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)非常復(fù)雜，很難在規(guī)范給出具體要求，需進行專門抗震研究。對于墩高超過40m，墩身第一階振型有效質(zhì)量低于60％，且結(jié)構(gòu)進入塑性的高墩橋梁，由于墩身高階振型貢獻，現(xiàn)行常規(guī)的抗震驗算方法會帶來很大誤差，應(yīng)做專門研究。6.1.3為了簡化橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)計算及抗震設(shè)計和校核，根據(jù)梁橋結(jié)構(gòu)在地震作用下動力響應(yīng)的復(fù)雜程度分為兩大類，即規(guī)則橋梁和非規(guī)則橋梁。規(guī)則橋梁地震反應(yīng)以一階振型為主，因此可以采用本規(guī)范建議的各種簡化計算公式進行分析。對于非規(guī)則橋梁，由于其動力響應(yīng)特性復(fù)雜，采用簡化計算方法不能很好的把握其動力響應(yīng)特性，因此對非規(guī)則橋梁，本規(guī)范要求采用比較復(fù)雜的分析方法來確保其在實際地震作用下的性能滿足本規(guī)范的設(shè)計要求。顯然，要滿足規(guī)則橋梁的定義，實際橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)在跨數(shù)、幾何形狀、質(zhì)量分布、剛度分布以及橋址的地質(zhì)條件上等需要服從一定的限制。具體地講，要求實際橋梁的跨數(shù)不應(yīng)太多，跨徑不宜太大（避免軸壓力過高），在橋梁縱向和橫向上的質(zhì)量分布、剛度分布以及幾何形狀都不應(yīng)有突變，相鄰橋墩的剛度差異不應(yīng)太大，橋墩長細比應(yīng)處于一定范圍，橋址的地形、地質(zhì)沒有突變，而且橋址場地不會有發(fā)生液化和地基失效的危險等等；對彎橋和斜橋，要求其最大圓心角和斜交角應(yīng)處于一定范圍；對安裝有隔震支座和（或）阻尼器的橋梁，則不屬于規(guī)則橋梁。為了便于實際操作，此處對規(guī)則橋梁給出了一些規(guī)定。迄今為止，國內(nèi)還沒有對規(guī)則橋梁結(jié)構(gòu)的定義范圍作專門研究，這里僅借鑒國外一些橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的規(guī)定并結(jié)合國內(nèi)已有的一些研究成果，給出表6.1.3的規(guī)定。不在此表限定范圍內(nèi)的橋梁，都屬于非規(guī)則6.1.4E1地震作用下，結(jié)構(gòu)處在彈性工作范圍，可采用反應(yīng)譜方法計算，對于規(guī)則橋梁，由于其動力響應(yīng)主要由一階振型控制，因此可采用簡化的單模態(tài)反應(yīng)譜方法計算。E2地震作用下，雖然容許常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)進入彈塑性工作范圍，但可以利用結(jié)構(gòu)動力學中的等位移原則，對結(jié)構(gòu)的彈性地震位移反應(yīng)進行修正來代表結(jié)構(gòu)的非線性地震位移反應(yīng)，因此也可采用反應(yīng)譜方法進行分析；但對于多聯(lián)大跨度連續(xù)梁等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只有采用非線性時程的方法才能正確預(yù)計結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)。6.1.5-6.1.7對于多聯(lián)大跨度連續(xù)梁橋、曲橋和斜橋等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用反應(yīng)譜方法很難正確預(yù)計其地震反應(yīng)，應(yīng)采用非線性時程方法進行地震反應(yīng)。6.1.8一般情況下，橋臺為重力式橋臺，其質(zhì)量和剛度都非常大，為了和原《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》6.1.96.2建模原則6.2.16.2.2由于非規(guī)則橋梁動力特性的復(fù)雜性,采用簡化計算方法不能正確地把握其動力響應(yīng)特性，要求采用桿系有限元建立動力空間計算模型。正確地建立橋梁結(jié)構(gòu)的動力空間模型是進行橋梁抗震設(shè)計的基礎(chǔ)。為了正確反應(yīng)實際橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性,要求每個墩柱至少采用三個桿系單元；橋梁支座采用支座連接單元模擬，單元的質(zhì)量可采用集中質(zhì)量代表（如圖 阻尼是影響結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的重要因素，在進行非規(guī)則橋梁時程反應(yīng)分析時可采用瑞利阻尼假設(shè)建立阻尼矩陣。根據(jù)瑞利阻尼假設(shè)，結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣可表示為：（6.2.2-1）上式中：和分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度矩陣；和可按下式確定：（6.2.2-2）上式中：為結(jié)構(gòu)阻尼比，對于混凝土橋梁；和為結(jié)構(gòu)振動的第n階和第m階圓頻率，一般取可取結(jié)構(gòu)的基頻，取后幾階對結(jié)構(gòu)振動貢獻大的模態(tài)的頻率。圖6.2.2在建立一般非規(guī)則橋梁動力空間模型時應(yīng)盡量建立全橋計算模型，但對于橋梁長度很長的橋梁，可以選取具有典型結(jié)構(gòu)或特殊地段或有特殊構(gòu)造的多聯(lián)梁橋（一般不少于3聯(lián)）進行地震反應(yīng)分析。這時應(yīng)考慮鄰聯(lián)結(jié)構(gòu)和邊界條件的影響，鄰聯(lián)結(jié)構(gòu)和邊界條件的影響可以在所取計算模型的末端再加上一聯(lián)梁橋或橋臺模擬（如圖6.2.2-2圖6.2.2-26.2.4在E2地震作用下橋梁可以進入非線性工作范圍，因此，在進行結(jié)構(gòu)非線性時程地震反應(yīng)分析時，梁柱單元的彈塑性可以采用Bresier建議的屈服面來表示(圖6.2.4圖6.2.4典型鋼筋混凝土墩柱截面的屈服面6.26.2.6活動盆式支座的試驗表明，當支座受到的剪力超過其臨界滑動摩擦力Fmax后，支座開始滑動，其動力滯回曲線可用類似于理想彈塑性材料的滯回曲線代表。6.2.7當軌道列車高架橋或雙層高架橋的下層為軌道交通時，應(yīng)考慮鋼軌和鋼軌扣件的影響。一方面，由于鋼軌對橋梁的約束作用，使得橋梁的振動頻率提高；另一方面，在縱向地震作用下，橋梁與鋼軌之間會產(chǎn)生相對滑動，而且梁軌間的相對滑動具有滯回性，可以耗散部分地震能量。6.2.8橋梁的下部結(jié)構(gòu)處理通常為橋墩支承在剛性承臺上，承臺下采用群樁布置。因此，地震荷載作用下橋墩邊界應(yīng)是彈性約束，而不是剛性固結(jié)。精確對樁基邊界條件進行模擬要涉及復(fù)雜的樁土相互作用問題。但分析表明，對于橋梁結(jié)構(gòu)本身的分析問題，只要對邊界作適當?shù)哪M就能得到較滿意的結(jié)果?？紤]樁基邊界條件最常用的處理方法是用承臺底六個自由度的彈簧剛度模擬樁土相互作用（如圖6.2.8），這六個彈簧剛度是豎向剛度、順橋向和橫橋向的抗推剛度、繞豎軸的抗轉(zhuǎn)動剛度和繞兩個水平軸的抗轉(zhuǎn)動剛度。它們的計算方法與靜力計算相同，所不同的僅是土的抗力取值比靜力的大，一般取m動＝（23）m注：分別為x,y,z方向上的拉壓彈簧，分別為x,y,z方向的轉(zhuǎn)動彈簧圖6.2.8考慮樁-6.2.9當橋墩的高度較高時，橋墩的幾何非線性效應(yīng)不能忽略，參考美國CALTRANS抗震設(shè)計規(guī)范，墩柱的計算長度與矩形截面短邊尺寸之比大于8時，或墩柱的計算長度與圓形截面直徑之比大于7時，應(yīng)考慮-效應(yīng)。6.3反應(yīng)譜法6.3.16.3.3自1943年美國M．Biot提出反應(yīng)譜的概念，以及1948年美國G．W．Housner提出基于反應(yīng)譜理論的抗震計算動力法以來；反應(yīng)譜分析方法在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域得到不斷完善與發(fā)展，并在工程實踐中得到廣泛應(yīng)用?？墒牵捎诜磻?yīng)譜僅能給出結(jié)構(gòu)各振型反應(yīng)的最大值，而丟失了與最大值有關(guān)且對振型組合又非常重要的信息，如最大值發(fā)生的時間及其正負號，使得各振型最大值的組合陷入困境。因此，對負責橋梁國內(nèi)外許多專家學者對反應(yīng)譜法進行了大量研究，并提出了種種振型組合方法。其中最簡單而又最普遍采用的是SRSS(SquareRootofSumofSquares)法，該法對于頻率分離較好的平面結(jié)構(gòu)具有很好的精度，但是對于頻率密集的空間結(jié)構(gòu)，由于忽略了各振型間的耦合項，故時常過高或過低地估計結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。1969年，Rosenblueth和Elorduy提出了DSC(DoubleSumCombination)法來考慮振型間的耦合項影響，之后Humar和Gupta又對DSC法進行了修正與完善。1981年，E.L.Wilson等人把地面運動視為一寬帶、高斯平穩(wěn)過程，根據(jù)隨機過程理論導出了線性多自由度體系的振型組合規(guī)則CQC法，較好地考慮了頻率接近時的振型相關(guān)性，克服了SRSS法的不足。6.4時程分析方法6.4.2一組時程分析結(jié)果只是結(jié)構(gòu)隨機響應(yīng)的一個樣本，不能反映結(jié)構(gòu)響應(yīng)的統(tǒng)計特性，因此，需要對多個樣本的分析結(jié)果進行統(tǒng)計才能得到可靠的結(jié)果。本6.5規(guī)則橋梁計算6.5.1規(guī)則橋梁的地震反應(yīng)應(yīng)以一階振型為主，因此可以采用本規(guī)范建議的各種簡化計算公式進行分析。6.5.2引自《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》JTJ004－89的有關(guān)規(guī)定，給出了規(guī)則梁橋橋墩順橋向和橫橋向水平地震力的計算公式。在確定間支梁橋的基本周期和地震作用時，可按單墩模型考慮。對于橋梁墩身不高的間支梁，在確定地震作用時一般只考慮第1振型，而將高振型貢獻略去不計?？紤]到墩身在橫橋向和順橋方向的剛度不同，在計算時兩個方向分別采用不同的振型。在確定了振型曲線之后(一般采用靜力撓曲線)，就可以應(yīng)用能量法或代替質(zhì)量法將墩身各分段重量核算到墩頂上。這樣，在確定基本周期時，仍可以簡化為單質(zhì)點處理，避免了多質(zhì)點體系基本周期計算十分繁雜的缺點。6.5.3連續(xù)梁橋縱橋向一般只設(shè)一個固定支座，其余均為縱向活動支座，縱向地震作用下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，可按以下方法計算：1先忽略活動墩支座的滑動摩擦效應(yīng)，假設(shè)梁體縱橋向慣性力全部由固定墩承受，計算出固定墩定所受地震水平力；2對于一聯(lián)墩高相差不大的連續(xù)梁，各活動墩所承受的地震水平力可近似取滑動摩擦力：3縱橋向作用于固定支座頂面地震力為忽略活動支座摩擦效應(yīng)得地震力減去各活動支座得摩擦力。6.5.4對全聯(lián)均采用板式橡膠支座的梁橋，首先采用靜力方法，計算出結(jié)構(gòu)考慮板式橡膠支座、墩柱和基礎(chǔ)柔度的縱橋向靜力等效水平剛度，在此基礎(chǔ)上簡6.5.5一般情況下，梁式橋在橫橋向梁和墩之間采用剛性約束，對于規(guī)則性連續(xù)梁和連續(xù)剛架橋，主要是第一階橫向振型起主要貢獻，因此可簡化為單自由度模型計算。在橫向模型簡化時，本規(guī)考慮相鄰聯(lián)的邊界效應(yīng)，采用靜力方法計算橫橋向水平等效剛度，利用單振型反應(yīng)譜方法計算梁體橫向地震慣性水平力，然后采用用靜力法計算梁體橫向慣性水平力產(chǎn)生的下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形。6.6能力保護構(gòu)件計算6.6.16.6.2－6.6.3鋼筋混凝土構(gòu)件的剪切破壞屬于脆性破壞，是一種危險的破壞模式，對于抗震結(jié)構(gòu)來說，墩柱剪切破壞還會大大降低結(jié)構(gòu)的延性能力，因此，為了保證鋼筋混凝土墩柱不發(fā)生剪切破壞，應(yīng)采用能力保護設(shè)計原則進行延性墩柱的抗剪設(shè)計。根據(jù)能力保護設(shè)計原則，墩柱的剪切強度應(yīng)大于墩柱可能在地震中承受的最大剪力（對應(yīng)于墩柱塑性鉸處截面可能達到的最大彎矩承載能力）；橋梁基礎(chǔ)是橋梁結(jié)構(gòu)最主要受力構(gòu)件，地震作用下，如發(fā)生損傷，不但很難檢查，也很難加強，因此作為能力保護構(gòu)件設(shè)計；橋梁支座在地震中損傷和破壞后雖然可以維修和替換，但改變了結(jié)構(gòu)傳力途徑，因此，按類型Ⅰ結(jié)構(gòu)抗震體系設(shè)計的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)把支座作為能力保護構(gòu)件設(shè)計，具有穩(wěn)定傳力途徑，以達到橋梁墩柱等延性構(gòu)件發(fā)生彈塑變形、耗散地震能量的設(shè)計目標。從大量震害和試驗結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，墩柱的實際抗彎承載能力要大于其設(shè)計承載能力，這種現(xiàn)象稱為墩柱抗彎超強現(xiàn)象（Overstrength）。引起墩柱抗彎超強的原因很多，但最主要的原因是鋼筋在屈服后的極限強度比其屈服強度大許多和鋼筋實際屈服強度又比設(shè)計強度大很多。如果墩柱塑性鉸的抗彎承載能力出現(xiàn)很大的超強，所能承受的地震力超過了能力保護構(gòu)件，則將導致能力保護構(gòu)件先失效，預(yù)設(shè)的塑性鉸不能產(chǎn)生，橋梁發(fā)生脆性破壞。為了保證預(yù)期出現(xiàn)彎曲塑性鉸的構(gòu)件不發(fā)生脆性的破壞模式（如剪切破壞、粘結(jié)破壞等），并保證脆性構(gòu)件和不宜用于耗能的構(gòu)件（能力保護構(gòu)件）處于彈性反應(yīng)范圍，在確定它們的彎矩、剪力設(shè)計值時，采用墩柱抗彎超強系數(shù)來考慮超強現(xiàn)象。各國規(guī)范對取值的差異較大，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，歐洲規(guī)范（Eurocode8:Part2，1998年）中取值為1.375，美國AASHTO規(guī)范（2004版）取值為1.25，而《美國加州抗震設(shè)計準則》（2000版）取值為1.2。同濟大學結(jié)合我國“鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計規(guī)范”對超強系的取值也進行了研究，結(jié)果表明：當軸壓比大于0.2時，超強系數(shù)隨軸壓比的增加而增加，當軸壓比小于0.2時，超強系數(shù)在1.11.3之間。這里建議取1.2。對于截面尺寸較大的橋墩，在E2地震作用下可能不會發(fā)生屈服，這樣采用能力保護方法計算過于保守，可直接采用E2地震作用計算結(jié)果。6.6.4對于雙柱墩和多柱墩橋梁，橫橋向地震作用下，會在墩柱中產(chǎn)生較大的動軸力，而墩柱軸力的變化會引起鋼筋混凝土墩柱抗彎承載力的改變，因此，本規(guī)范建議采用靜力推6.6.7-6.6.8雙柱墩和多柱墩橋梁，橫橋向地震作用下，鋼筋混凝土墩柱作為延性構(gòu)件產(chǎn)生彈塑性變形耗散地震能量，而蓋梁、基礎(chǔ)等作為能力保護構(gòu)件，保持彈性。因此，應(yīng)采用能力保護設(shè)計原則進行蓋梁的設(shè)計。根據(jù)能力保護設(shè)計原則，蓋梁的抗彎強度應(yīng)大于蓋梁可能在地震中承受的最大、最小彎矩（對應(yīng)于墩柱塑性鉸處截面可能達到的正、負彎矩承載能力）。進行蓋梁驗算時，首先要計算出蓋梁可能承受的最大、最小彎矩作為設(shè)計彎矩（圖6-6），然后進行驗算。圖6-6蓋梁設(shè)計彎矩計算示意圖（圖中：，，）6.6.9由于在地震過程中，如基礎(chǔ)發(fā)生損傷，難以發(fā)現(xiàn)并且維修困難，因此要求采用能力保護設(shè)計原則進行基礎(chǔ)計算和設(shè)計，以保證基礎(chǔ)在達到它預(yù)期的強度之前，墩柱已超過其彈性反應(yīng)范圍。梁橋基礎(chǔ)沿橫橋向、順橋向的彎矩、剪力和軸力設(shè)計值應(yīng)根據(jù)墩柱底部可能出現(xiàn)塑性鉸處的彎矩承載能力（考慮超強系數(shù)），剪力設(shè)計值和相應(yīng)的墩柱軸力來計算（如圖6-（a）（b）圖6-9基礎(chǔ)設(shè)計力計算示意圖(a)沿橫橋向；(b)沿順橋向（圖中：,）其中，，分別為墩柱底截面按實配鋼筋,采用材料強度標準值和軸壓力計算出沿順橋向和橫橋向的正截面受彎承載力所對應(yīng)的彎矩值；、分別為墩柱底部塑性鉸沿橫橋向和順橋向的剪力設(shè)計值；為沿橫橋向相應(yīng)墩柱下端截面出現(xiàn)塑性鉸時墩柱的最大和最小軸力。6.7橋臺6.7.1一般情況下，橋臺為重力式橋臺，其質(zhì)量和剛度都非常大，為了和公路工程抗震設(shè)計規(guī)范銜接，可采用靜力法計算7抗震驗算7.1一般規(guī)定7.1.1大量地震橋梁震害表明，地震作用下橋梁橋墩、橋臺、基礎(chǔ)及支座等是地震易損部位，應(yīng)此，這些部位是橋梁抗震設(shè)計的重點部位。在地震作用下，如橋梁固定支座不能滿足本規(guī)范相關(guān)規(guī)定，但橋墩具有足夠抗震能力，可以通過計算設(shè)置抗震擋塊(剪力鍵)來承受固定所承受的水平地震力。7.2E1地震下抗震驗算7.2.1采用B類抗震設(shè)計方法設(shè)計的橋梁只考慮進行E1地震作用下的抗震驗算。因此根據(jù)抗震設(shè)防要求，在E1地震作用下要求結(jié)構(gòu)保持彈性，基本無損傷，E1地震作用效應(yīng)和自重荷載效應(yīng)組合后，按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計規(guī)范有關(guān)規(guī)定進行驗算。7.2.2由于采用B類抗震設(shè)計方法設(shè)計的橋梁只要求進行E1地震作用下的地震驗算，但對于支座如只進行E1地震作用下的驗算，可能在E2地震作用下支座破壞、造成落梁，對于支座需要考慮E2地震作用下不破壞。但為了簡化計算，在進行采用B類抗震設(shè)計方法設(shè)計的橋梁的支座抗震驗算時，雖然只進行E1地震作用下的地震反應(yīng)分析，但采用一個支座調(diào)整系數(shù)來考慮E2地震作用效應(yīng)，通過大量分析，建議取＝2.3。7.2.3按C類抗震設(shè)計方法設(shè)計的橋梁需要進行兩水平抗震設(shè)計，根據(jù)兩水平抗震設(shè)防要求，在E1地震作用下要求結(jié)構(gòu)保持彈性，基本無損傷，E1地震作用效應(yīng)和自重荷載效應(yīng)組合后，按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計規(guī)范有關(guān)偏心受壓構(gòu)件的規(guī)定進行驗算。7.3E2地震下抗震驗算7.3.1E2地震作用下，由于延性構(gòu)件可以進入塑性工作，因此主要驗算其極限變形能力是否滿足，對于采用非線性時程進行地震反應(yīng)分析的橋梁；由于可以直接得到塑性鉸區(qū)域的塑性轉(zhuǎn)動需求，因此可直接驗算塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)動能力；對于矮墩，一般不作為延性構(gòu)件設(shè)計，因此需要驗算強度。7.3.2地震作用下，矮墩的主要破壞模式為剪切破壞，為脆性破壞，沒有延性。因此E2地震作用效應(yīng)和永久荷載效應(yīng)組合后，應(yīng)按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計規(guī)范相應(yīng)的規(guī)范驗算橋墩的強度。7.3.3大量理論和實驗研究表明：地震作用下，當結(jié)構(gòu)自振周期較長時，采用彈性方法計算出的彈性位移與采用非線性方法計算出的彈塑性位移基本相等，即等位移原理；但當結(jié)構(gòu)周期比較短時，需要對彈性位移進行修正才能代表彈塑性位移。本條款直接引用美國《AASHTOGuideSpecificationsforLRFDSeismicBridgeDesign》的相關(guān)規(guī)定。7.3.4為了保證罕遇地震作用下，梁式橋、高架橋梁墩柱具有足夠的變形能力而不發(fā)生倒塌，應(yīng)檢算墩柱位移能力或塑性鉸區(qū)域塑性轉(zhuǎn)動能力。7.3.5-7.3.6假設(shè)截面的極限曲率和屈服曲率在塑性鉸范圍內(nèi)均勻分部（見圖7-1），塑性鉸的長度為，則塑性鉸的極限塑性轉(zhuǎn)角為: （7-1）(a)(b)圖7-1曲率分布模式：(a)相應(yīng)于鋼筋屈服；(b)相應(yīng)于極限曲率等效塑性鉸長度同塑性變形的發(fā)展和極限壓應(yīng)變有很大的關(guān)系，由于實驗結(jié)果離散性很大，目前主要用經(jīng)驗公式來確定。歐洲規(guī)范和美國加州抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定取以下兩式計算的較小值：（7-2）對于單柱墩，相應(yīng)于塑性鉸區(qū)域的塑性轉(zhuǎn)動能力時墩定的塑性位移為：而相應(yīng)于塑性鉸區(qū)域屈服時的位移為：由以上2式可得單柱墩墩頂相應(yīng)于塑性鉸區(qū)域達到塑性轉(zhuǎn)動能力時的位移能力為：7.3.77.3.87.3.9鋼筋混凝土延性構(gòu)件的塑性彎曲能力可以根據(jù)材料的特性，通過截面的彎矩－曲率分析來得到，截面的彎矩－曲率 (1)平截面假定。(2)剪切應(yīng)變的影響忽略不計。(3)鋼筋和混凝土之間無滑移現(xiàn)象。(4)采用前述的鋼筋和混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系。用條帶法求彎矩－曲率關(guān)系時有兩種方法，即逐級加荷載法和逐級加變形法。逐級加荷載法的主要問題是每改變一次荷載，截面曲率和應(yīng)變都要同時改變,而且加載到最大彎矩之后，曲線進入軟化段，很難確定相應(yīng)的曲率和應(yīng)變。所以一般采用逐級加變形法。(a)(b)圖7-2計算簡圖約束混凝土的極限壓應(yīng)變，定義為橫向約束箍筋開始發(fā)生斷裂時的混凝土壓應(yīng)變，可由橫向約束鋼筋達到最大應(yīng)力時所釋放的總應(yīng)變能與混凝土由于橫向鋼筋的約束作用而吸收的能量相等的條件進行推導。美國Mander給出的混凝土極限壓應(yīng)變的保守估計為：（7-3）7.5能力保護構(gòu)件驗算7.5.1地震中大量鋼筋混凝土墩柱的剪切破壞表明：在墩柱塑性鉸區(qū)域由于彎曲延性增加會使混凝土所提供的抗剪強度降低。為此，各國對墩柱塑性鉸區(qū)域的抗剪強度進行了許多研究，美國ACI－319－89要求在端部塑性鉸區(qū)域當軸壓比小于0.05時，不考慮混凝土的抗剪能力，新西蘭規(guī)范NZS－3101中規(guī)定當軸壓比小于0.1時，不考慮混凝土的抗剪能力。而我國《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004－89）沒有對地震荷載作用下的鋼筋混凝土墩柱抗剪設(shè)計作出特別的規(guī)定，工程設(shè)計中缺乏有效的依據(jù)，只能套用普通設(shè)計中采用的斜截面強度設(shè)計公式來進行設(shè)計和校核，存在較大缺陷。因此，采用《美國加州抗震設(shè)計準則》（2000年版）的抗剪計算公式，但對其混凝土提供抗剪能力計算公式進行了簡化，具體如下?！睹绹又菘拐鹪O(shè)計準則》（2000年版）的抗剪計算公式中塑性鉸區(qū)域內(nèi)混凝土提供的名義抗剪應(yīng)力為：（Mpa）（7-4）上式中，為混凝土圓柱體抗壓強度，,為系數(shù)，按下式計算：(7-5）（7-6）其中：為結(jié)構(gòu)的位移延性。為了簡化計算，保守的取,7.5.27.5.3橋梁基礎(chǔ)、蓋梁以及梁體為能力保護構(gòu)件，墩柱的抗剪按能力保護原則設(shè)計。為了保證其抗震安全要求其在E2地震作用下基本不發(fā)生損傷；可參照現(xiàn)行公路橋涵設(shè)計規(guī)范相關(guān)規(guī)定８延性構(gòu)造細節(jié)設(shè)計8.1墩柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施8.1.1橫向鋼筋在橋墩柱中的功能主要有下三個方面（1）用于約束塑性鉸區(qū)域內(nèi)混凝土，提高混凝土的抗壓強度和延性；（2）提供抗剪能力；（3）防止縱向鋼筋壓曲。在處理橫向鋼筋的細部構(gòu)造時需特別注意。由于表層混凝土保護層不受橫向鋼筋約束，在地震作用下會剝落，這層混凝土不能為橫向鋼筋提供錨固。因此，所有箍筋都應(yīng)采用等強度焊接來閉合，或者在端部彎過縱向鋼筋到混凝土核心內(nèi)，角度至少為135°。為了防止縱向受壓鋼筋的的屈曲，矩形箍筋和螺旋箍筋的間距不應(yīng)過大，Priestley通過分析提出，建議箍筋之間的間距應(yīng)滿足：（8-1）式中，和分別為縱筋向鋼筋的屈服強度和強化強度；為縱筋的直徑。8.1.2各國抗震設(shè)計規(guī)范對塑性鉸區(qū)域橫向鋼筋的最小配筋率都進行了具體規(guī)定。表8-1為美國AASHTO范規(guī)，歐洲規(guī)范Eurocode8，原《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004-89）及建筑抗震設(shè)計規(guī)范對橫向鋼筋最小配筋率的具體規(guī)定。同濟大學通過大量的試驗和分析，結(jié)合我國的實際情況，對橫向鋼筋最小配筋率進行了研究，并提出了相應(yīng)的計算公式：圓形截面（8-2）矩形截面（8-3）式中符號意義見本細則第8.1.2條。若假定鋼筋混凝土墩柱為矩形截面，混凝土的標號為30號，箍筋的屈服應(yīng)力為240Mpa，保護層混凝土厚度與截面尺寸之比為1/20，則各國規(guī)范規(guī)定的最小配筋率和軸壓比的關(guān)系如圖8-1所示。表8-1各國規(guī)范對橫向構(gòu)造的規(guī)定螺旋箍筋或圓形箍筋矩形箍筋美國AASHTO范規(guī)或或或或公路工程抗震設(shè)計規(guī)范順橋和橫橋方向含箍率建筑抗震規(guī)范表中，Ag，Ahe分別為墩柱橫截面的面積和核心混凝土面積（按箍筋外圍邊長計算）；fc’為混凝土強度，fyh箍筋抗拉強度設(shè)計值；s對于矩形截面為截面計算方向的含箍率，對于圓形截面為截面螺旋箍筋的體積配箍率,為最小配箍特征值；wd為力學含箍率，；為截面曲率延性；k為截面軸壓比。圖8-1最小配筋率比較示意圖8.1.48.1.5試驗研究表明：沿截面布置若干適當分布的縱筋，縱筋和箍筋形成一整體骨架（如圖8-2），當混凝土縱向受壓，橫向膨脹時，縱向鋼筋也會受到混凝土的壓力，這時箍筋給予縱向鋼筋約束作用。因此，為了確保對核芯混凝土的約束作用，墩柱的縱向配筋宜對稱配筋，縱向鋼筋之間的距離不應(yīng)超過20cm,至少每隔一根宜用箍筋或拉筋固定?？v向鋼筋對約束混凝土墩柱的延性有較大影響，因此，延性墩柱中縱向鋼筋含量不應(yīng)太低。重慶交通科研設(shè)計院通過大量的理論計算和試驗研究表明，如果縱向鋼筋含量低，即使箍筋含量較低，墩柱也會表現(xiàn)出良好的延性能力，但此時結(jié)構(gòu)在地震作用下對延性的需求也會很大，因此，這種情況對結(jié)構(gòu)抗震也是不利的。但縱向鋼筋的含量太高，不利施工，另外，縱向鋼筋含量過高還會影響墩柱的延性，所以縱向鋼筋的含量應(yīng)有一上限。各國抗震設(shè)計規(guī)范都對墩柱縱向最小、最大配筋率進性了規(guī)定：其中美國AASHTO規(guī)范（2004年版）建議的縱筋配筋率范圍為0.010.08；我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范建議為0.0080.004；我國《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004-89）建議的最小配筋率為0.004，對最大配筋率沒有規(guī)定。這里根據(jù)我國橋梁結(jié)構(gòu)的具體情況，建議墩柱縱向鋼筋的配筋率范圍0.0060.04。圖8-2柱中橫向和縱向鋼筋的約束作用8.1.7為了保證在地震荷載作用下，縱向鋼筋不發(fā)生粘結(jié)破壞，墩柱的縱筋應(yīng)盡可能地延伸至蓋梁和承臺的另一側(cè)面，縱筋的錨固和搭接長度應(yīng)在按現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》的要求基礎(chǔ)上增加10，為縱筋的直徑，不應(yīng)在塑性鉸區(qū)域進行縱筋的搭接。8.1.88.1.9這兩條引自原《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》JTJ004－89的有關(guān)規(guī)定。PAGEPAGE479橋梁減隔震設(shè)計9.1一般規(guī)定9.1.2在橋梁抗震設(shè)計中，引入隔震技術(shù)的目的就是利用隔震裝置在滿足正常使用功能要求的前提下，達到延長結(jié)構(gòu)周期、消耗地震能量，但是，隔震技術(shù)并不是在任何情況下均適用。對于基礎(chǔ)土層不穩(wěn)定，易于發(fā)生液化的場地；下部結(jié)構(gòu)剛度小，橋梁結(jié)構(gòu)本身的基本振動周期比較長；位于場地特征周期比較長，延長周期可能引起地基與橋梁結(jié)構(gòu)共振以及支座中出現(xiàn)較大負反力等情況，不宜采用隔震技術(shù)。9.1.3對于采用減隔震設(shè)計的橋梁，即使在E29.1.同時，采用減隔震設(shè)計的橋梁通常結(jié)構(gòu)的變形比不采用減隔震技術(shù)的橋梁大，為了確保隔震橋梁在地震作用下的預(yù)期性能，在相鄰上部結(jié)構(gòu)之間應(yīng)設(shè)置足夠的間隙，且必須對伸縮縫裝置、相鄰梁間限位裝置、防落梁裝置等進行合理的設(shè)計，并對施工質(zhì)量給予明確規(guī)定。9.2減隔震裝置9.2.9.2.2-9.2.3由于減隔震裝置是減隔震橋梁中的重要組成部分，它們必須具有設(shè)計要求的預(yù)期的性能。因此，本規(guī)范要求在實際采用減隔震裝置前，必須對預(yù)期減隔震裝置的性能和特性進行嚴格的檢測實驗。原則上須由原形測試結(jié)果來確認隔震系統(tǒng)在地震時的性能與設(shè)計相符。檢測實驗包括減隔震裝置在動力荷載下、靜力荷載下的試驗兩部分。并依據(jù)相關(guān)的試驗檢測條文、檢測規(guī)程等進行。9.2.4地震作用下，為控制減隔震裝置發(fā)生過大的位移，除要求提供減隔震裝置阻尼外，同時要減隔振裝置具有一定的屈后剛度、提供自恢復(fù)力。本條規(guī)定直接采用“…”的相關(guān)規(guī)定。9.3減隔震橋梁地震反應(yīng)分析方法9.3.1由于彈性反應(yīng)譜分析方法的簡潔性和已為大多數(shù)設(shè)計人員所熟悉，且在一定條件下，使用該分析方法進行減隔震橋梁的分析仍可得到較理想的計算結(jié)果。尤其在初步設(shè)計階段，可幫助設(shè)計人員迅速把握結(jié)構(gòu)的動力特性和響應(yīng)值，因此，它仍是隔震橋梁分析中一種十分重要的分析方法。但由于目前大多數(shù)減隔震裝置的力學特性是非線性的，必須借助于等效線性化模型才能采用反應(yīng)譜分析方法。由于隔震裝置的非線性特性，在分析開始時，隔震裝置的設(shè)計位移是未知的，因而其等效剛度、等效阻尼比也是未知的，所以彈性反應(yīng)譜分析過程是一個迭代過程。正是由于隔震裝置的非線性特性以及隔震橋響應(yīng)對伸縮裝置、擋塊等防落梁裝置的敏感性等因素，如果需要合理的考慮這些因素的影響時，宜采用非線性動力時程分析方法。9.3.2-9.3.3對于比較規(guī)則的減隔震橋梁，其地震反應(yīng)可以用單自由度模型代表，可采用單自由度反應(yīng)譜分析。但一定要注意，反應(yīng)譜方法計算時，應(yīng)采用等效剛度、等效阻尼。9.3.4一般情況下，減隔震裝置的恢復(fù)力模型可以用雙線性模型代表，其主要設(shè)計參數(shù)有：特征強度、屈服強度、屈服位移和屈后剛度，根據(jù)這些參數(shù)可以計算和減隔震裝置在地震作用下的位移，可以計算等效剛度和等效阻尼比。9.3.5由于隔震裝置的非線性，采用反應(yīng)譜分析時，隔震裝置的等效剛度、等效阻尼比隨隔震裝置變形不同而變化，因此，當考慮隔震裝置的非線性滯回特性時需要用迭代法求解地震反應(yīng)。此外，目前規(guī)范大多數(shù)是針對普通橋梁的抗震設(shè)計給出設(shè)計譜的規(guī)定，即設(shè)計譜是針對阻尼比為5%給出的。但對于隔震橋梁，隔震裝置處的耗能能力大，而其它耗能機理所耗能量相對比較少，導致整個體系耗能能力不在均勻，因此，隔震橋梁各振動周期對應(yīng)阻尼比是不相同的，基本周期（有時稱為隔震周期）的阻尼比一般比較大，約10～20%，有時甚至更高，這就要求在反應(yīng)譜分析過程中一方面要考慮不同振動模態(tài)采用不同的阻尼比，另一方面需考慮不同阻尼比對反應(yīng)譜值的修正。9.4減隔震橋梁抗震驗算9.4.1對于作用在減隔震橋梁墩臺地震水平力，考慮1.5折減系數(shù)主要是考慮墩臺材料超強因素，1.5折減系數(shù)直接引用美國AASHTO《GuideSpecificationsforSeismicIsolationDesign》相關(guān)規(guī)定。9.4.2由于減隔震裝置是減隔震橋梁中的重要組成部分，必須具有設(shè)計10大跨度橋梁抗震設(shè)計10.1一般規(guī)定10.1.1近年來，我國修建了大量斜拉橋、懸索橋和跨度150米以上的梁橋和拱橋。但由于這些橋型的復(fù)雜性，本規(guī)范只給出一些抗震設(shè)計原則10.1.2大跨度橋梁的引橋一般采用梁式橋，而拱橋的橋墩和拱上立柱也具有梁式橋橋墩的受力特點。另一方面，在E2地震作用下，本規(guī)范規(guī)定大跨度橋梁的引橋橋墩、拱橋的橋墩和拱上立柱允許出現(xiàn)塑性，利用墩柱的塑性變形能力耗散能量。因此，這些構(gòu)件應(yīng)參照梁式橋的有關(guān)規(guī)定，即第7章的有關(guān)規(guī)定。10.1.3國內(nèi)外的研究表明，地面運動的空間變化特性，包括行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)以及局部場地效應(yīng)，對特大跨度橋梁的抗震分析影響較大，而且也非常復(fù)雜，對不同類型的橋梁可能得到完全不同的結(jié)果，因此，有條件時可9.1.樁基礎(chǔ)是建于軟弱土層中的橋梁最常用的基礎(chǔ)形式。樁-土-結(jié)構(gòu)動力相互作用使結(jié)構(gòu)的動力特性、阻尼和地震反應(yīng)發(fā)生改變，而忽略這種改變的抗震分析可能導致較大的誤差，并導致不安全的抗震設(shè)計。因此，進行樁基礎(chǔ)特殊橋梁的抗震分析時，應(yīng)考慮樁-土-結(jié)構(gòu)動力相互作用。10.2抗震概念設(shè)計10.210.2.10.在拱平面內(nèi)，從拱橋的振動特性看，拱圈與拱上建筑之間振動變形的不協(xié)調(diào)性將更加突出。為了消除或減少這種振動變形的不協(xié)調(diào)，宜在拱上立柱或立墻端設(shè)鉸，允許這些部位有一些轉(zhuǎn)動或變形。10.10.3建模與分析原則10.3.1大跨度反應(yīng)譜方法概念簡單、計算方便、可以用較少的計算量獲得結(jié)構(gòu)的最大反應(yīng)值。但是，反應(yīng)譜法是線彈性分析方法，不能考慮各種非線性因素的影響，當非線性因素的影響顯著時，反應(yīng)譜法可能得不到正確的結(jié)果，或判斷不出結(jié)構(gòu)真正的薄弱部位。因此，反應(yīng)譜方法只能作為一種估算方法，或一種校核手段。國內(nèi)外大多數(shù)工程抗震設(shè)計規(guī)范中都指出，對于復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，應(yīng)采用動態(tài)時程分析法。動態(tài)時程分析法可以精細地考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用、地震動的空間變化的影響、結(jié)構(gòu)的各種非線性因素（包括幾何、材料、邊界連接條件非線性）以及分塊阻尼等問題。所以，時程分析法一般認為是精細的計算方法，但時程分析法的結(jié)果，依賴于地震輸入，如地震輸入選擇不好，也會導致結(jié)果偏小。目前，時程分析的選波原則和選用的波的條數(shù)等問題國內(nèi)外都還沒有形成統(tǒng)一的認識。因此，時程分析的結(jié)果須與反應(yīng)譜法相互校核，并且時程分析結(jié)果應(yīng)不小于反應(yīng)譜法分析結(jié)果的80%。10.10.1大跨度橋梁結(jié)構(gòu)主橋一般通過過渡孔與中小跨度引橋相連，因此主橋與引橋是互相影響的，另外，由于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)主橋與中小跨度引橋的動力特性差異，會使主、引橋在連接處產(chǎn)生較大的相對位移或支座損壞，從而導致落梁震害。因而，在結(jié)構(gòu)計算分析時，必須建立主橋與相鄰引橋孔（聯(lián)）耦連的計算模型。另外，大跨橋梁的空間性決定了其動力特性和地震反應(yīng)的空間性，因而應(yīng)建立三維空間計算模型。2大跨橋梁的幾何非線性主要來自三個方面：（a）（斜拉橋、懸索橋的）纜索垂度效應(yīng)，一般用等效彈性模量模擬；（b）梁柱效應(yīng)，即梁柱單元軸向變形和彎曲變形的耦合作用，一般引入幾何剛度矩陣來模擬，只考慮軸力對彎曲剛度的影響；（c）大位移引起的幾何形狀變化。但研究表明：大位移引起的幾何形狀變化對結(jié)構(gòu)地震后影響較小，一般可忽略。3邊界連接條件應(yīng)根據(jù)具體情況進行模擬。反應(yīng)譜方法只能用于線性分析，因此邊界條件只能采用主從關(guān)系粗略模擬；而時程分析法可以精細地考慮各種非線性因素，因此建立計算模型時可真實地模擬結(jié)構(gòu)的邊界條件和墩柱的彈塑性性質(zhì)。10.3.在特殊橋梁的地震反應(yīng)中，高階振型的影響比較顯著。因此，采用反應(yīng)譜法進行地震反應(yīng)分析時，應(yīng)充分考慮高階振型的影響，即所計算的振型階數(shù)要包括所有貢獻較大的振型。由于反應(yīng)譜法僅能給出結(jié)構(gòu)各振型反應(yīng)的最大值，而丟失了與最大值有關(guān)且對振型組合又非常重要的信息，如最大值發(fā)生的時間及其正負號，使得各振型最大值的組合陷入困境，對此，國內(nèi)外許多專家學者進行了研究，并提出了種種振型組合方法。其中最簡單而又最普遍采用的是SRSS(SquareRootofSumofSquares)法，該法對于頻率分離較好的平面結(jié)構(gòu)具有很好的精度，但是對頻率密集的空間結(jié)構(gòu)，