橋梁抗震設計規范的現狀（三）
發布時間：2010-01-14 共1頁
阻尼比是影響反應譜值一個重要參數。當結構阻尼比較小時，其變化會顯著地改變反應譜值，從而影響結構所受地震力的小。一般規范設計反應譜均以一個標準阻尼比值(通常取0．05)為基準，當結構主要振型的阻尼比偏離此標準值較多時，需要對設計反應譜進行修正。AASHTO、ATC—32、Caltrans和NZ規范不對反應譜進行阻尼修正，而EC—8、JAPAN和中國公路規范對設計譜進行阻尼修正。
實際上，規范反應譜是否需要進行阻尼調整與以下兩件事有關：(1)所適用的結構。一般說來，不同材料建造的結構(如鋼結構、混凝土結構)，阻尼特性相差很。若規范適用的范圍廣，則阻尼調整是必需的；(2)控制結構反應的振型數。結構計算依賴于阻尼的假定，阻尼假定導致不同振型有不同的阻尼比。若結構的反應由多個振型控制，則可能要求對阻尼比進行修正。美國規范(如Caltrans規范)規定只適用于鋼筋混凝土結構的普通橋梁，因此材料阻尼基本相同。同時，這些橋梁結構的抗震設計重點在橋墩和基礎，其地震反應主要由第一階振型控制，高振型的貢獻很小，因此通常采用單自由度體系模型進行動力計算，這樣就無需進行反應譜的阻尼調整。即使采用多自由度體系計算模型，由于地震反應主要由第一振型控制，高振型阻尼比的變化導致的反應譜的修正對反應的最后預測結果影響甚小、因此從實際意義上說，可以不對反應譜進行阻尼調整；(3)特殊的阻尼元件。結構減隔震設計方法已經和即將寫入各國的橋梁抗震設計規范。減、隔震元件的阻尼特性顯著不同于結構的材料阻尼特性。有兩個原因，第一，減隔震裝置產生的阻尼是集中阻尼，而材料阻尼是分布阻尼；第二，減、隔震裝置的阻尼比通常遠高于材料的阻尼比。這種情況下顯然要對反應譜值進行合理的修正，但如何修正尚待研究。1997年7月出版的“Caltrans抗震設計準則”提出了一個修正方法，但只針對位移反應的計算結果進行修正。
4．地震反應分析和計算方法
各國橋梁抗震設計規范采用的地震反應分析方法列于表4。可以看到，目前規范計算地震反應的方法有四種，即等效靜力法、線性動力法、非線性靜力法和非線性動力法。其中等效靜力法和彈性動力法是目前規范中廣泛應用的方法。非彈性靜力分析方法主要是用來確定結構的倒塌機制和能力。ATC—32和Caltrans于1999年出版的橋梁抗震設計準則中引入這一方法，將來可能有更多的規范引入這一方法。各國規范對非彈性動力法用于橋梁抗震設計一股只有定性的指導性條款，而沒有實施細則。這一方面是由于非彈性問題過于復雜，另一方面工程師在掌握這一方法方面還需要一定的準備和培訓時間，在我國的橋梁設計部門、越來越多的研究生加入設計隊伍、使用復雜分析方法的問題會逐步得到解決。
5．混凝土結構設計
國內外的公路橋梁絕多數是鋼筋混凝土結構，各國橋梁抗震設計規范也主要是針對這種橋梁結構編寫的。表5列出了各國規范在鋼筋混凝土構件設計方面的方法：
可以看到．美、歐、新西蘭規范對很多設計的細節問題都給出具體的設計方法和要求，日本規范雖未給出配筋等具體設計細節，但給出了詳細的混凝土構件允許和極限能力的分析方法，此法可以考慮混凝土、主筋及箍筋等的作用。相比之下，我國現行的《公路工程抗震設計規范》在這方面十分不足，亟待補充和改進。
6．約束和減隔震、耗能設計
約束裝置的設計和使用已經寫入各國的橋梁抗震設計規范，我國現行的《公路工程抗震設計規范》也有這方面的條款，見表6。減、隔震和耗能技術則是在近幾年才開始進入橋梁結構抗震設計規范的。美、日、歐、新西蘭規范中部有詳略不同的條文規定．我國現行的《公路工程抗震設計規范》沒有這方面的條款，是需要補充的一個方面。減、隔震和耗能技術雖然已經有幾十年的研究歷史，但其應用還處于起步階段，相應的技術法規還不完善。以往這一技術在橋梁上的應用實例尚不多。日本在阪神地震后，在橋梁修復、加加固中應用較多，但實際效果如何還有待考驗。
7．對我國城市橋梁抗震設計規范的建議
前面幾節對我國與美、日、歐和新西蘭等國的橋梁抗震設計規范進行了對比，總的來說，我國現行的《公路工程抗震設計規范》在設計思想、設計方法、構造措施和條文可執行性等方面顯得落后許多。近十幾年發生在世界各地的地震給橋梁結構造成了重破壞，同時也促進了橋梁抗震設計規范的修訂工作。規范的修訂主要參考了近十幾年來的地震震害經驗，同時借鑒了結構抗震研究領域的最新研究成果。概況起來，新規范的發展動向有以下幾個方面：
(1)抗震設防標準。這是橋梁結構抗震設計的最基本問題。過去的幾十年的時間里，研究者和工程師都提出分級抗震設防的原則：即小震不壞；中震發生有限的結構或非結構構件的破壞；震發生嚴重的結構和非結構構件的破壞，但不產生嚴重的人員傷亡；而在可能襲擊工程場地最嚴重的地震作用下，結構不倒塌。這些基本的結構性能目標今天被多數的設計規程所采用。但傳統的作法是，只針對單一的地震作用水平進行結構的抗震設計。現在的問題是針對每一個目標都結出相應的具體設計程序。這樣一來，就需要對目前實際上還是單一水準強度抗震設計原則進行修訂，采用多水準、多設防目標和多階段的抗震設計原則。
(2)延性和位移設計：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。一些建筑結構抗震設計指南和準則已經引入了位移設計的概念和方法。
(3)減、隔震和耗能設計：橋梁結構減、隔震和耗能技術經過數十年的研究和開發后，已經逐漸進入實用階段。未來橋梁結構的抗震設計規范應對這些技術在橋梁抗震設計中的應用作出具體、細致的規定。實際上， 日、美、歐、新西蘭等主要地震國家的橋梁抗震設計規范已經引入相應的條款，我國新的《城市橋梁抗震設計規范》和即將修訂的《公路工程抗震設計規范》也應有相應的章節規范這一技術的使用。應當注意，這一技術對橋梁的實際減震效果雖有少量的驗證，但其減震規律變化和經濟合理性都有待深入論證。
(4)構造細節。橋梁結構抗震設計中的許多問題目前還不能完全通過定量化方法加以解決。因此根據震害經驗、概念設計和定性研究的結果提出構造細節方面的要求，對保證橋梁結構的抗震安全十分重要。美、歐等國家的橋梁結構抗震設計規范和準則都已十分重視這一點。我國現行的《公路工程抗震設計規范》在這方面明顯不足，新編的《城市橋梁抗震設計規范》將特別注意這方面的問題。
(5)橋梁結構基礎抗震設計。從歷次地震震害可以看出，基礎破壞是導致橋梁結構地震破壞的主要原因之一。由于困難，我國現行《公路工程抗震設計規范》以若干定性的條款，從工程選址方面加以考慮。今后應重視基礎本身的抗震設計，特別是對于樁基礎等。這方面，美國的橋梁抗震設計規范和準則規定得比較詳細，是我們應當學習之處。基于阪神地震的經驗，地震后橋梁上部結構的修復和重建都比下部基礎經濟和省時、省力，因此橋梁基礎的抗震能力的要求應比橋墩高。
(6)規范條文的可操作性。
8．結語
本文首先對世界主要橋梁結構抗震設計規范的現狀進行了較為詳細的對比，指出了我國現行《公路工程抗震設計規范》中存在的一些缺點。同時本文還對國際上橋梁結構抗震設計規范的發展動向進行了總結，提出了編制我國新《城市橋梁抗震設計規范》的一些總的意見。本文觀點和結論均是作者個人見解，文中的遺漏和錯誤之處，歡迎同行批評和指正。
