大连技术交流-桥梁抗震设计细则

1、技术交流 公路桥梁震害与抗震设计 二、公路桥梁抗震设计细则 JTG/T B02-01-2008 中交桥梁技术有限公司 鲍卫刚 2008年8月31日 大连,1 总则 2 术 语、符 号 3 基本要求 4 场地和地基 5 地震作用 6 抗震分析 7 强度与变形验算 8 延性构造细节设计 9 特殊桥梁抗震设计 10 桥梁减隔震设计 11 抗震措施 附录A 梁桥结构基本周期的近似公式 附录B 圆形和矩形截面屈服曲率和极限曲率计算 附录C 功率谱法的实施原则 附录D 粘性填土的地震土压力计算公式,根据交通部：“关于下达1999年度建设标准、规范、定额等编制、修订工作计划的通知”（交通部公路发199982号），由重庆交通科研设计院组织对公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）桥梁抗震设计部分进行修订，编写公路桥梁抗震设计细则。 修订后的公路桥梁抗震设计细则共有11章4个附录。修订的主要内容包括： 1 扩大了适用范围，增加了非规则桥梁的抗震设计内容；对斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150m的特大跨径梁桥和拱桥给出了抗震设计原则和有关规定；增加了减隔震桥梁的设计原则和有关规定。 2 修订了相应的设防

2、标准和设防目标，采用了两水平设防、两阶段设计的抗震设计思想，由单一的强度抗震设计修改为强度和变形双重指标控制的抗震设计。 3 补充、细化了场地和地基部分的有关规定。 4 修订了地震作用部分，修订了水平设计加速度反应谱，反应谱周期由5s增加到10s，增加了场地系数、阻尼调整系数、竖向设计加速度反应谱等内容，增加了地震作用分量组合、设计地震动时程等有关规定，取消了综合影响系数。补充修订了地震土压力计算公式。 5 增加了桥梁延性抗震设计和能力保护原则的有关规定，增加了延性构造细节设计的有关规定。 6 增加了抗震分析建模原则和抗震分析方法等有关规定。 7 修订了抗震措施的有关规定。,1 总则 1.0.1 为贯彻执行中华人民共和国防震减灾法，实行预防为主的方针，减轻公路桥梁的地震破坏，保障人民生命财产安全，减少经济损失，更好地发挥公路交通网的功能及其在抗震救灾中的作用，特制定本细则。 1.0.2 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。 1.0.3按本细则进行抗震设计的

3、桥梁，依据本细则第3.1.1条进行分类，其抗震设防目标是： 当桥梁遭受E1地震作用时：各类桥梁一般不受损坏或不需修复可继续使用。 当桥梁遭受E2地震作用时：A类桥梁可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复可继续使用；B类、C类桥梁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。,参照国外桥梁抗震设防的性能目标要求，同时考虑了和原公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）中桥梁抗震设防性能目标要求的延续性和一致性，本细则规定，A类桥梁的抗震设防目标是中震（E1地震作用，重现期约为475年）不坏，大震（E2地震作用，重现期约为2000年） 可修，B、C类桥梁的抗震设防目标是小震（E1地震作用，重现期约为50-100年）不坏，中震（重现期约为475年） 可修，大震（E2地震作用，重现期约为2000年）不倒，D类桥梁的抗震设防目标是小震（重现期约为25年）不坏。需要指出的是，对于B、C类桥梁，其抗震设计只进行E1地震作用下的弹性抗震设计和E2地震作用下的延性抗震设计，满足了这两个阶段的性能目标要求后，中震（重现期约为475年）可修的目标即认为已隐含满足。因此，本细则实质上是采用两水

4、平设防，两阶段设计。,1.0.4 抗震设防烈度为6度及以上地区的公路桥梁，须进行抗震设计。 A类、B类和C类桥梁须进行E1地震作用和E2地震作用下的抗震设计。D类桥梁只须进行E1地震作用下的抗震设计。抗震设防烈度为6度地区的B类、C类、D类桥梁，可只进行抗震措施设计。 1.0.5 本细则适用于抗震设防烈度为6、7、8和9度地区的公路桥梁抗震设计。抗震设防烈度大于9度地区的桥梁和有特殊要求的大跨径或特殊桥梁，其抗震设计应作专门研究，按有关专门规定执行。 1.0.6 抗震设防烈度须按国家规定权限审批、颁发的文件（图件）确定。一般情况下，抗震设防烈度可采用现行中国地震动参数区划图规定的地震基本烈度。对桥址已作过专门地震安全性评价的桥梁，应按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。,2 术 语、符 号 2.1.1抗震设防烈度 按国家规定权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。 2.1.2 抗震设防标准 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。 2.1.4 E1地震作用 工程场地重现期较短的地震作用，对应于第一级设防水准 2.1.5 E2地震作用 工程

5、场地重现期较长的地震作用，对应于第二级设防水准 2.1.7 设计基本地震动加速度 重现期为475年的地震动加速度的设计取值。,2.1.13 抗震概念设计 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。 2.1.14 弹性抗震设计 不允许桥梁结构发生塑性变形，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。 2.1.15 延性抗震设计 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。,2.1.22 常规桥梁 常规桥梁包括单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥。 2.1.23 特殊桥梁 特殊桥梁包括斜拉桥、悬索桥、单跨跨径150m以上的梁桥和拱桥。,3 基本要求 3.1 桥梁抗震设防分类和设防标准 3.1.1 公路桥梁应根据公路等级及桥梁的重要性和修复（抢修）的难易程度，分为A类、B类、C类、D类四个抗震设防类别。A类桥梁是指单跨跨径超过150m的特大桥，B类桥梁是指除A类以外的高速公路和一级公路上的桥梁及二级公路上的大桥、特大桥等，C类桥梁是指A类、

6、B类、D类以外的公路桥梁，D类桥梁是指位于三、四级公路上的中桥、小桥。 (长桥？ 互通及其桥梁？ 降低了三级公路上桥梁的标准？ 跨径不大但结构复杂且重要的桥梁的抗震目标如何保证？ 唯一通道的抗震要求如何保证？),从总体上看，原公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）的抗震设防分类和设防标准是基本合理的。 具体来讲，将公路桥梁分为A、B、C、D四个抗震设防类别，其中A类为单跨跨径超过150米的特大桥，B类涵盖了原规范的A、B类，C、D类同原规范一致。设防标准基本维持和原规范相当的水平。但本细则在抗震设计方法上有大的改变，采用两水平设防，两阶段设计。第一阶段的抗震设计，采用弹性抗震设计，第二阶段的抗震设计，采用延性抗震设计方法，并引入能力保护设计原则。通过第一阶段的抗震设计，即对应E1地震作用的抗震设计，可达到和原规范基本相当的抗震设防水平。通过第二阶段的抗震设计，即对应E2地震作用的抗震设计，来保证结构具有足够的延性能力，通过验算，确保结构的延性能力大于延性需求。通过引入能力保护设计原则，确保塑性铰只在选定的位置出现，并且不出现剪切破坏等破坏模式。通过抗震构造措施设计，确保结构具有足够

7、的位移能力。,3.1.2 各类桥梁的设防标准，应符合下列要求： 1 各类桥梁在不同设防烈度下的抗震设防措施等级按表3.1.2-1 确定。 表3.1.2-1 各类公路桥梁抗震设防措施等级,2 各类桥梁的抗震重要性系数，按表3.1.2-2确定。 表3.1.2-2 各类桥梁的抗震重要性系数,注：高速公路和一级公路上的大桥、特大桥，其抗震重要性系数取B类括号内的值。,表3-1 由原规范的重要性系数和综合影响系数计算出的地震动参数,注:A为设计基本地震加速度峰值。 表3-2 对应表3-1不同重要性系数和综合影响系数的重现期（年）,表3-3 只考虑重要性系数时，原规范各类桥梁设计地震的重现期（年）,从表3-13可以看出，对于原规范，A类桥梁，考虑重要性系数和不同的综合影响系数，设计地震动参数在0.340.595A,对应100年重现期的设计地震动参数为0.493A，B类桥梁，考虑重要性系数和不同的综合影响系数，设计地震动参数在0.260.455A，对应75年重现期的设计地震动参数为0.426A，C类桥梁，考虑重要性系数和不同的综合影响系数，设计地震动参数在0.20.35A，对应50年重现期的设计地震

8、动参数为0.34A，D类桥梁，考虑重要性系数和不同的综合影响系数，设计地震动参数在0.120.21A，对应25年重现期的设计地震动参数为0.226A。,由此可以看出，对于E1地震作用，可通过引入不同重要性系数来调整设计地震动参数，设计采用弹性设计并取消综合影响系数是恰当的。对于本细则A、B、C、D四类桥梁，B、C、D类重要性系数分别取0.43（0.5）、0.34和0.23，对应的设计地震动重现期大约分别为75（100）年、50年和25年，和89规范的设防标准基本相当，对于本细则A类桥梁，为保证较高的抗震设防水平，重要性系数取1，设计地震动重现期约为475年。需要指出的是，由于本细则的B类桥梁涵盖了原公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）的A类桥梁和B类桥梁，为和原规范保持基本一致的设防标准，本细则B类桥梁中属于原规范中A类的桥梁，其重要性系数取括号内的值。,对于E2地震作用，本细则A、B、C三类桥梁，B、C类重要性系数取值和89规范一致，对应重要性系数为1.7、1.3和1.0，设计地震动的重现期大约分别为2000年、1000年和475年。A类桥梁参考了近年来国内外特大跨径桥梁抗震

9、设计的设防标准的具体实施情况，国内外近年来设计的特大跨径桥梁，其抗震设防标准大致是设计地震动的重现期为1000-2000年，因此本细则A类桥梁重要性系数取1.7，其设计地震动重现期大约为2000年。由于原规范只采用一阶段设计，通过引入综合影响系数来折减地震力后采用弹性抗震设计，其隐含的意思是允许结构进入塑性，对结构的延性性能有相应的需求，但在设计上又没有进行必要的延性抗震设计，其延性能力能否满足延性需求是不确定的，这也是原规范存在的一个较大的缺陷。因此，本细则对E2地震作用的抗震设计阶段，对延性抗震设计作了明确的规定，弥补了原规范的不足。,3.1.3 对于破坏后修复（抢修）困难的C类、D类桥梁，应提高一类设防。对抗震救灾、经济或国防上具有重要意义的三、四级公路上的桥梁，按国家批准权限，报请批准后，可提高一类设防。 3.1.4 立体交叉的跨线桥梁，抗震设计不应低于下线桥梁的要求。,3.2 确定地震作用的基本要求 3.2.1 各类公路桥梁抗震设计要考虑的地震作用，应采用所在地区设防烈度相应的设计基本地震加速度和反应谱特征周期以及本细则第3.1.2条第2款规定的抗震重要性系数来表征。 3.2.2 公路桥梁抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系，应符合表3.2.2的规定。 表3.2.2 抗震设防烈度和水平向设计基本地震加速度峰值A 抗震设防烈度 6 7 8 9 A 0.05g 0.10(0.15)g 0.20(0.30)g 0.40g,3.2.3 对场址进行专门的地震安全性评价时，除满足现行工程场地地震安全性评价技术规范外，确定抗震设防标准及地震作用时还应满足本细则的相关规定。,3.3 抗震设计流程图 3.3.1 桥梁抗震设计应采用图3.3.1的抗震设计流程进行。,3.4 作用效应组合 3.4.1 公路桥梁抗震设计应考虑以下作用： 永久作用，包括结构重力（恒载）、预应力、土压力、水压力； 地震作用，包括地震动的作用和地震土压力、水压力等； 3.4.2 作用效应组合应包括：永久作用效应+地震作用效应，组合

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