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自建国初期至现在台帽和盖梁的区别,我国关于桥梁的抗震设计规范共5本。
1. 《公路工程抗震设计规范》(试行)1977年颁发-简称77规范;
2. 《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89) 1989年颁发-简称89规范;
3. 《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008) 2008年颁发-简称08规范;
4. 《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011) 2011年颁发-简称11规范;
5. 《公路桥梁抗震设计规范》(JTG-T 2231–01-2020) 2020年颁发-简称20规范。
抗震规范
77规范的的颁布主要是随着我国交通运输事业的发展,以及1966年以来先后发生了几次强烈地震使得交通运输严重受损,在此前提下第一版有关公路桥梁的抗震规范诞生了。
在此之前“公路工程”虽没有“正式章法”可循,但都是依据1959年国务院科学技术委员会建筑组领导下编制的“地震区建筑规范草案”及1964年由中国科学院工程力学研究所主持编制的“地震区建筑设计规范(草案稿)”中相关内容执行的。
其中59草案参考了苏联CH-8-57规范,抗震计算是以静力理论为依据;
64草案吸取国内外的科研成果和设计经验,公路工程抗震验算引入反应谱理论。
苏联CH-8-57规范
77规范共四个章节,涉及路基、挡墙、墩台及基础、梁桥、拱桥等构筑物验算,内容包括抗震措施、地震荷载与抗震强度和稳定性的验算,全文共29页。
77规范
89规范共五个章节,涉及路基、挡墙、墩台及基础、梁桥、拱桥、连拱桥、弯桥、隧道等构筑物验算,内容包括抗震措施、地震荷载与抗震强度和稳定性的验算,全文含条文说明共172页。
89规范
08、11及20规范因时间较近,工程师均可查阅,此处不在赘述。
一、89规范与77规范的比较
(1)适用范围和设防标准:89规范适用范围扩大到高速公路和一级公路,并增补了隧道抗震部分;设防标准由基于不同抗震危险地段的两标准(77规范)提升到基于不同公路等级的三标准(89规范);
(2)两版抗震设计规范均采用单一设防水准,一般只进行强度验算;
(3)两版抗震设计规范均依据《中国地震烈度区划图》,以基本烈度作为指标标示地震危险程度;
(4)基本采用等效静力法及反应谱理论计算地震荷载;
(5)89规范规定以重要性修正系数替代77规范中调整设计烈度的方法,避免成倍的提高或降低地震作用的缺陷;
(6)地基砂土液化:89规范增加了初判条件及饱和亚砂土层的液化,修正了可液化土层液化的判别式;
(7)场地土的分类:89规范对77规范中II类土进行了细分,将原规范的三类场地土细分为四类场地土;同时调整了短周期部分(T≤0.1s)曲线,长周期部分由3.5s拓宽至5s,以适应大跨度桥梁抗震验算的需要;
(8)89规范增加了桥墩动水压力作用及是否液化区的地震土压力作用;
(9)89规范补充了橡胶支座梁式桥地震作用的简化计算方法;
(10)89规范考虑了地基变形对纵横向墩身换算重力的影响,77规范按固定约束考虑将系数取为0.24和0.37;
(11)89规范增加了连拱桥、弯桥、隧道的相关内容;修正了综合影响系数;用分项系数表达的极限状态法替代了容许应力法的传统验算方法。
(12)抗震措施:最重要的区别是77规范没有对墩柱的箍筋进行加密和对最小配箍的规定,没有规定不能在塑性铰区进行主筋搭接。构造措施没有按7、8、9度设计烈度进行明确分类。
但对于防落梁的措施二者皆有规定,只是内容不完全相同。如77规范的规定桥梁支座边缘至墩台帽或盖梁边缘的最小距离,而89规范规定为梁端至墩台帽或盖梁边缘的最小距离(cm)为50+L(m)。
二、08规范与89规范的比较
(1)采用了“小震不坏、中震可修、大震不倒”分级设防的抗震理念;
(2)采用了对应于小震和大震的强度和变形的两阶段设计方法;
89规范采用的是一水平设防、一次弹性设计方法。08细则在抗震设计方法上有较大的改变,采用两水平设防、两阶段设计。
第一阶段抗震设计,采用弹性抗震设计;第二阶段设计,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89规范基本相当的抗震设防水平。
通过第二阶段的抗震设计,即对应的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。通过构造措施设计确保结构具有足够的位移能力。
(3)08抗震设计规范依据《中国地震动参数区划图》台帽和盖梁的区别,以地震动参数作为指标标示地震危险程度;
(4)采用了等效静力法、弹性动力法、非线性静力法和非线性动力时程法计算地震荷载;
(5)取消了概念含糊的综合影响系数CZ;
89规范中的综合影响系数CZ是在当时结构塑性分析能力有限的条件下,为修正弹性计算与结构实际弹塑性地震响应之间的差异而引入的地震力折减系数,考虑了结构的形式、塑性变形和阻尼等多种因素对地震作用的折减,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。这是89规范存在的一个较大缺陷。
而08细则采用了分级设防的抗震理念,明确规定了结构在不同等级地震作用下的状态,因此没有必要再用CZ对地震作用进行折减。同时08规范以II类场地为标准,将旧规范的四条谱曲线统一起来,引入场地系数CS、阻尼调整系数Cd等影响,反应谱响应周期由5s增加到了10s。
(6)定义了规则桥梁和非规则桥梁;
从单跨跨径、墩高、墩的宽厚比、跨数、曲线桥梁圆心角及半径、跨长比、轴压比、墩刚度比、支座类型、下部结构类型、地基条件11方面进行划分。
(7)确定了桥梁结构动力计算模型的建模原则;
结合动力学方程桥梁结构动力计算模型应能够反映桥梁上部结构、下部结构、支座和地基的刚度、质量分布及阻尼特性,从而保证在E1、E2地震下作用下引起的惯性力和主要振型能得到反映。
(8)引入了延性设计;
地震爆发后,强调结构总体延性能力已成为一种共识。为保证结构的延性,对墩柱配箍率及主筋配筋率进行了详细要求;同时最大限度地避免地震破坏的随机性,提出了结构抗震设计理论中的一个重要原则—能力保护设计原则。
能力保护设计原则的基本思想在于:通过设计,使结构体系中的延性构件和能力保护构件形成强度等级差异,确保结构构件不发生脆性的破坏模式。基于能力保护设计原则的结构抗震设计过程,一般都具有以下特征:
①选择合理的结构布局;
②选择地震中预期出现的弯曲塑性铰的合理位置,保证结构能形成一个适当的塑性耗能机制;通过强度和延性设计,确保潜在的塑性铰区域截面的延性能力;
③确立适当的强度等级,确保预期出现弯曲塑性铰的构件不发生脆性破坏模式(如剪切破坏、黏结破坏等),并确保脆性构件和不宜于耗能的构件(能力保护构件)处于弹性反应范围。
(9)给出了特殊桥梁抗震设计原则;
近年来,我国修建了大量斜拉桥、悬索桥和跨度150米以上的梁桥和拱桥。但由于目前这些桥型的抗震研究工作还不够充分,08细则就这些特殊桥梁给出一些抗震设计原则:
①进行地震反应分析时,应考虑地面运动的空间变化特征;采用桩基时,应考虑桩-土-结构相互作用对桥梁地震效应的影响;
②应注重抗震概念设计,即重视合理结构体系的选择;
③建立合理的动力反应计算模型;选择合理的地震反应分析方法,包括:多振型反应谱法、功率谱法和时程分析法;
④规定抗震性能目标和抗震验算方法;
(10)引入了减隔震设计;
08细则中规定了通过在结构中安装铅销橡胶支座等减隔震装置和适应其变位的伸缩装置,延长结构的固有周期和增大结构的阻尼,从而减小地震力的输入。欧美等发达国家如美国、意大利、新西兰以及日本已经建造了为数众多的减隔震桥梁,并且经历了多次地震的考验,证明了此类装置在延长结构周期降低地震输入和耗散能量方面的有效性。
但是应当注意,减隔震技术的减震规律变化和经济合理性都有待深入论证。并且,隔震技术的应用并不是在任何情况下均适用。对于基础土层不稳定,易于发生液化的场地;
下部结构刚度小、桥梁结构本身的基本振动周期较长,位于场地特征周期比较长、延长周期可能引起地基与桥梁结构共振以及支座中出现较大负反力等情况,不宜采用隔震技术。
(11)加强和细化了抗震措施。
设置橡胶缓冲装置,确保梁体与墩身不发生横向碰撞;
选用伸缩缝时,应考虑地震作用下的梁端位移,使主桥和引桥的主梁不发生纵向碰撞;
加宽过渡孔墩台的宽度,并采用适当的防落梁措施,防止主、引桥的连接处产生较大的相对位移,导致落梁震害。
89规范规定了在不同烈度区的抗震措施以供选择,08细则在此基础上对抗震措施做了进一步的加强和细化,主要体现在以下两点:
①调整了简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘的最小距离的取值;
②增加了斜桥和曲线桥梁端至墩、台帽或盖梁边缘的最小距离的规定。
综上所述,可以看出08细则在抗震设计理念、方法方面较旧的规范有了较大进步。
三、11规范与08规范的比较
(1)两本规范均采用两水准设防、两阶段设计的抗震设计方法。
(2)两本规范的桥梁类别划分原则不同,但针对常规桥梁两本规范的抗震设防标准基本一致。
(3)两本规范的最大不同点:
①由于规范的主管部门不同,采用了不同的地震动参数:
a.反应谱响应周期不同,08规范周期为10s,11规范周期为6s;
b.反应谱最大值Smax计算公式不同,11规范取消了场地系数;
c.反应谱下降段略有调整,11规范T>5Tg时直线下降;
d.阻尼比影响不同,11规范不仅影响反应谱值大小,还影响反应谱下降段形状。
基于上述原因造成E2地震下反应谱峰值11规范大于08规范,E1地震下反应谱峰值11规范与08规范基本相当。
②在桥墩和桩基础的抗震能力计算公式方面也不同。
a.两本规范确定位移需求时,考虑结构周期的调整系数不同;
b.等效塑性铰长度公式略有区别;
c.墩柱塑性铰区抗剪能力计算公式不同,08规范采用了计算公式(简化混凝土提供抗剪能力,忽略轴压比贡献),11规范采用的计算公式(较大);
d.基础均按能力保护构件设计,但11规范容许抗拉(压)承载力提高,同时桩基础抗弯能力采用材料标准值,造成08规范偏于保守。
The End......
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