摘要：本文對世界主要橋梁結(jié)構(gòu)抗震365JT設(shè)計規(guī)范的現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的對比，指出我國現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》中存在的一些缺點。本文還對目前國際上橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的發(fā)展動向進(jìn)行了總結(jié)，提出了修訂我國新《365JT城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》的一些意見。

關(guān)鍵詞：橋梁；抗震設(shè)計；規(guī)范

中圖分類號：P315.951 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 前言

我國現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004—89)在80年代中期開始修訂，于1989年正式發(fā)行。隨著我國90年代經(jīng)濟(jì)起飛，365JT交通事業(yè)迅猛發(fā)展，特別是高速公路的興建、跨越大江、大河的大跨橋梁、大型立交工程以及城市中大量高架橋的興建．規(guī)范已大大不能適應(yīng)．但是目前所有國內(nèi)的橋梁設(shè)計，對抗震設(shè)計均在設(shè)計書上標(biāo)明的參照規(guī)范即是《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》和《鐵道工程抗震設(shè)計規(guī)范入近十年來，1989年美國Loma Prieta地震(M7.0)，一個中等強(qiáng)度地震導(dǎo)致了橋梁的破壞，這一后果告誡人們現(xiàn)代城市交通網(wǎng)絡(luò)中斷的危害性。1994年美國Northridge地震(M6．7)，也是一個中等強(qiáng)度地震，造成洛杉磯市高速公路上多座橋梁崩坍，嚴(yán)重的交通中斷造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失．最近的日本Kobe地震(M7.2)，同樣是一個中等強(qiáng)度的地震，造成大量高速公路、高速鐵路橋隧的破壞，使經(jīng)濟(jì)遭受巨大損失。如都以當(dāng)時的幣值為準(zhǔn)，以上三次中等強(qiáng)度地震導(dǎo)致城市經(jīng)濟(jì)總損失分別為70、200、1500億美元。

日本1995年限神地震后，對結(jié)構(gòu)抗震的基本問題重新進(jìn)行了大量的研究，并十分重視減振、耗能365JT技術(shù)在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的應(yīng)用。橋梁、道路方面的抗震設(shè)計規(guī)范已經(jīng)重新編寫，并于1996年頒布實施：美國也相繼在聯(lián)邦公路局(FHWA)和加州交通部(CALTRANS)等的資助下開展了一系列的與橋梁抗震設(shè)計規(guī)范修訂有關(guān)的研究工作，已經(jīng)完成了ATC—18、ATC—32和ATC—40等研究報告和技術(shù)指南。與舊規(guī)范相比，新規(guī)范或指南無論在設(shè)計思想、設(shè)計手法、設(shè)計程序和構(gòu)造細(xì)節(jié)上都有很大的變化和深入。相比之下我國現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》水準(zhǔn)遠(yuǎn)落后于國外同類規(guī)范。若不進(jìn)行改進(jìn)，其后果必然是我國不少的橋梁工程將留下地震隱患。

我國管理部門已經(jīng)認(rèn)織到上述問題。建設(shè)部已委托同濟(jì)大學(xué)士木工程防災(zāi)國家重點實驗室范立礎(chǔ)主編新編的《城市橋梁抗展設(shè)計規(guī)范》，由北京、天津、上海等四家市政工程設(shè)計研究院參編；上海市建委抗震辦公室也委托同濟(jì)大學(xué)土木工程防展國家重點實驗室主編《上海城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》。同時，交通部也著手修訂《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》。本文的任務(wù)是對目前各國的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的使用和研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹和比較，探討我國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的修訂中的一些主要問題。

2 橋梁抗震設(shè)計的基本思想

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本思想和設(shè)計準(zhǔn)則是制定規(guī)范的最重要之處，它決定了抗震設(shè)計要達(dá)到的目標(biāo)、采用的設(shè)計地震動水平和地震反應(yīng)的計算方法。因此這里首先介紹世界幾本主要的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的基本設(shè)計思想．見表1。

由表1可知．當(dāng)前主要地震國家橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的基本思想和設(shè)計準(zhǔn)則是：設(shè)計地震作用基本分為兩個等級，都可歸納為功能設(shè)計地震和安全設(shè)計地震。雖然各規(guī)范使用的名詞不同，但其思想是基本一致的：功能設(shè)計地震具有較大的發(fā)生概率、安全設(shè)計地震具有很小的發(fā)生概率。在功能設(shè)計地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)只允許發(fā)生十分輕微的破壞，不影響正常的交通，不經(jīng)修復(fù)也可以繼續(xù)使用；在安全設(shè)計地震的作用下，允許橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的破壞，但不允許發(fā)生整體破壞，如倒塌、落梁，歐洲規(guī)范對此規(guī)定得最為清楚、具體。比較起來，我國公路工程抗震設(shè)計規(guī)范仍在使用烈度概念，關(guān)于抗震設(shè)計的指導(dǎo)思想對于橋梁來說過于籠統(tǒng)。

各國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范中雖然設(shè)定了兩個水準(zhǔn)，但在具體的設(shè)計程序上絕大多數(shù)仍堅持以安全設(shè)計地震為準(zhǔn)的單一水平設(shè)計手法，并認(rèn)為第一設(shè)計水準(zhǔn)的要求自動滿足。這種情況可能發(fā)生變化，ATC-32和日本即將出版的新的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范都建議對兩個設(shè)計地震動水準(zhǔn)進(jìn)行直接設(shè)計。這代表了橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計具體程序上的一個變動方問

3 設(shè)計地震動

3．1 地震區(qū)劃

設(shè)計地震動是繼設(shè)計思想之后的影響到橋梁抗震設(shè)計全局的重要問題，地震作用強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中最重要的地震動參數(shù)之一。在當(dāng)前各國的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范中采用兩種方式描述這—參數(shù)， 一種方式是使用“烈度”這個量，如我國《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》另一種是直接使用地震動參數(shù)、如美國ASHTO和Caltrans橋梁抗震設(shè)計規(guī)范。世界主要橋梁抗震設(shè)計規(guī)范使用的地震區(qū)劃圖見表2。

從表2可以看出，除了我國現(xiàn)行區(qū)劃圖外，其它主要地震國家均采用了地震動參數(shù)區(qū)劃。采用烈度改進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計無論是在概念上、還是在數(shù)值方面部存在很多問題，因此我國正在編制的第四代區(qū)別圖已經(jīng)使用了地震動參數(shù)區(qū)別。由表2還可以看到，日本規(guī)范確定設(shè)計地震動的方法比較獨(dú)特：（1）設(shè)計地震動的概率特征十分不明顯。第一級設(shè)汁地震雖有統(tǒng)計意義，但仍是確定性成分較多；（2）第二級設(shè)計地震以確定性方法規(guī)定。第一類主要參考了1923年關(guān)東地震(大陸邊緣地震)第二類主要參考了1995年阪神地震(都市直下型地震)。這與日本地域狹小和地震類型相對比較清楚有關(guān)。

3．2場地分類

實際上．目前各國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范中都考慮了場地條件對設(shè)計地震動參數(shù)的影響。具體做法是根據(jù)一定規(guī)則對場地進(jìn)行分類，然后分別結(jié)出各類別場地的地震設(shè)計反應(yīng)譜。各國規(guī)范關(guān)于場地分類的概略情況見表3。

可以看到，盡管各國規(guī)范關(guān)于場地劃分類別的數(shù)目和具體方法不同，但所依據(jù)的主要物理參數(shù)都是場地剪切波速(或場地特征周期)和地表覆蓋層厚度。關(guān)于場地條件對設(shè)計反應(yīng)譜的影響還有幾點需要說明：(1)ATC—32建議六類場地；(2)CaItrans和ATC—32先得到基巖加速度，然后進(jìn)行土層分析得到設(shè)計地震譜。

3、3地震設(shè)計諾

各國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的彈性設(shè)計譜曲線示于圖1—圖6中。可以看出，從反應(yīng)譜坐標(biāo)隨周期的變化關(guān)系看，各規(guī)范的走勢是相同的， 即隨周期由小變大(或不變)至一個平臺(最大值)，然后逐漸衰減至與最大可用周期的一個定值。這個一致性是由地震反應(yīng)譜的定義和地震動的特性決定的。

各規(guī)范反應(yīng)譜之間仍然存在一些差別，主要是：〔1〕在短周期段，多數(shù)規(guī)范有一個下降段、如我國《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》和Caltrans規(guī)范等；也有規(guī)范無下降段，如美國的AASHTO規(guī)范。理論上，有下降段是合理的，但無下降段的處理更簡單。實際上，我國《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》下降段的拐點周期是0.1s．一般橋梁結(jié)構(gòu)的基本周期遠(yuǎn)大于此，因此，下降段實際意義并非十分重要；(2)各規(guī)范的拐點周期取值不同，實際上Caltrans的ARS譜是經(jīng)土層反應(yīng)分析得到的，是一條連續(xù)變化的光滑曲線，根本不存在拐點；(3)各規(guī)范反應(yīng)譜的平臺最大值高度不同，并且一些規(guī)范平臺高度還隨著場地類別變化，如AASHTO規(guī)范、新西蘭規(guī)范、歐洲規(guī)范和日本規(guī)范。但我國規(guī)范反應(yīng)譜的平臺高度不隨著場地變化，在即將頒布的第四代區(qū)劃圖中依然如此。從地震反應(yīng)譜的客觀特性來說，標(biāo)準(zhǔn)化反應(yīng)譜的臺階高度是隨場地類型變化的，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化反應(yīng)譜的臺階高度是否隨場地變化，還應(yīng)綜合考慮其它因素來決定。

3.4 地震設(shè)計譜的阻尼修正

阻尼比是影響反應(yīng)譜值一個重要參數(shù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)阻尼比較小時，其變化會顯著地改變反應(yīng)譜值，從而影響結(jié)構(gòu)所受地震力的大小。一般規(guī)范設(shè)計反應(yīng)譜均以一個標(biāo)準(zhǔn)阻尼比值(通常取0．05)為基準(zhǔn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)主要振型的阻尼比偏離此標(biāo)準(zhǔn)值較多時，需要對設(shè)計反應(yīng)譜進(jìn)行修正。AASHTO、ATC—32、Caltrans和NZ規(guī)范不對反應(yīng)譜進(jìn)行阻尼修正，而EC—8、JAPAN和中國公路規(guī)范對設(shè)計譜進(jìn)行阻尼修正。

實際上，規(guī)范反應(yīng)譜是否需要進(jìn)行阻尼調(diào)整與以下兩件事有關(guān)：(1)所適用的結(jié)構(gòu)。一般說來，不同材料建造的結(jié)構(gòu)(如鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu))，阻尼特性相差很大。若規(guī)范適用的范圍廣，則阻尼調(diào)整是必需的；(2)控制結(jié)構(gòu)反應(yīng)的振型數(shù)。結(jié)構(gòu)計算依賴于阻尼的假定，阻尼假定導(dǎo)致不同振型有不同的阻尼比。若結(jié)構(gòu)的反應(yīng)由多個振型控制，則可能要求對阻尼比進(jìn)行修正。美國規(guī)范(如Caltrans規(guī)范)規(guī)定只適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的普通橋梁，因此材料阻尼基本相同。同時，這些橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計重點在橋墩和基礎(chǔ)，其地震反應(yīng)主要由第一階振型控制，高振型的貢獻(xiàn)很小，因此通常采用單自由度體系模型進(jìn)行動力計算，這樣就無需進(jìn)行反應(yīng)譜的阻尼調(diào)整。即使采用多自由度體系計算模型，由于地震反應(yīng)主要由第一振型控制，高振型阻尼比的變化導(dǎo)致的反應(yīng)譜的修正對反應(yīng)的最后預(yù)測結(jié)果影響甚小、因此從實際意義上說，可以不對反應(yīng)譜進(jìn)行阻尼調(diào)整；(3)特殊的阻尼元件。結(jié)構(gòu)減隔震設(shè)計方法已經(jīng)和即將寫入各國的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范。減、隔震元件的阻尼特性顯著不同于結(jié)構(gòu)的材料阻尼特性。有兩個原因，第一，減隔震裝置產(chǎn)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(yuǎn)高于材料的阻尼比。這種情況下顯然要對反應(yīng)譜值進(jìn)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(shè)計準(zhǔn)則”提出了一個修正方法，但只針對位移反應(yīng)的計算結(jié)果進(jìn)行修正。

4 地震反應(yīng)分析和計算方法

各國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范采用的地震反應(yīng)分析方法列于表4?？梢钥吹?，目前規(guī)范計算地震反應(yīng)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(guī)范中廣泛應(yīng)用的方法。非彈性靜力分析方法主要是用來確定結(jié)構(gòu)的倒塌機(jī)制和能力。ATC—32和Caltrans于1999年出版的橋梁抗震設(shè)計準(zhǔn)則中引入這一方法，將來可能有更多的規(guī)范引入這一方法。各國規(guī)范對非彈性動力法用于橋梁抗震設(shè)計一股只有定性的指導(dǎo)性條款，而沒有實施細(xì)則。這一方面是由于非彈性問題過于復(fù)雜，另一方面工程師在掌握這一方法方面還需要一定的準(zhǔn)備和培訓(xùn)時間，在我國的橋梁設(shè)計部門、越來越多的研究生加入設(shè)計隊伍、使用復(fù)雜分析方法的問題會逐步得到解決。

5 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

國內(nèi)外的公路橋梁絕大多數(shù)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，各國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范也主要是針對這種橋梁結(jié)構(gòu)編寫的。表5列出了各國規(guī)范在鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計方面的方法：

可以看到．美、歐、新西蘭規(guī)范對很多設(shè)計的細(xì)節(jié)問題都給出具體的設(shè)計方法和要求，日本規(guī)范雖未給出配筋等具體設(shè)計細(xì)節(jié)，但給出了詳細(xì)的混凝土構(gòu)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(xiàn)行的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》在這方面十分不足，亟待補(bǔ)充和改進(jìn)。

6 約束和減隔震、耗能設(shè)計

約束裝置的設(shè)計和使用已經(jīng)寫入各國的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范，我國現(xiàn)行的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》也有這方面的條款，見表6。減、隔震和耗能技術(shù)則是在近幾年才開始進(jìn)入橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的。美、日、歐、新西蘭規(guī)范中部有詳略不同的條文規(guī)定．我國現(xiàn)行的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》沒有這方面的條款，是需要補(bǔ)充的一個方面。減、隔震和耗能技術(shù)雖然已經(jīng)有幾十年的研究歷史，但其應(yīng)用還處于起步階段，相應(yīng)的技術(shù)法規(guī)還不完善。以往這一技術(shù)在橋梁上的應(yīng)用實例尚不多。日本在阪神地震后，在橋梁修復(fù)、加加固中應(yīng)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(shè)計規(guī)范的建議

前面幾節(jié)對我國與美、日、歐和新西蘭等國的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范進(jìn)行了對比，總的來說，我國現(xiàn)行的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》在設(shè)計思想、設(shè)計方法、構(gòu)造措施和條文可執(zhí)行性等方面顯得落后許多。近十幾年發(fā)生在世界各地的大地震給橋梁結(jié)構(gòu)造成了重大破壞，同時也促進(jìn)了橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的修訂工作。規(guī)范的修訂主要參考了近十幾年來的地震震害經(jīng)驗，同時借鑒了結(jié)構(gòu)抗震研究領(lǐng)域的最新研究成果。概況起來，新規(guī)范的發(fā)展動向有以下幾個方面：

(1)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。這是橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)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(shè)防的原則：即小震不壞；中震發(fā)生有限的結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞；大震發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，但不產(chǎn)生嚴(yán)重的人員傷亡；而在可能襲擊工程場地最嚴(yán)重的地震作用下，結(jié)構(gòu)不倒塌。這些基本的結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)今天被大多數(shù)的設(shè)計規(guī)程所采用。但傳統(tǒng)的作法是，只針對單一的地震作用水平進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計?，F(xiàn)在的問題是針對每一個目標(biāo)都結(jié)出相應(yīng)的具體設(shè)計程序。這樣一來，就需要對目前實際上還是單一水準(zhǔn)強(qiáng)度抗震設(shè)計原則進(jìn)行修訂，采用多水準(zhǔn)、多設(shè)防目標(biāo)和多階段的抗震設(shè)計原則。

(2)延性和位移設(shè)計：傳統(tǒng)的橋梁抗震設(shè)計采用強(qiáng)度設(shè)計方法，即使考慮到延性和位移，也是通過強(qiáng)度指標(biāo)間接地實現(xiàn)?，F(xiàn)在人們越來越認(rèn)識到了位移在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的重要性，很多研究者和工程師建議在抗震設(shè)計中直接使用位移為設(shè)計參數(shù)，這樣就將形成多參數(shù)抗震設(shè)計方法：在這方面，各種非彈性反應(yīng)譜的研究和應(yīng)用工作一直在進(jìn)行。一些建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計指南和準(zhǔn)則已經(jīng)引入了位移設(shè)計的概念和方法。

(3)減、隔震和耗能設(shè)計：橋梁結(jié)構(gòu)減、隔震和耗能技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的研究和開發(fā)后，已經(jīng)逐漸進(jìn)入實用階段。未來橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計規(guī)范應(yīng)對這些技術(shù)在橋梁抗震設(shè)計中的應(yīng)用作出具體、細(xì)致的規(guī)定。實際上， 日、美、歐、新西蘭等主要地震國家的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范已經(jīng)引入相應(yīng)的條款，我國新的《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》和即將修訂的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》也應(yīng)有相應(yīng)的章節(jié)規(guī)范這一技術(shù)的使用。應(yīng)當(dāng)注意，這一技術(shù)對橋梁的實際減震效果雖有少量的驗證，但其減震規(guī)律變化和經(jīng)濟(jì)合理性都有待深入論證，

(4)構(gòu)造細(xì)節(jié)。橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)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(jù)震害經(jīng)驗、概念設(shè)計和定性研究的結(jié)果提出構(gòu)造細(xì)節(jié)方面的要求，對保證橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全十分重要。美、歐等國家的橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范和準(zhǔn)則都已十分重視這一點。我國現(xiàn)行的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》在這方面明顯不足，新編的《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》將特別注意這方面的問題。

(5)橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)抗震設(shè)計。從歷次大地震震害可以看出，基礎(chǔ)破壞是導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)地震破壞的主要原因之一。由于困難大，我國現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》以若干定性的條款，從工程選址方面加以考慮。今后應(yīng)重視基礎(chǔ)本身的抗震設(shè)計，特別是對于樁基礎(chǔ)等。這方面，美國的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范和準(zhǔn)則規(guī)定得比較詳細(xì)，是我們應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)之處?；谮嫔竦卣鸬慕?jīng)驗，地震后橋梁上部結(jié)構(gòu)的修復(fù)和重建都比下部基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)和省時、省力，因此橋梁基礎(chǔ)的抗震能力的要求應(yīng)比橋墩高。

(6)規(guī)范條文的可操作性。條文的可操作性是規(guī)范制定者需要特別注意的一個侍?。誊E牡目剎僮饜雜跋斕焦こ淌φ?返厥褂霉娣逗痛锏焦娣噸貧ㄕ叩納杓頗勘輟Ｈ艨剎僮饜圓緩謾⒃蜆こ淌Σ灰桌斫夂?/SPAN>

執(zhí)行相應(yīng)的設(shè)計規(guī)定，也就很難達(dá)到規(guī)范規(guī)定的設(shè)計日標(biāo)。

8 結(jié)語

本文首先對世界主要橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的對比，指出了我國現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》中存在的一些缺點。同時本文還對國際上橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的發(fā)展動向進(jìn)行了總結(jié)，提出了編制我國新《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》的一些總的意見。本文觀點和結(jié)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。