中國、歐盟和美國鐵路橋梁抗震規(guī)范簡要對比

張立江

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司橋梁設(shè)計處,天津 300142)

1 概述

隨著我國20世紀(jì)90年代經(jīng)濟(jì)起飛,交通事業(yè)迅猛發(fā)展,特別是近幾年大量高速鐵路的興建,促使國家對已經(jīng)不適應(yīng)建設(shè)需求的《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行了修編。根據(jù)建設(shè)部建標(biāo)[1998]244號文件《關(guān)于印發(fā)“1998年工程建設(shè)國家標(biāo)準(zhǔn)制定、修建計劃”的通知》及鐵道部鐵建設(shè)函[1990]50號文件《1990年鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計定額編制計劃》的要求,在原國家標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50111—87)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂,2006年發(fā)布了《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50111—2006),其主要抗震設(shè)計思想和國際上的先進(jìn)抗震規(guī)范基本接軌。2009年,根據(jù)原建設(shè)部《關(guān)于印發(fā)“2009年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂、修訂計劃”的通知》(建標(biāo)[2009]88號)的要求,對本規(guī)范進(jìn)行了局部修訂,發(fā)布了《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50111—2006)(2009年版)。

本文對我國和歐盟、美國現(xiàn)行鐵路橋梁抗震規(guī)范進(jìn)行了簡要的對比,結(jié)合自身的體會,提出了一些建議,供鐵路橋梁抗震設(shè)計者參考。

2 中國、歐盟和美國鐵路橋梁抗震設(shè)計遵循的規(guī)范和規(guī)定

(1)中國

目前采用的是《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50111—2006)(2009年版),京津、武廣、鄭西等首批客運專線同時執(zhí)行鐵道部鐵建設(shè)函[2006]338號“關(guān)于發(fā)布客運專線鐵路加強抗震設(shè)計技術(shù)要求的通知”的要求,目前的鐵路橋梁設(shè)計,仍然執(zhí)行這些規(guī)定和要求。

(2)歐盟

在歐盟,鐵路橋梁設(shè)計按照歐盟規(guī)范8中的第2部分進(jìn)行,關(guān)于地震荷載和其他荷載的組合等另有專門規(guī)范予以規(guī)定。

(3)美國

在美國,橋梁的抗震設(shè)計根據(jù)美國國家公路與運輸協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)AASHTO來進(jìn)行。

3 鐵路橋梁抗震設(shè)計的主要考慮因素

總的來說,在橋梁抗震設(shè)計問題上,國內(nèi)外的抗震設(shè)計目標(biāo)是基本相同的,即結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受小地震并且不會損壞,能夠經(jīng)受大地震并且損壞可以修復(fù)。

在橋梁結(jié)構(gòu)中,下列問題是要重點考慮的。

(1)基礎(chǔ)變位控制

必須保證基礎(chǔ)在地震作用后不產(chǎn)生過大變位。為此設(shè)計荷載應(yīng)考慮充分,要考慮基礎(chǔ)、墩身和土壤及水等的耦合作用,要考慮土層地質(zhì)參數(shù)在地震狀態(tài)下的變化等。

(2)上部結(jié)構(gòu)移位、掉落控制

推薦采用地震力明確、均勻,受損易修復(fù)的簡支梁等靜定結(jié)構(gòu)；支座支承長度必須充足；支座的選用和安裝必須符合結(jié)構(gòu)抗震要求；應(yīng)安裝額外的防落梁或固定裝置；上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造等環(huán)節(jié)應(yīng)保證上部結(jié)構(gòu)不掉落；在連續(xù)梁端支承處安裝抗負(fù)反力設(shè)備以防盆式支座上下脫離。

(3)塑性鉸設(shè)計

橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生塑性鉸的主要部位是墩臺與基礎(chǔ)結(jié)合部、樁與承臺結(jié)合部、上部結(jié)構(gòu)中的塑性鉸等,這也是地震易損部位,設(shè)計時應(yīng)予以重視,基本做法是增加部分構(gòu)造,使結(jié)構(gòu)順暢過渡,增設(shè)增加結(jié)構(gòu)延性的構(gòu)造鋼筋等。

(4)墩臺的塑性設(shè)計

為避免鋼筋混凝土橋在地震力作用下斷裂,墩橋應(yīng)設(shè)置足夠抗剪鋼筋。

(5)隔震設(shè)計

隔震設(shè)計可減低地震作用,改善地震力傳力途徑,目前較多采用的技術(shù)措施是增設(shè)阻尼器及上部結(jié)構(gòu)的串列構(gòu)造。

4 橋梁抗震標(biāo)準(zhǔn)比較

在抗震設(shè)計的具體規(guī)定方面,中外規(guī)范還有許多差別。表1給出了GB50111和歐盟規(guī)范8號及美國國家公路與運輸協(xié)會1997年版及2007年版AASHTO等中外3種橋梁抗震設(shè)計規(guī)范中比較重要的差別。

表1 中外3種橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的主要差別

注:此抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的比較并不涵蓋這些標(biāo)準(zhǔn)中的所有不同之處,只是選取了一些主要的差別。

5 3種抗震標(biāo)準(zhǔn)比較結(jié)果

在GB50111標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)橋梁抗震要求的章節(jié)只有大約20頁,而在歐盟8號標(biāo)準(zhǔn)第2部分中的相關(guān)內(nèi)容有138頁,在美國國家公路與運輸協(xié)會的最新標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容有236頁,可以看出歐盟8號標(biāo)準(zhǔn)以及美國國家公路和運輸協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)在抗震設(shè)計方面的要求更為全面、具體,可執(zhí)行性更好。

在下部結(jié)構(gòu)強度檢算上采用和中國規(guī)范“設(shè)計地震”水平一致的地震作用,要高于中國規(guī)范的多遇地震作用,在正交地震作用的組合方面也有更高的要求。中國的GB50111標(biāo)準(zhǔn)則只是制定了大概的要求而將其他細(xì)節(jié)交給設(shè)計單位,還有一部分規(guī)定通過類似鐵道部2006年338號文“頒布新的技術(shù)要求以便加強鐵路抗震設(shè)計的通知”等文件給出,這很容易造成不同的設(shè)計者、不同的工程項目會有不同的抗震設(shè)計,例如,對于橋墩支座墊石的尺寸,美國國家公路和運輸協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)引用了歐盟8號標(biāo)準(zhǔn)第2部分中的計算方法,但是在GB50111中,只是規(guī)定橋墩帽的寬度要“合理”,但并沒有說什么尺寸才“合理”……。

6 建議

抗震設(shè)計并不是單純的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題,而是牽扯到基本國策的復(fù)雜問題,因此,在設(shè)計中,對于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,在設(shè)計的細(xì)節(jié)處理上,對于規(guī)范中沒給出明確規(guī)定的,可以借鑒國外先進(jìn)規(guī)范的做法,在不顯著增加投資的基礎(chǔ)上,提高結(jié)構(gòu)的安全度。

[1]GB50111—2006(2009年版)，鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]TB10002.1—2005，鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S].

[3]TB10002.5—2005，鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]TB10621—2009，高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S].

[5]翁 艷,朱寶龍.中日橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的若干比較[J].四川建筑科學(xué)研究,2010(3).

[6]鐵建設(shè)函[2006]338號，關(guān)于發(fā)布客運專線鐵路加強抗震設(shè)計技術(shù)要求的通知[S].

[7]Eurocode 8 Design provisions for earthquake resistance of structures Part 2. Bridges[S].

[8]AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design[S]. March 2007.