抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

1.橋梁上部結(jié)構(gòu)的震害

按震害產(chǎn)生原因的不同，可分為上部結(jié)構(gòu)的自身震害、移位震害和碰撞震害。

(1)自身震害在地震中比較少見(jiàn)，發(fā)現(xiàn)此類震害中主要是鋼結(jié)構(gòu)的局部屈曲破壞。

(2)移位震害在破壞性地震中極為常見(jiàn)，一般都是發(fā)生在設(shè)置伸縮縫處，表現(xiàn)為有縱向、橫向和扭轉(zhuǎn)位移，常會(huì)引起落梁。

(3)碰撞震害見(jiàn)于相鄰結(jié)構(gòu)間距設(shè)置過(guò)小，較典型的是相鄰跨上部結(jié)構(gòu)的碰撞，上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)的碰撞，以及相鄰橋梁之間的碰撞。

2.橋梁支座震害

橋梁支座的震害現(xiàn)象都比較常見(jiàn)，其原因主要是：支座在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有充分考慮抗震的要求連接和支擋等構(gòu)造措施不足一些支座形式和材料本身存在問(wèn)題。支座破壞常會(huì)造成落梁。支座的破壞形式常表現(xiàn)為：支座的位移、脫空，錨固螺栓被拔出或剪斷，活動(dòng)支座的脫落及支座本身的損壞等。

3.橋梁下部結(jié)構(gòu)震害

(1)墩柱破壞大量震害資料表明，橋梁中大多采用的是鋼筋混凝土墩柱，其破壞形式大多為彎曲和剪切破壞。①墩柱彎曲破壞此種破壞在地震中很常見(jiàn)，其破壞屬于延性的，常見(jiàn)的有混凝土開(kāi)裂、剝落、壓潰和鋼筋的裸露、彎曲等，同時(shí)會(huì)有很大的塑性變形。其原因主要是：約束箍筋配置不足、縱向鋼筋的搭接或焊接不牢靠所導(dǎo)致的墩柱延性能力不足。②墩柱剪切破壞橋梁墩柱的剪切破壞也是比較常見(jiàn)的，是屬于脆性破壞的，常會(huì)造成墩柱及以上結(jié)構(gòu)的倒塌，是橋梁遭受致命破壞的重要原因。③墩柱基腳破壞這種破壞很少見(jiàn)，但一旦發(fā)生，就有可能會(huì)導(dǎo)致墩梁倒塌的嚴(yán)重后果。3.橋梁下部結(jié)構(gòu)震害

(2)框架墩震害框架墩多見(jiàn)于城市的高架橋中，有蓋梁的破壞、墩柱的破壞和節(jié)點(diǎn)的破壞。蓋梁的破壞形式有：剪切強(qiáng)度不足引起的剪切破壞；蓋梁負(fù)彎矩鋼筋的截?cái)嘁鸬膹澢茐?；蓋梁鋼筋的錨固長(zhǎng)度不夠引起的破壞；墩柱的破壞與上面提到的墩柱破壞相似；節(jié)點(diǎn)的破壞形式主要是剪切破壞。

(3)橋臺(tái)震害橋臺(tái)的震害現(xiàn)象在歷次的地震中是比較常見(jiàn)的。如：橋臺(tái)和梁的碰撞破壞；橋臺(tái)墻體的開(kāi)裂；橋臺(tái)的傾斜等。還有的是因?yàn)榈鼗鶈适С休d力而造成的橋臺(tái)位移和坍塌等震害。

4.橋梁基礎(chǔ)震害

橋梁基礎(chǔ)震害原因主要：地基失效(如地基滑移和地基液化)。樁基礎(chǔ)的震害除了地基失效外，也有上部結(jié)構(gòu)傳下來(lái)的慣性力而引起的樁基剪切和彎曲破壞，更有由于樁基設(shè)計(jì)存在缺陷而導(dǎo)致的，如樁基深入穩(wěn)定土層的長(zhǎng)度不能滿足要求，或樁基頂與承臺(tái)連接強(qiáng)度不夠等。樁基能越過(guò)可液化土層，比無(wú)樁基礎(chǔ)的抗震能力要強(qiáng)。樁基礎(chǔ)的震害具有一定的隱蔽性，不容易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，可能樁基礎(chǔ)的破壞已相當(dāng)嚴(yán)重了。

5.橋梁震害的啟示

橋梁震害的內(nèi)因主要是由于橋梁結(jié)構(gòu)和構(gòu)造兩方面存在缺陷而產(chǎn)生的?？梢酝ㄟ^(guò)合理選擇結(jié)構(gòu)形式和加強(qiáng)抗震能力設(shè)計(jì)等來(lái)減輕、減少震害的產(chǎn)生。①重視橋梁結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)，找出理想的抗震結(jié)構(gòu)體系；②重視延性抗震設(shè)計(jì)，同時(shí)一定要避免出現(xiàn)脆性破壞；③重視加強(qiáng)局部構(gòu)造設(shè)計(jì)，以避免存在構(gòu)造缺陷；④重視橋梁的支承連接部位的抗震設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)有效的防落梁構(gòu)件；⑤對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系橋梁，要進(jìn)行空間動(dòng)力時(shí)程分析；⑥重視研究應(yīng)用減隔震技術(shù)來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震能力。

第二節(jié)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定

一、橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的目標(biāo)、分類和標(biāo)準(zhǔn)

抗震設(shè)防從我國(guó)目前的具體情況出發(fā)，本著確保重點(diǎn)和節(jié)約投資的原則，根據(jù)橋梁的重要性和在抗震救災(zāi)中的作用，將橋梁分為A類、B類、C類、D類四個(gè)抗震設(shè)防類別。1.橋梁抗震設(shè)防目標(biāo)

地震重現(xiàn)期——一定場(chǎng)地重復(fù)出現(xiàn)大于或等于給定地震的平均時(shí)間間隔。

地震作用按重現(xiàn)期的長(zhǎng)短劃分為兩類：一類是工程場(chǎng)地重現(xiàn)期較短的地震作用稱為E1，對(duì)應(yīng)于第一級(jí)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)；另一類是工程場(chǎng)地重現(xiàn)期較長(zhǎng)的地震作用稱為E2，對(duì)應(yīng)于第二級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)。

各類橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)

A類橋梁：中震(E1地震作用，重現(xiàn)期約為475年)不壞，大震(E2地震作用，重現(xiàn)期約為2000年)可修；B、C類橋梁：小震(E1地震作用，重現(xiàn)期約為50～100年)不壞，中震(重現(xiàn)期約為475年)可修，大震(E2地震作用，重現(xiàn)期約為2000年)不倒；D類橋梁：小震(重現(xiàn)期約為25年)不壞。

橋梁抗震設(shè)防類別設(shè)防目標(biāo)E1地震作用E2地震作用A類一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用可發(fā)生局部輕微損傷，不需修復(fù)或經(jīng)簡(jiǎn)單修復(fù)可繼續(xù)使用B類應(yīng)保證不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷，經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用C類應(yīng)保證不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷，經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用D類各設(shè)防類別橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)

2.橋梁抗震設(shè)防分類

橋梁抗震設(shè)防類別適用范圍A類單跨跨徑超過(guò)150m的特大橋B類單跨跨徑超過(guò)150m的高速公路、一級(jí)公路上的橋梁，單跨跨徑不超過(guò)150m的二級(jí)公路上的特大橋、大橋C類二級(jí)公路上的中橋、小橋，單跨跨徑不超過(guò)150m的三、四級(jí)公路上的特大橋、大橋D類三、四級(jí)公路上的中橋、小橋各橋梁抗震設(shè)防類別適用范圍

對(duì)抗震救災(zāi)以及在經(jīng)濟(jì)、國(guó)防上具有重要意義的橋梁或破壞后修復(fù)(搶修)困難的橋梁，可按國(guó)家批準(zhǔn)權(quán)限，報(bào)請(qǐng)批準(zhǔn)后，提高設(shè)防類別。3.橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

抗震設(shè)防烈度橋梁分類67890.05g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40gA類7899更高，專門研究B類78899≥9C類677889D類677889橋梁分類E1地震作用E2地震作用A類1.01.7B類0.43(0.5)1.3(1.7)C類0.341.0D類0.23－橋梁的抗震設(shè)防措施等級(jí)

橋梁的抗震重要性系數(shù)Ci

注：高速公路和一級(jí)公路上的特大橋、大橋，其抗震重要性系數(shù)取B類括號(hào)內(nèi)的值。

二、抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定

總結(jié)歷次橋梁震害教訓(xùn)和當(dāng)前水平，進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：

1.橋位的選擇2.避免或減輕在地震作用下因地基變形或地基失效造成的破壞

3.根據(jù)減輕震害和便于修復(fù)(搶修)的原則，合理確定設(shè)計(jì)方案

4.盡可能地提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度及延性，避免脆性破壞5.加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性6.在設(shè)計(jì)中要提出保證施工質(zhì)量的基本要求和必要措施第三節(jié)橋梁工程抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)一般包括三個(gè)方面：

①選擇合理有效的結(jié)構(gòu)布局；②合理分配結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼等參數(shù)，充分利用構(gòu)件和材料的承載及變形能力；③合理評(píng)估結(jié)構(gòu)在地震中可能造成的破壞，通過(guò)構(gòu)造和抗震措施，將損失控制在預(yù)期范圍內(nèi)。

一、橋梁抗震設(shè)計(jì)流程

(1)通過(guò)第一階段的抗震設(shè)計(jì)(E1地震作用)，達(dá)到和以前的規(guī)范基本相當(dāng)?shù)目拐鹚搅?；通過(guò)第二階段的抗震設(shè)計(jì)(E2地震作用)

，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力，通過(guò)驗(yàn)算，可確保結(jié)構(gòu)的延性能力大于延性要求。

(2)通過(guò)引入能力保護(hù)原則，確保了塑性鉸只在選定的位置出現(xiàn)，并且不出現(xiàn)剪切破壞等破壞模式。

(3)通過(guò)抗震構(gòu)造措施設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的位移能力。橋梁抗震設(shè)計(jì)應(yīng)采用圖8-1的抗震設(shè)計(jì)流程進(jìn)行。

抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)選定結(jié)合抗震概念設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行恒載和活載下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)是否為特殊橋梁是否進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)是否為6度地區(qū)墩高是否高過(guò)40m斜拉橋、懸索橋、單跨跨徑150m以上的橋梁和拱橋7度及7度以上地區(qū)常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)流程圖(圖8-2、圖8-3)減隔振橋梁抗震措施墩身第一階振型有效質(zhì)量低于60%，且結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性工作范圍否否否專門研究是是是是是否否圖8-1抗震設(shè)計(jì)總流程圖

抗震概念設(shè)計(jì)橋梁抗震設(shè)防分類抗震構(gòu)造措施等級(jí)場(chǎng)地劃分橋梁抗震重要性系數(shù)抗震措施地震作用規(guī)則與非規(guī)則橋梁劃分簡(jiǎn)化計(jì)算滿足否D類橋梁滿足否D類橋梁、圬工工拱橋E1地震作用下水平地震力計(jì)算，橋墩抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算墩柱有效抗彎剛度E2地震作用下結(jié)構(gòu)地震力計(jì)算，位移計(jì)算墩柱有效抗彎剛度E2地震作用下結(jié)構(gòu)地震力和變形計(jì)算建立線性或非線性動(dòng)力模型計(jì)算方法選用E1地震作用下結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，橋墩抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算基礎(chǔ)、蓋梁、橋墩抗剪、支座等能力保護(hù)構(gòu)件地震力計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度與變形驗(yàn)算流程圖滿足否結(jié)束規(guī)則橋梁非規(guī)則橋梁否否是否是是否否是是否是調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)圖8-27度及7度以上地區(qū)常規(guī)橋梁總體設(shè)計(jì)流程7度及7度以上地區(qū)常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)強(qiáng)度與變形驗(yàn)算E1地震作用墩臺(tái)、基礎(chǔ)、主拱強(qiáng)度和支座驗(yàn)算D類橋梁、圬工拱橋、重力式橋墩和橋臺(tái)E2地震作用拱橋梁橋主拱圈、橋面系、聯(lián)結(jié)系橋墩、拱上立柱、支座和基礎(chǔ)非規(guī)則橋梁規(guī)則橋梁矮墩塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力驗(yàn)算橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算位移驗(yàn)算能力保護(hù)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算橋墩抗剪驗(yàn)算基礎(chǔ)驗(yàn)算蓋梁驗(yàn)算支座驗(yàn)算構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)橋墩箍筋構(gòu)造結(jié)點(diǎn)配筋構(gòu)造橋墩縱筋構(gòu)造否否是是圖8-37度及7度以上地區(qū)常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)流程

二、抗震概念設(shè)計(jì)

根據(jù)震害和工程的抗震經(jīng)驗(yàn)等，總結(jié)出來(lái)的基本抗震設(shè)計(jì)思想和原則，并能夠正確適用地解決結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)方案、細(xì)部構(gòu)造和材料使用，以達(dá)到合理的抗震設(shè)計(jì)。

理想的橋梁結(jié)構(gòu)體系：

(1)幾何線形上：橋最好是直的，各橋墩尤其是沿著軸向的墩高要相同，這樣可使受到的地震力接近均勻，提高整體結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力。

(2)結(jié)構(gòu)布局上：橋面要連續(xù)，伸縮縫越少越好，因?yàn)楹?jiǎn)支橋梁在地震中容易落梁；基礎(chǔ)要建在比較完整的巖體或堅(jiān)硬密實(shí)的土層上，可大大地減少結(jié)構(gòu)的位移；橋跨是小跨徑，這樣具有較高的延性能力；橋墩的剛度和強(qiáng)度在各個(gè)方向都相同；彈性支座布設(shè)在多個(gè)橋墩上，可分散地震力；橋臺(tái)和橋墩應(yīng)與橋軸向垂直等。

參數(shù)參數(shù)值但跨最大跨徑≤90m墩高≤30m單墩高度與直徑過(guò)寬度比大于2.5且小于10跨數(shù)23456曲線橋梁圓心角φ及半徑R單跨φ＜30°且一聯(lián)累計(jì)φ＜90°，同時(shí)曲梁半徑R≥20b(b為橋?qū)?跨與跨間最大跨長(zhǎng)比3221.51.5軸壓比＜0.3跨與跨間橋墩最大剛度比—4432支座類型

普通板式橡膠支座、盆式支座(鉸接約束)等。使用滑板支座、減隔震支座等屬于非規(guī)則橋梁下部結(jié)構(gòu)類型

橋墩為單柱墩、雙柱框架墩、多柱排架墩地基條件

不易液化、側(cè)向滑移或易沖刷的場(chǎng)地，遠(yuǎn)離斷層規(guī)則橋梁的定義

橋梁分類地震作用B類C類D類規(guī)則非規(guī)則規(guī)則非規(guī)則規(guī)則非規(guī)則E1SM/MMMM/THSM/MMMM/THSM/MMMME2SM/MMTHSM/MMTH－－橋梁抗震分析可采用的計(jì)算方法

對(duì)于規(guī)則橋梁，只要進(jìn)行簡(jiǎn)化的計(jì)算和設(shè)計(jì)校核步驟，就可以很好地把握其在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)特性，并使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足預(yù)期的性能要求。對(duì)于非規(guī)則橋梁，其動(dòng)力響應(yīng)特性較復(fù)雜，采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法不能很好地把握其動(dòng)力響應(yīng)特性，因此就需要采用比較復(fù)雜的分析方法和設(shè)計(jì)校核過(guò)程，才能確保其在實(shí)際地震作用下的性能也可滿足抗震設(shè)計(jì)要求。具體的計(jì)算方法下見(jiàn)表。注：TH為線性或非線性時(shí)程計(jì)算方法；SM為單振型反應(yīng)譜或功率譜方法；MM

為多振型反應(yīng)譜或功率譜方法。三、橋梁延性抗震設(shè)計(jì)

在抗震設(shè)計(jì)中，除了強(qiáng)度和剛度外，還必須重視結(jié)構(gòu)的延性。為了保證結(jié)構(gòu)的延性，同時(shí)又要最大限度地避免地震破壞的隨機(jī)性，新西蘭學(xué)者Park等在20世紀(jì)70年代中期，提出了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論中的又一重要原則──能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則(PhilosophyofCapacityDesign),并在新西蘭混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范(NZS3101,1982)中最早得到了應(yīng)用。之后這個(gè)原則先后被美國(guó)、歐洲的一些國(guó)家和日本等國(guó)家的橋梁抗震規(guī)范所采用。1.橋梁延性抗震設(shè)計(jì)能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則的基本思想：

通過(guò)設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件形成強(qiáng)度等級(jí)差異，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生脆性的破壞模式。基于能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程，一般都具有以下特征：①選擇合理的結(jié)構(gòu)布局；②選擇地震中預(yù)期出現(xiàn)的彎曲塑性鉸的合理位置，保證結(jié)構(gòu)能形成一個(gè)適當(dāng)?shù)乃苄院哪軝C(jī)制；通過(guò)強(qiáng)度和延性設(shè)計(jì)，確保潛在的塑性鉸區(qū)域截面的延性能力；③確立適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度等級(jí)，確保預(yù)期出現(xiàn)彎曲塑性鉸的構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞(如剪切破壞、黏結(jié)破壞等)，并確保脆性構(gòu)件和不宜用于耗能的構(gòu)件(能力保護(hù)構(gòu)件)處于彈性范圍內(nèi)。

對(duì)于橋梁，按能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則，應(yīng)考慮以下幾方面：①塑性鉸的位置一般選擇出現(xiàn)在墩柱上，墩柱作為延性構(gòu)件設(shè)計(jì)，可以發(fā)生彈塑性變形，耗散地震能量；②墩柱的設(shè)計(jì)剪力值按能力設(shè)計(jì)方法計(jì)算，應(yīng)為與柱的極限彎矩(考慮超強(qiáng)系數(shù),建議取1.2)所對(duì)應(yīng)的剪力。在計(jì)算設(shè)計(jì)剪力值時(shí)應(yīng)考慮所有潛在的塑性鉸位置，以確定最大的設(shè)計(jì)剪力；③蓋梁、結(jié)點(diǎn)及基礎(chǔ)按能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)彎矩、設(shè)計(jì)剪力和設(shè)計(jì)軸力應(yīng)為與柱的極限彎矩(考慮超強(qiáng)系數(shù),建議取1.2)所對(duì)應(yīng)的彎矩、剪力和軸力；在計(jì)算蓋梁、結(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)彎矩、設(shè)計(jì)剪力和軸力值時(shí)，應(yīng)考慮所有潛在的塑性鉸位置，以確定最大的設(shè)計(jì)彎矩、剪力和軸力。

(1)墩柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施實(shí)際工程中，為了提高鋼筋混凝土柱的延性性能，通常用做成密排螺旋筋或箍筋形式的橫向約束鋼筋來(lái)約束混凝土，這樣可以提高墩柱截面的延性，同時(shí)也可以使強(qiáng)度有所提高。

2.橋梁鋼筋混凝土柱的延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

橫向鋼筋在橋墩柱中的功能主要有三個(gè)方面：用于約束塑性鉸區(qū)域內(nèi)的混凝土，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性；提供抗剪能力；防止縱向鋼筋壓曲。

抗震烈度在7度及7度以上地區(qū)時(shí)，墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內(nèi)加密箍筋的配置，應(yīng)滿足下列要求：加密區(qū)的長(zhǎng)度不應(yīng)小于墩柱彎曲方向截面寬度的1.0倍，或墩柱上彎矩超過(guò)最大彎矩80%的范圍；當(dāng)墩柱的高度與橫截面高度之比小于2.5時(shí)，墩柱加密區(qū)的長(zhǎng)度應(yīng)取全高；加密箍筋的最大間距不應(yīng)大于10cm或6ds或b/4；其中ds為縱向鋼筋的直徑，b為墩柱彎曲方向的截面寬度；箍筋的直徑不應(yīng)小于10mm；螺旋式箍筋的接頭必須采用對(duì)接，矩形箍筋應(yīng)有135°彎勾，并伸入核心混凝土之內(nèi)6ds以上；加密區(qū)箍筋肢距不宜大于25cm；加密區(qū)外箍筋量應(yīng)逐漸減少。

對(duì)于抗震設(shè)防烈度7度、8度地區(qū)，圓形、矩形墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內(nèi)加密箍筋的最小體積含箍率ρs,min，按以下各式計(jì)算。對(duì)于抗震設(shè)防烈度9度及9度以上地區(qū)，圓形、矩形墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內(nèi)加密箍筋的最小體積含箍率ρs,min，應(yīng)比抗震設(shè)防烈度7度、8度地區(qū)適當(dāng)增加，以提高其延性能力。圓形截面：≥0.004

矩形截面：≥0.004

沿截面布置若干適當(dāng)分布的縱筋，縱筋和箍筋形成一整體骨架，當(dāng)混凝土縱向受壓、橫向膨脹時(shí)，縱向鋼筋也會(huì)受到混凝土的壓力，這時(shí)箍筋給予縱向鋼筋約束作用。因此，為了確保對(duì)核心混凝土的約束作用，墩柱的縱向配筋宜對(duì)稱配筋，縱向鋼筋之間的距離不應(yīng)超過(guò)20cm，至少每隔一根宜用箍筋或拉筋固定。

縱向鋼筋對(duì)約束混凝土墩柱的延性也有較大影響，所以，延性墩柱中縱向鋼筋含量不應(yīng)太低。如果縱向鋼筋含量低，即使箍筋含量較低，墩柱也會(huì)表現(xiàn)出良好的延性能力，但此時(shí)結(jié)構(gòu)在地震作用下對(duì)延性的需求也會(huì)很大，這種情況對(duì)結(jié)構(gòu)抗震也是不利的。但是，縱向鋼筋的含量太高，不利于施工，另外，縱向鋼筋含量過(guò)高還會(huì)影響墩柱的延性，所以縱向鋼筋的含量應(yīng)有一上限。各國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范都對(duì)墩柱縱向最小、最大配筋率進(jìn)行了規(guī)定，我國(guó)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01—2008)建議墩柱縱向鋼筋的配筋率范圍0.006～0.04。

(2)結(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施

要計(jì)算主拉應(yīng)力和主拉應(yīng)力，根據(jù)主拉應(yīng)力的大小不同，結(jié)點(diǎn)的水平和豎向箍筋的配置也有不同的要求。

四、地震反應(yīng)分析

1.地震作用

(1)地震作用可以用設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜、設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程和設(shè)計(jì)地震動(dòng)功率譜表征。(2)各類橋梁結(jié)構(gòu)的地震作用，應(yīng)按下列原則考慮：

①一般情況下，公路橋梁可只考慮水平向地震作用，直線橋可分別考慮順橋向X和橫橋向Y的地震作用；②抗震設(shè)防烈度為8度和9度的拱式結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)懸臂橋梁結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)，以及豎向作用引起的地震效應(yīng)很重要時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮順橋向X、橫橋向Y和豎向Z的地震作用；③采用反應(yīng)譜法或功率譜法同時(shí)考慮三個(gè)方向(水平向X、Y和豎向Z)的地震作用時(shí)，可分別單獨(dú)計(jì)算X向地震作用產(chǎn)生的最大效應(yīng)EX、Y向地震作用產(chǎn)生的最大效應(yīng)EY與Z向地震作用產(chǎn)生的最大效應(yīng)EZ?？偟脑O(shè)計(jì)最大地震作用效應(yīng)E應(yīng)按下式求?。孩懿捎梅蔷€性時(shí)程分析時(shí)，由于疊加原理已不適用，各方向的分量必須同時(shí)考慮，因此理論上講應(yīng)同時(shí)輸入包含兩個(gè)或三個(gè)方向分量的一組地震動(dòng)時(shí)程。獲取包含兩個(gè)或三個(gè)方向分量的一組地震動(dòng)時(shí)程。(3)地震作用也可通過(guò)安全性評(píng)價(jià)來(lái)確定，工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)應(yīng)滿足以下要求：

①橋址存在地質(zhì)不連續(xù)或地形特征可能造成各橋墩的地震動(dòng)參數(shù)顯著不同，以及橋梁一聯(lián)總長(zhǎng)超過(guò)600m時(shí)，宜考慮地震動(dòng)的空間變化，包括波傳播效應(yīng)、失相干效應(yīng)和不同塔墩基礎(chǔ)的場(chǎng)地差異；②橋址距離發(fā)生6.5級(jí)以上地震潛在危險(xiǎn)的地震活斷層30km以內(nèi)時(shí)，A類橋梁工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)應(yīng)符合以下規(guī)定：考慮近斷裂效應(yīng)時(shí)要包括上盤效應(yīng)、破裂的方向性效應(yīng)；注意設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜長(zhǎng)周期段的可靠性；給出順斷層方向和垂直斷層方向的地震動(dòng)2個(gè)水平分量。B類橋梁工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)中，要選定適當(dāng)?shù)脑O(shè)定地震，考慮近斷裂效應(yīng)。

2.建模原則

計(jì)算模型應(yīng)反映實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算模型應(yīng)能正確反映橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、支座和地基的剛度、質(zhì)量分布及阻尼特性。這樣才能保證在E1和E2地震作用下引起的慣性力和主要振型能得到反映。一般情況下，橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算模型應(yīng)滿足下列要求：①計(jì)算模型中的梁體和墩柱可采用空間桿系單元模型，單元質(zhì)量可采用集中質(zhì)量代表；墩柱和梁體的單元?jiǎng)澐謶?yīng)反映出結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力特性；②支座單元要反映支座的力學(xué)特性；③混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比可取為0.05；進(jìn)行時(shí)程分析時(shí)，可采用瑞雷阻尼；④計(jì)算模型應(yīng)考慮相鄰結(jié)構(gòu)和邊界條件的影響。

(1)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算模型

①總體空間模型要包括所有橋梁結(jié)構(gòu)及其連接方式，通過(guò)對(duì)總體空間模型的分析，確定結(jié)構(gòu)的空間耦聯(lián)地震反應(yīng)特性和地震最不利輸入方向；

②局部空間模型要根據(jù)總體模型的計(jì)算結(jié)果，取出部分橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，局部模型應(yīng)考慮相鄰結(jié)構(gòu)和邊界條件的影響。(2)總體和局部空間模型

在E1地震作用下，采用總體空間模型計(jì)算橋梁的地震反應(yīng)較好；在E2地震作用下，可采用局部空間模型計(jì)算?？傮w和局部空間模型要滿足以下的一些要求：3.地震反應(yīng)分析

對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，一般有三種方法，即反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法和功率譜法。(1)反應(yīng)譜法反應(yīng)譜法概念簡(jiǎn)單、計(jì)算方便，易為工程師所接受，可以用較少的計(jì)算量獲得結(jié)構(gòu)的最大反應(yīng)值，它巧妙的將動(dòng)力問(wèn)題靜力化。但是，反應(yīng)譜法一般只適用于線彈性地震反應(yīng)分析，不能考慮各種非線性因素的影響，對(duì)于復(fù)雜橋梁，一般只能作為一種估算方法，或一種校核手段。(2)時(shí)程分析法采用時(shí)程分析法，可以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性或非線性地震反應(yīng)分析。時(shí)程分析的過(guò)程相當(dāng)繁瑣，一般都需要借助于專用程序進(jìn)行計(jì)算。

(3)功率譜法隨著現(xiàn)代工程科學(xué)的發(fā)展，基于隨機(jī)振動(dòng)理論的功率譜法日益引起了國(guó)內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界的高度重視并得到了推廣應(yīng)用，在海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)上迄今已經(jīng)成為不可或缺的重要設(shè)計(jì)工具(如中國(guó)、挪威、美國(guó)規(guī)范)。1995年頒布的歐洲橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范也已把功率譜法列為可供設(shè)計(jì)選用的三種方法之一。在我國(guó)，近十幾年來(lái)也已經(jīng)有許多工程專家在大跨度橋梁、水壩等的抗震計(jì)算中采用功率譜法來(lái)分析多點(diǎn)非一致地震激勵(lì)問(wèn)題，并取得了豐富的研究結(jié)果。

適用反應(yīng)譜法計(jì)算的結(jié)構(gòu)，一般也可用功率譜法計(jì)算。兩種方法可相互檢驗(yàn)，功率譜法計(jì)算結(jié)果與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果相差不應(yīng)超過(guò)20%。五、強(qiáng)度變形與驗(yàn)算

在橋梁結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算中，不僅要驗(yàn)算墩柱的抗彎能力和抗剪強(qiáng)度，還要驗(yàn)算支座等連接構(gòu)件能否有效工作。

1.D類橋梁、圬工拱橋、重力式橋墩和橋臺(tái)強(qiáng)度驗(yàn)算

由于圬工拱橋、重力式橋墩和橋臺(tái)一般為混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸大、無(wú)延性，所以只要求結(jié)構(gòu)在E1地震作用下基本不損傷；D類橋梁是指位于三、四級(jí)公路上的抗震次要的橋梁，也只考慮進(jìn)行E1地震作用下的抗震驗(yàn)算。因此根據(jù)抗震設(shè)防要求，在E1地震作用下要求結(jié)構(gòu)保持彈性，基本無(wú)損傷；順橋向和橫橋向E1地震作用效應(yīng)和永久作用效應(yīng)效應(yīng)組合后，應(yīng)按現(xiàn)行公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)規(guī)定驗(yàn)算重力式橋墩、橋臺(tái)、圬工拱橋及基礎(chǔ)的強(qiáng)度、偏心、穩(wěn)定性；D類橋梁橋墩、蓋梁和基礎(chǔ)的強(qiáng)度。

(1)板式橡膠支座的抗震驗(yàn)算

∑t≥XE/tanγ＝XE

XE＝αdXD＋XH

式中∑t──橡膠層的總厚度(m)；

tanγ──橡膠片剪切角正切值，取tanγ＝1.0；XD──在E1地震作用下，支座頂面相對(duì)于底面的水平位移(m)；XH──永久作用產(chǎn)生的支座頂面相對(duì)于底面的水平位移(m)；αd──支座調(diào)整系數(shù)，一般取2.3。

①支座厚度驗(yàn)算：

②支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：

μdRb≥Ehzh

Ehzh＝αdEhze＋Ehzd

式中μd──支座的動(dòng)磨阻系數(shù)；橡膠支座與混凝土表面的動(dòng)磨阻系數(shù)采用0.15，與鋼板的動(dòng)磨阻系數(shù)采用

0.10；

Ehzh──支座水平組合地震力(kN)；

Rb──上部結(jié)構(gòu)重力在支座上產(chǎn)生的反力(kN)；

Ehze——在E1地震作用下，橡膠支座的水平地震力(kN)；

Ehzd──永久作用產(chǎn)生的橡膠支座的水平力(kN)；

αd──支座調(diào)整系數(shù)，一般取2.3。(2)盆式支座抗震驗(yàn)算

XE≤Xmax

Ehzh≤Emax

①活動(dòng)盆式支座：②固定盆式支座：

式中Xmax──活動(dòng)盆式支座容許滑動(dòng)的水平位移(m)；

Emax──固定盆式支座容許承受的最大水平力(kN)。

XE、Ehzh同前。

2.B類、C類橋梁抗震強(qiáng)度驗(yàn)算

(1)根據(jù)兩水平抗震設(shè)防要求，在E1地震作用下結(jié)構(gòu)保持彈性，基本無(wú)損傷；E1地震作用效應(yīng)和自重荷載效應(yīng)組合后，按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)偏心受壓構(gòu)件的規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。地震作用下，矮墩的主要破壞模式為剪切脆性破壞。因此E2地震作用效應(yīng)和永久荷載效應(yīng)組合后，應(yīng)按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范相應(yīng)的規(guī)定驗(yàn)算橋墩的強(qiáng)度。

主拱圈是拱橋的主要受力構(gòu)件，由于其承受很大的軸力，延性能力非常小，為了保證其抗震安全，要求在E2地震作用下基本不發(fā)生損傷，也應(yīng)按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范相應(yīng)的規(guī)定驗(yàn)算拱橋主拱圈、聯(lián)結(jié)系和橋面系的強(qiáng)度。橋梁基礎(chǔ)、蓋梁以及梁體為能力保護(hù)構(gòu)件，墩柱的抗剪按能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)。

(2)混凝土抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算地震中大量鋼筋混凝土墩柱的剪切破壞表明：在墩柱塑性鉸區(qū)域由于彎曲延性增加會(huì)使混凝土所提供的抗剪強(qiáng)度降低，為此，各國(guó)對(duì)墩柱塑性鉸區(qū)域的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了許多研究。如：美國(guó)ACI-319-89要求在端部塑性鉸區(qū)域當(dāng)軸壓比小于0.05時(shí)，不考慮混凝土的抗剪能力；新西蘭規(guī)范NZS-3101中規(guī)定當(dāng)軸壓比小于0.1時(shí)，不考慮混凝土的抗剪能力。而我國(guó)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ004-89)沒(méi)有對(duì)地震荷載作用下的鋼筋混凝土墩柱抗剪設(shè)計(jì)作出特別的規(guī)定，工程設(shè)計(jì)中缺乏有效的依據(jù)，只能套用普通設(shè)計(jì)中采用的斜截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，存在較大缺陷。因此，采用《美國(guó)加州抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》(2000年版)的抗剪計(jì)算公式，但對(duì)其混凝土提供抗剪能力計(jì)算公式進(jìn)行的簡(jiǎn)化，此處從略。

六、抗震措施

在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中，世界各國(guó)為防止落梁震害，主要采取的構(gòu)造措施有兩個(gè)方面：①限制支承連接部位的最小寬度；②在相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。

我國(guó)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01-2008)中規(guī)定：簡(jiǎn)支梁梁端至墩、臺(tái)帽或蓋梁邊緣應(yīng)有一定距離，其最小值a(cm)的取值，按式：a≥70+0.5L計(jì)算，L為梁的計(jì)算跨徑(m)。

七、特殊橋梁抗震設(shè)計(jì)

地震時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的慣性力通過(guò)基礎(chǔ)反饋給地基，使地基產(chǎn)生變形。在比較硬的土層中，這種變形遠(yuǎn)小于地震波產(chǎn)生的變形。因此，當(dāng)橋梁建在堅(jiān)硬的地基上時(shí)，往往用剛性地基模型進(jìn)行抗震分析，這種假設(shè)也是基本上符合實(shí)際的。但當(dāng)橋梁建在軟弱土層上時(shí)，地基的變形會(huì)使橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生移動(dòng)和擺動(dòng)，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)和按剛性地基模型假設(shè)進(jìn)行抗震分析的計(jì)算結(jié)果之間有較大的差異。

當(dāng)橋梁必須建在軟弱土層中的時(shí)候，一般采用樁基礎(chǔ)。此時(shí)，樁-土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用使結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、阻尼和地震反應(yīng)發(fā)生改變，如果抗震分析時(shí)忽略了這種改變，就可能導(dǎo)致較大的誤差，使得抗震設(shè)計(jì)不安全。因此，進(jìn)行樁基礎(chǔ)特殊橋梁的抗震分析時(shí)，應(yīng)考慮“樁-土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力”三者的相互作用。

1.抗震概念設(shè)計(jì)

(1)斜拉橋斜拉橋的抗震性能主要取決于結(jié)構(gòu)體系。在地震作用下，塔、梁固結(jié)體系斜拉橋的塔柱內(nèi)力與所有其他體系相比是最大的，在烈度較高的地區(qū)要避免采用。漂浮體系的塔柱內(nèi)力反應(yīng)較小，因此在烈度較高的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮，但漂浮體系可能導(dǎo)致過(guò)大的位移反應(yīng)，如梁端位移反應(yīng)過(guò)大時(shí)，會(huì)使伸縮縫的設(shè)置較為困難，還可能會(huì)引起碰撞。此時(shí)，可在塔與梁之間增設(shè)彈性約束裝置或阻尼約束裝置，形成塔、梁彈性約束體系或阻尼約束體系，以有效地降低地震位移反應(yīng)。

(2)大跨徑拱橋拱橋的主拱圈在強(qiáng)烈地震作用下，不僅在拱平面內(nèi)受彎，而且還在拱平面外受扭，當(dāng)?shù)鼗捎趶?qiáng)烈的地震產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，主拱圈還有可能會(huì)發(fā)生斜向扭轉(zhuǎn)或剪切。因此，大跨徑拱橋的主拱圈應(yīng)采用抗扭剛度較大、整體性較好的斷面形式。一般采用箱形拱、板拱等閉合式斷面，最好不要采用開(kāi)口斷面。當(dāng)采用肋拱時(shí)，采用鋼筋混凝土肋，同時(shí)加強(qiáng)拱肋之間的橫向聯(lián)系，這樣可提高主拱圈的橫向剛度和整體性。

在拱平面內(nèi)，從拱橋的震動(dòng)特性看，拱圈與拱上建筑之間振動(dòng)變形的不協(xié)調(diào)性將很突出。為了能夠很好的消除或減少這種振動(dòng)變形的不協(xié)調(diào)，可在拱上立柱或立墻端設(shè)鉸，允許這些部位有一些轉(zhuǎn)動(dòng)或變形。

在強(qiáng)烈地震作用下，為了保證大跨度拱橋不發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)破壞，應(yīng)采取提高拱橋整體性和穩(wěn)定性的措施。如下承式和中承式拱橋設(shè)置風(fēng)撐，并加強(qiáng)端橫梁剛度；上承式拱橋加強(qiáng)拱腳部位的橫向聯(lián)系。2.建模與分析原則

(1)特殊橋梁結(jié)構(gòu)主橋一般通過(guò)過(guò)渡孔與中小跨度引