中国、欧盟和美国铁路桥梁抗震规范简要对比

张立江

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁设计处,天津 300142)

1 概述

随着我国20世纪90年代经济起飞,交通事业迅猛发展,特别是近几年大量高速铁路的兴建,促使国家对已经不适应建设需求的《铁路工程抗震设计规范》进行了修编。根据建设部建标[1998]244号文件《关于印发“1998年工程建设国家标准制定、修建计划”的通知》及铁道部铁建设函[1990]50号文件《1990年铁路工程建设标准规范、标准设计定额编制计划》的要求,在原国家标准《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—87)的基础上进行了修订,2006年发布了《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—2006),其主要抗震设计思想和国际上的先进抗震规范基本接轨。2009年,根据原建设部《关于印发“2009年工程建设标准规范制订、修订计划”的通知》(建标[2009]88号)的要求,对本规范进行了局部修订,发布了《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—2006)(2009年版)。

本文对我国和欧盟、美国现行铁路桥梁抗震规范进行了简要的对比,结合自身的体会,提出了一些建议,供铁路桥梁抗震设计者参考。

2 中国、欧盟和美国铁路桥梁抗震设计遵循的规范和规定

(1)中国

目前采用的是《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—2006)(2009年版),京津、武广、郑西等首批客运专线同时执行铁道部铁建设函[2006]338号“关于发布客运专线铁路加强抗震设计技术要求的通知”的要求,目前的铁路桥梁设计,仍然执行这些规定和要求。

(2)欧盟

在欧盟,铁路桥梁设计按照欧盟规范8中的第2部分进行,关于地震荷载和其他荷载的组合等另有专门规范予以规定。

(3)美国

在美国,桥梁的抗震设计根据美国国家公路与运输协会标准AASHTO来进行。

3 铁路桥梁抗震设计的主要考虑因素

总的来说,在桥梁抗震设计问题上,国内外的抗震设计目标是基本相同的,即结构能够经受小地震并且不会损坏,能够经受大地震并且损坏可以修复。

在桥梁结构中,下列问题是要重点考虑的。

(1)基础变位控制

必须保证基础在地震作用后不产生过大变位。为此设计荷载应考虑充分,要考虑基础、墩身和土壤及水等的耦合作用,要考虑土层地质参数在地震状态下的变化等。

(2)上部结构移位、掉落控制

推荐采用地震力明确、均匀,受损易修复的简支梁等静定结构；支座支承长度必须充足；支座的选用和安装必须符合结构抗震要求；应安装额外的防落梁或固定装置；上部结构和下部结构连接构造等环节应保证上部结构不掉落；在连续梁端支承处安装抗负反力设备以防盆式支座上下脱离。

(3)塑性铰设计

桥梁结构产生塑性铰的主要部位是墩台与基础结合部、桩与承台结合部、上部结构中的塑性铰等,这也是地震易损部位,设计时应予以重视,基本做法是增加部分构造,使结构顺畅过渡,增设增加结构延性的构造钢筋等。

(4)墩台的塑性设计

为避免钢筋混凝土桥在地震力作用下断裂,墩桥应设置足够抗剪钢筋。

(5)隔震设计

隔震设计可减低地震作用,改善地震力传力途径,目前较多采用的技术措施是增设阻尼器及上部结构的串列构造。

4 桥梁抗震标准比较

在抗震设计的具体规定方面,中外规范还有许多差别。表1给出了GB50111和欧盟规范8号及美国国家公路与运输协会1997年版及2007年版AASHTO等中外3种桥梁抗震设计规范中比较重要的差别。

表1 中外3种桥梁抗震设计规范的主要差别

注:此抗震设计标准的比较并不涵盖这些标准中的所有不同之处,只是选取了一些主要的差别。

5 3种抗震标准比较结果

在GB50111标准中有关桥梁抗震要求的章节只有大约20页,而在欧盟8号标准第2部分中的相关内容有138页,在美国国家公路与运输协会的最新标准中的相关内容有236页,可以看出欧盟8号标准以及美国国家公路和运输协会的标准在抗震设计方面的要求更为全面、具体,可执行性更好。

在下部结构强度检算上采用和中国规范“设计地震”水平一致的地震作用,要高于中国规范的多遇地震作用,在正交地震作用的组合方面也有更高的要求。中国的GB50111标准则只是制定了大概的要求而将其他细节交给设计单位,还有一部分规定通过类似铁道部2006年338号文“颁布新的技术要求以便加强铁路抗震设计的通知”等文件给出,这很容易造成不同的设计者、不同的工程项目会有不同的抗震设计,例如,对于桥墩支座垫石的尺寸,美国国家公路和运输协会的标准引用了欧盟8号标准第2部分中的计算方法,但是在GB50111中,只是规定桥墩帽的宽度要“合理”,但并没有说什么尺寸才“合理”……。

6 建议

抗震设计并不是单纯的结构设计问题,而是牵扯到基本国策的复杂问题,因此,在设计中,对于技术标准必须严格按照国家标准执行,在设计的细节处理上,对于规范中没给出明确规定的,可以借鉴国外先进规范的做法,在不显著增加投资的基础上,提高结构的安全度。

[1]GB50111—2006(2009年版)，铁路工程抗震设计规范[S].

[2]TB10002.1—2005，铁路桥涵设计基本规范[S].

[3]TB10002.5—2005，铁路桥涵地基和基础设计规范[S].

[4]TB10621—2009，高速铁路设计规范[S].

[5]翁 艳,朱宝龙.中日桥梁抗震设计规范的若干比较[J].四川建筑科学研究,2010(3).

[6]铁建设函[2006]338号，关于发布客运专线铁路加强抗震设计技术要求的通知[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.