高铁大跨桥梁设计地震作用与国内外主要抗震规范的比较研究

倪永军， 陆星吉， 江　辉， 杨庆山， 赵伯明，

(北京交通大学 土木建筑工程学院，北京　100044)



高铁大跨桥梁设计地震作用与国内外主要抗震规范的比较研究

(北京交通大学 土木建筑工程学院，北京100044)

摘要：选择了现行国内外主要抗震设计规范，对比了国内外主要抗震设计规范的场地类型划分的差异；考虑地震的重现期与结构的重要性系数等因素，对比分析了我国不同行业抗震规范与《铁路工程抗震设计规范》2009年修正版在多遇地震(小震)、设防烈度地震(中震)和罕遇地震(大震)下各规范反应谱平台取值以及反应谱曲线本身。研究表明我国高铁大跨桥梁在小震的设计取值偏高，中震取值与国内其它规范相当，而大震的取值则偏低。我国高铁大跨桥梁的设计地震作用与欧洲规范Eurocode 8 的对比研究表明，我国的小震(50年重现期)取值小于欧洲规范(90年重现期)、中震(475年重现期)取值也小于欧洲规范(475年重现期)的相应取值。与美国AASHTO规范和加州规范Caltrans(2013)对比研究表明，由于我国规范采用了1.5的重要性系数，小震取值(50年重现期)远高于美国规范的50年重现期的设计地震水平，而与其475年重现期地震水平相当；中震水平(475年重现期)的加速度反应谱平台值略低于Caltrans(975年重现期)，但是略高于AASHTO(1000年重现期)，我国反应谱曲线与Caltrans大致相当，但是高于AASHTO；对于大震(2475年重现期)，AASHTO(2475年重现期)的地震作用取值介于我国的7度 (0.1 g) 设防与8度(0.2 g)设防之间。总体来说，我国的高铁大跨桥梁的设计地震作用取值偏于保守。

关键词：桥梁；抗震设计规范；地震作用；加速度反应谱；地震重现期

近年来，我国的高速铁路建设举世瞩目，桥梁里程在各条高速铁路中所占比例普遍较大，如京津城际占87.7%，京沪高铁占80.7%，广珠城际占94.2%，武广客专占48.1%，哈大客专占73.3%。目前高速铁路桥梁的抗震设计依据2009年修订的《铁路工程抗震设计规范 GB 50111-2006》(2009年版)[1](以下简称GB 50111-2006(2009))执行。由于高铁的公里造价相对较高，目前我国高铁桥梁所采用的设计地震作用水平是否保守是业界关注的热点问题之一。

设计地震作用是抗震设计的前提，世界各国都是用规范来定义所需要的设计地震水平。罗开海等[2]对我国建筑抗震设计规范GB50011-2001、美国IBC2003和欧洲Eurocode(2003草案)的场地分类与地震危险性进行了分析，给出三规范间地震动参数的换算关系；刘洁平等[3]对欧洲EN 1998-1的两水准地震作用与GB50011-2001的三水准地震作用进行了对比分析，指出欧洲规范把结构的震后经济损失作为抗震性能评价的标准值得我国规范借鉴；范力等[4]对比了GB50011-2001和欧洲规范Eurocode 8(2004)的抗震设防目标、反应谱、地震作用等，指出欧洲规范允许各国根据本国对地震灾害危险性的判断和经济水平来调整抗震设防水准。余湛等[5]对比了GB50011-2001、美国NEHRP2003和Eurocode 8(2003草案)规范的反应谱，指出总体上欧美规范的短周期部分高于国内规范，但是长周期部分我国规范谱值逐渐接近并超过欧美规范取值。陆本燕等[6]从抗震设防目标、抗震设防分类、反应谱和地震作用等方面对Eurocode 8(2004)的桥梁部分和《公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02-01-2008》进行比较和研究；张鹏[7]从设计理念、设计方法、抗震措施等方面说明了《铁路工程抗震设计规范 GB 50111-2006》与《公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02-01-2008》的不同；薄俊晶等[8]从抗震设防目标、设计反应谱、场地类别、地震作用与抗震验算、性能化设计等方面对Eurocode 8与我国现行建筑抗震规范进行了对比分析，指出Eurocode 8的中震水准地震作用取值大体与我国相当，其设计方法更有利于延性抗震设计，但是缺乏大震水准地震，我国规范在抗震验算方面相对偏于保守，且有利于实现基于性能的抗震设计。李慧[9]从地震危险性区划、场地分类、抗震设防水准和目标等方面对比了中国建筑抗震设计规范GB50011-2010、美国规范IBC2009、日本建筑基准法BSL(1981)和欧洲规范Eurocode 1(EN 1991)。王莹等[10]对比了美国规范AASHTO 1994，加州规范Caltrans 2009(Ver.1.5)，欧洲规范Eurocode 8(1996)，日本规范(1996)与JTG/T B02-01-2008；任广杰等[11]介绍了古巴NC 46—1999、哥伦比亚NSR—10和墨西哥抗震设计手册MOC—2008的抗震设计反应谱以及与美国建筑规范UBC97的传承性与差异；陈亮等[12]从抗震设防水准与抗震设防目标、场地分类、反应谱及地震液化判别方法等方面，对GB50011-2010与欧洲规范Eurocode 8进行了简要的对比；冯国军[13]分别从抗震设计的基本思想、设计地震动参数、地震动反应分析方法、构造细节等方面对比了我国《铁路工程抗震设计规范 GB 50111-2006》与美国《AREMA》抗震篇，并用简支梁桥算例进行了实证分析，指出美国规范的性能设计方法更为合理，且在延性构造细节上也更有优势。

虽然国内学者对国内外主要抗震规范在地震作用的比较上做了较多研究，但大多集中在对《铁路工程抗震设计规范 GB 50111-2006》[14]与美欧规范的对比上和在建筑抗震规范与Eurocode 8的对比上，对《铁路工程抗震设计规范 GB 50111-2006》(2009)与国内外规范在地震作用的比较上，研究的并不多。

本文将考虑地震动的重现期因素，对国内外主要桥梁抗震设计规范从场地类型划分、加速度反应谱平台以及加速度反应谱曲线形状等3个方面讨论各个规范的设计地震动水平。

我国现行的抗震设计规范随行业特点不同主要包括：《建筑抗震设计规范 GB 50011-2010》[15](简称GB 50011-2010)作为我国建筑行业的抗震指导规范，对于其他行业的抗震设计规范具有重要的参考价值；公路桥梁与城市桥梁分别采用《公路桥梁抗震设计细则 JTG/T B02-01-2008》[16](简称JTG/T B02-01-2008)和《城市桥梁抗震设计规范 CJJ166-2011》[17](简称CJJ166-2011)；城市轨道交通桥梁于2014年12月1日起采用《城市轨道交通结构抗震设计规范 GB 50909-2014》[18](简称GB 50909-2014)。作为规范衔接，本文仍然把《铁路工程规范 GB 50111-2006》(简称GB 50111-2006)[14]的地震作用纳入对比研究范围。国外抗震设计较为先进的国家和地区主要是日本、美国以及欧洲。日本2012年对桥梁抗震设计规范进行了修订，日本道路桥示方书·同解说(V. 耐震设计篇)明确采用抗震系数法与延性系数法双水准抗震设计，但是日本潜在地震类型特殊，本次研究未纳入；美国的抗震研究开展深入，其桥梁设计规范《AASHTO LRFD Bridge Design Specifications》[19](6th Edition，2012，简称AASHTO)和加利福利亚州的抗震规范《Caltrans Seismic Design Criteria》[20](version 1.7，2013，简称Caltrans)在世界地震工程界具有重要的参考价值；此外2004年与2005年颁布实施的欧洲规范《Eurocode 8》(简称EC8)的Part 1[21]和Part 2[22]的设计思想对于我国的桥梁抗震设计也有一定的参考意义。上述规范在设计地震的规定上存在较大差异，这种差异源于抗震设计理念和对区域地震活动性的认识水平的不同，体现在抗震设计的地震作用方面则具体包含在不同地震动重现期、场地类型的划分、加速度反应谱平台值的设定、加速度反应谱曲线的形状等方面的差异。

1国内外规范在场地类型上的比较

国内外抗震规范在场地类型划分的思路上基本相同，都主要使用等效剪切波速对场地类别进行划分，但在计算深度的规定上存在差异。我国铁路设计规范[1,14]规定“应取地面或一般冲刷线以下25 m，并不得小于基础底面以下10 m”，而其他国内规范[15-18]则规定“取覆盖层厚度和20 m二者的较小值”。美国规范[19-20]和欧洲规范[21-22]的规定相同，其等效剪切波速取自30 m埋深。

此外，铁路新旧规范[1,14]与国外规范使用等效剪切波速的单参数(或者考虑标准贯入击数)划分场地类型，而国内其余4部规范均采用等效剪切波速和场地覆盖土层厚度的双参数划分场地。国内外规范在场地类别和等效剪切波速规定上的差异如表1所示，其中Vs表示等效剪切波速，单位为m/s。

表1　场地类型比较

注： 1.A组指的是GB 50111-2006(2009)和GB 50111-2006，B组指的是JTG/T B02-01-2008和CJJ166-2011，C组指的是GB 50909-2014和GB 50011-2010。

2.对确定场地类型时需要覆盖层厚度的4部规范，Ⅰ0和Ⅰ(或Ⅰ1)类场地取厚度厚度为0 m，Ⅱ类场地为5 m，Ⅲ类为50 m，Ⅳ类为80 m。

3.美国规范包含AASHTO和Caltrans，其中“特殊”指的是需要进行安全评估的场地，而EC8中的“特殊”指的是以A类土为底层，B或C类土为表层且厚度介于5 m和20 m之间的场地土类型。B～D和S1分别与我国场地类型Ⅰ～Ⅳ大致对应，则EC8除了B类的上限比Ⅰ类高外，其余总较低，即GB 50111-2006(2009)的场地相对坚硬。

通过比较可得以下结论：

(1) 国内所有规范在划分场地类型时的等效剪切波速大致相同，把剪切波速大于500 m/s的都划分为Ⅰ类场地，只是GB 50011-2010和GB 50909-2014进一步把Ⅰ类场地分为了I0和I1两类。

(2) 美国规范和EC8规范的场地类型大致相同，而在硬场以下的各类场地中由于剪切波速的范围不同，和我国场地划分有交叉现象。

2加速度反应谱的比较

2.1GB 50111-2006(2009)和国内规范的比较

考虑到桥梁类型会影响到设计地震作用的选取，GB 50111-2006(2009)将桥梁划分为4类并引入结构重要性系数。GB 50111-2006虽未对桥型进行分类，但多处使用“重要桥梁”的概念，且对比可发现2006版中的“重要桥梁”基本与2009版的B类桥梁相对应。对于GB 50011-2010则按《建筑工程抗震设防分类标准 GB 50223-2008》[23]的规定，选重点设防类。

各规范重要性系数比较见表2。

表2　参与比较的桥梁类型与规范

我国现行的地震动参数区划图是在2001年版[24]的基础上，2008年汶川地震后进行了局部修订，设防烈度地震(中震)的设计水准为50年超越概率10%(地震动的重现期为475年)，其余地震水准的地震作用取值均在此基础上进行调整。在我国现行抗震设计规范中动力放大系数最大值βmax均为2.25，虽然正在修订的中国地震动参数区划图[25]中有意向把βmax调整为2.5，但是本次研究仍然采用2.25。

两版铁路规范、GB 50909-2014和GB 50011-2010均采用三水准地震动(小震、中震和大震)，其中GB 50909-2014小震(E1)的地震动重现期为100年，而其他规范的小震都为50年重现期，且在中震和大震的重现期上并无差别，因此可按小震、中震和大震分别进行比较。JTG/T B02-01-2008和CJJ166-2011采用两水准地震动E1和E2，根据其重现期和重要性系数来看相当于小震和大震，在比较中将分别与三水准的相应地震对比，并考虑地震重现期的差异。

在三组比较中分别对加速度反应谱平台值和加速度反应谱曲线进行比较，以判断GB 50111-2006(2009)的地震作用水平。在平台值比较中取设防烈度为7度(0.1 g和0.15 g)和8度(0.2 g和0.3 g)，场地类型考虑Ⅰ～Ⅳ四类场地。此外，由于特征周期分区只影响特征周期Tg的取值而不会影响平台值，在比较中不予考虑。在反应谱曲线比较中，受篇幅所限，本次比较烈度为7度(0.1 g)和8度(0.2 g)，特征周期为二区，场地为Ⅱ类(Tg=0.4 s)。对于周期上限，铁路新旧规范均未设，JTG/T B02-01-2008为10 s，其余三部规范都为6 s，但在本次比较中统一取反应谱最长周期为4 s。

小震下反应谱平台值比较如表3所示。

表3　小震下反应谱平台值

注：差值为该规范平台值与GB 50111-2006(2009)平台值的差除以后者得到的结果。GB 50111-2006考虑“重要桥梁”乘以系数1.4。JTG/T B02-01-2008的重要性系数取0.43。

由表3可见，JTG/TB 02-01-2008的平台值明显小于GB 50111-2006(2009)，JTG/TB 02-01-2008此水准地震的重现期为75年；CJJ166-2011的平台值较其余规范都大，与GB 50111-2006(2009)相比除在7度(0.1 g)时相同，其余均明显偏大； GB 50909-2014的平台值较GB 50111-2006(2009)略高，但GB 50909-2014的重现期为100年。GB 50011-2010的平台值则明显小于GB 50111-2006(2009)，且最大差值可达43%。差异源于铁路工程抗震设计规范中对于高铁大跨径桥梁采用了1.5的重要性系数。GB 50111-2006(2009)与GB 50111-2006相比在多遇地震的平台值上增大了6%～8%。

由图1和图2可以看出，在各规范特征周期相同(Tg取0.4 s)的条件下，反应谱曲线的差异主要来源于反应谱平台值及下降段所采用的函数不同。铁路规范由于有最小刚度的要求故限制其动力放大系数不小于0.45，是以在大于5Tg后的长周期段取值较大，但是仍然低于CJJ166-2011的取值；GB 50111-2006(2009)与GB 50111-2006除了平台值前者略高之外曲线下降段内基本重合。GB 50111-2006(2009)在小震情况下的地震作用取值是偏于保守的，而CJJ166-2011则更为保守。

图1　7度(0.1 g)设防时小震反应谱Fig.1 Response spectra for the frequently occurred earthquake as fortification acceleration of 0.1 g

图2　8度(0.2 g)设防时小震反应谱Fig.2 Response spectra for the frequently occurred earthquake as fortification acceleration of 0.2 g

综上所述，在小震水平下，GB 50111-2006(2009)的地震作用偏大，而CJJ166-2011的地震作用更大。

对于中震水平，铁路两版规范、GB 50909-2014和GB 50011-2010都规定地震动重现期均为475年，一般是通过构造措施来实现在此水准下的设防要求。我国现行各抗震设计规范一般都是在此水准地震的基础上乘以调整系数后得到用于结构设计的小震水准和用于位移或者延性校核的大震水准。考虑了结构重要性系数与场地系数后的反应谱平台值比较如表4所示，由于JTG/T B02-01-2008和CJJ166-2011无中震水平，故表中未显示。由表4可以看出，除了GB 50909-2014采用了场地系数调整之外，其余规范取值相同。而GB 50909-2014场地系数的调整结果是Ⅰ类场地的反应谱平台取值除8度(0.3 g)之外，都减小了4%～9%；而在Ⅱ类～Ⅳ类场地中则都有所增大，反应谱平台取值最大增加35%，最小增加4%。

表4　中震下反应谱平台值

注：差值为该规范平台值与50111-2006(2009)平台值的差除以后者得到的结果。

设防烈度为7度(0.1 g)和8度(0.2 g)时各规范反应谱曲线如图3和图4所示。由图3和图4可以看出， GB 50111-2006(2009)与GB 50111-2006的曲线完全重合。GB 50111-2006、GB 50011-2010和GB 50111-2006(2009)的平台值完全相等，曲线下降段由于铁路规范有最小刚度限制故反应谱平台略高于GB 50011-2010；GB 50909-2014因采用场地系数调整而提高了反应谱的平台取值，除了长周期段(大于5Tg)，其反应谱曲线明显高于其他规范。

图3　7度(0.1 g)设防时中震加速度反应谱Fig.3 Response spectra for the earthquake of fortification intensity as acceleration of 0.1 g

图4　8度(0.2 g)设防时中震加速度反应谱Fig.4 Response spectra for the earthquake of fortification intensity as acceleration of 0.2 g

总的来看，GB 50111-2006(2009)在中震时的地震作用与GB 50111-2006和GB 50011-2010基本相当，而与GB 50909-2014差异明显，后者更偏于保守。

我国现行抗震设计规范的大震时的加速度反应谱(对于JTG/T B02-01-2008和CJJ 166-2011是指E2地震)，除GB 500011-2010对反应谱的特征周期Tg延长0.05 s以考虑峰值速度的变化之外，其他规范都是在设防烈度地震(中震，475年重现期)的基础上进行加速度平台值的放大而获得的；将此水平的反应谱用于结构抗震验算时，一般要采用强度折减系数谱对其进行折减。此外，采用了两水准设计的规范JTG/T B02-01-2008(重现期475年～2000年)和CJJ 166-2011(重现期2000年～2450年)其重现期有较大的变化范围，而其余规范的重现期则一般为2450年～2475年，变化区间较小。反应谱平台值的比较如表5所示，可以看出，新版铁路规范在大震水平上也未做改变；GB 50111-2006(2009)与GB 50011-2010、GB 50909-2014及CJJ166-2011相比平台值偏小；JTG/T B02-01-2008由于地震重现期短而其反应谱平台值明显小于GB 50111-2006(2009)，偏小量最大可达45%，最小为12%，除了场地系数因素之外，其重要性系数小也是重要影响因素之一。

表5　罕遇地震下反应谱平台值

注：差值为该规范平台值与50111-2006(2009)平台值的差除以后者得到的结果。JTG/T B02-01-2008的重要性系数取1.3。

设防烈度为7度(0.1 g)和8度(0.2 g)时各规范反应谱的曲线分别如图5和图6所示，并按照规范的要求将GB 50011-2010大震的特征周期增加0.05 s。由图5和图6可以看出， GB 50111-2006(2009)与GB 50111-2006的曲线完全重合，并因重现期的差异较JTG/T B02-01-2008明显偏高；与其余规范相比，GB 50111-2006(2009)在曲线下降段总体偏低，但在2 s(5Tg)之后，因GB 50111-2006(2009)的动力放大系数固定为0.45，以致该规范在长周期处曲线反而较高。

综上可得，在大震水平下，GB 50111-2006(2009)的地震作用偏小。

图5　7度(0.1 g)设防时大震加速度反应谱Fig.5 Response spectra for the rarely occurred earthquake as fortification acceleration of 0.1 g

图6　8度(0.2 g)设防时大震加速度反应谱Fig.6 Response spectra for the rarely occurred earthquake as fortification acceleration of 0.2 g

2.2GB 50111-2006(2009)和EC8的比较

欧洲规范Eurocode8的Part 1规定在475年重现期(50年超越概率为10%)的地震作用下，结构应满足不倒塌的要求(No-collapse requirement)，在95年重现期(50年超越概率为40%)的地震作用下满足有限破坏的要求(Damage limitation requirement)，并在Part 2(桥梁抗震规范)中规定以475年重现期的地震作为设计地震。因此在比较中，将Part 1中重现期为475年的地震动(本文简写为NC)的PGA取为0.1 g和0.2 g，分别与GB 50111-2006(2009) 设防地震为7度(0.1 g)与8度(0.2 g)时的三水准地震动反应谱相比较。而对于重现期为95年的地震动(本文简写为DL)，该规范规定可按照式(1)计算PGA的调整系数(重要性系数)以用于不同水准地震作用的获取。

(1)

式中:PL是所求地震动在相同年份内的超越概率，例如95年重现期地震在50年内超越概率为40%，则PL=40%；PLR是原地震动在相同年份内的超越概率，如475年重现期地震在50年内超越概率为10%，则PLR=10%；k一般取3。因此可得重现期为95年的地震动的PGA调整系数为0.63，即该地震动的PGA为0.063 g。此外，在比较中选GB 50111-2006(2009)的场地类型为Ⅱ类，根据表1可知，相应的选EN1998-1的场地类型为C类；考虑到潜在地震区域与地震强度等级，选取EC8规范中震级大于5.5的Type1反应谱曲线作为比较对象。

我国高铁大跨桥梁的三水准地震与EC8不同水准地震的反应谱如图7和图8所示。两图中NC表示EC8 Part 1中No-collapse requirement水平的地震，为475年重现期；DL表示Damage limitation requirement水平的地震动，为95年重现期；ROE、DE和FOE分别指GB 50111-2006(2009)中罕遇地震(Rarely Occurred Earthquake)、设防烈度地震(Design Fortification Earthquake)和多遇地震(Frequently Occurred Earthquake)。

图7　7度(0.1 g)设防时各水准加速度反应谱Fig.7 Acceleration response spectra for the different levels as fortification acceleration of 0.1 g

图8　8度(0.2 g)设防时各水准加速度反应谱Fig.8 Acceleration response spectra for the different levels as fortification acceleration of 0.2 g

由图7和图8可以看出，GB 50111-2006(2009)的中震(DE)虽然在重现期上与EC8的No-collapse requirement地震动(NC)的重现期相同，但反应谱平台值远小于EC8，在周期大于Tg的反应谱下降段则近似接近EC8的Damage limitation requirement地震(DL)。对于GB 50111-2006(2009)的多遇地震，由于重现期为50年，本就较EC8 Part 1的Damage limitation requirement地震动的重现期(95年)小，得到的反应谱曲线也固然低于后者。此外还能发现，GB 50111-2006(2009)反应谱曲线平台的起始点(0.1 s)和终止点(Tg)的周期都较EC8曲线上相应点的周期值略小。

2.3GB 50111-2006(2009)和美国规范的比较

AASHTO规定75年超越概率为7%的地震(重现期约为1 000年)为设计地震，而Caltrans则规定50年超越概率为5%的地震(重现期约为975年)为设计地震。美国USGS网站不但能够得到绘制AASHTO设计地震(1 000年重现期)的反应谱曲线所需的数据，还能够得到绘制重现期分别为50年、475年和2475年地震反应谱所需的数据。此外，该网站还能够在给定经纬度、地震动重现期和场地类型后自动绘制出指定地区的反应谱曲线。

为衡量我国高铁大跨桥梁的三水准地震作用与AASHTO的差异，首先要找出在AASHTO设计地震下(重现期为1000年)PGA分别为0.1 g和0.2 g，场地类型为B类的地区。之后通过USGS网站得到两地区分别在重现期为50年、475年和2475年地震动下的反应谱曲线。最后通过将两地区得到的两组反应谱曲线分别与GB 50111-2006(2009)在7度(0.1 g)和8度(0.2 g)的两组反应谱曲线进行对比，即可衡量GB 50111-2006(2009)中三种地震动的水平。

Caltrans是一部适用于加利福利亚州的抗震规范，该规范的附件提供了3种震级(Mw=6.5±0.25、Mw=7.25±0.25和Mw=8.0±0.25)，7种峰值加速度(0.1 g～0.7 g)，4种场地类型(B～E)的共84条加速度反应谱曲线。在与GB 50111-2006(2009)的比较中，取震级为Mw=6.5±0.25，峰值加速度分别为0.1 g和0.2 g，与GB 50111-2006(2009) 在7度(0.1 g)和8度(0.2 g)的两组反应谱曲线分别进行对比，即可衡量GB 50111-2006(2009)中三水准地震动相比Caltrans的水平。

GB 50111-2006(2009)与美国两部规范的比较如图9和图10所示。图中Caltrans指Caltrans规范给出的在975年重现期地震动下震级为Mw=6.5±0.25时绘制的反应谱曲线；50 yrp～2 475 yrp分别指利用USGS网站绘制出的对应不同地震动重现期的反应谱曲线，yrp表示重现期(year return period)；FOE、DE和ROE分别指我国规范GB 50111-2006(2009)中的多遇地震(50年重现期)、设防烈度地震(475年重现期)和罕遇地震(2475年重现期)。

图9　7度(0.1 g)设防时各水准加速度反应谱Fig.9 Acceleration response spectra for the different levels as fortification acceleration of 0.1 g

图10　8度(0.2 g)设防时各水准加速度反应谱Fig.10 Acceleration response spectra for the different levels as fortification acceleration of 0.2 g

从图9和图10可以看出，两组曲线中，Caltrans在975年重现期地震动下，震级为6.5±0.25时，0.1 g和0.2 g的反应谱曲线的峰值与AASHTO的设计地震(1 000年重现期)的曲线峰值基本相等，只是在下降段较高；两部美国规范的设计地震的反应谱曲线与GB 50111-2006(2009)的设计地震 (475年重现期)的曲线差异并不大。尤其是在PGA=0.2 g时，三条曲线的峰值基本相同，且Caltrans的曲线与GB 50111-2006(2009)设计地震作用的曲线基本重合；我国多遇地震(重现期为50年)的反应谱值远高于USGS网站上计算得到的相同重现期的地震反应谱值，其峰值水平、下降段取值与USGS网站计算得到的475年重现期地震的反应谱曲线相当，原因在于我国规范在把设防烈度地震调整为多遇地震时采用了较大的重要性系数；对于GB 50111-2006(2009)的罕遇地震，设防为8度(0.1 g)时的罕遇地震反应谱较USGS得到的相同地震重现期的反应谱曲线略高；而在设防为8度(0.2 g)时的罕遇地震反应谱则较USGS得到的相同地震重现期的反应谱曲线略低。综上所述，我国高铁大跨桥梁的设计地震作用水平基本与美国规范的水平相当。

3结论

(1) 以高铁大跨桥梁的设计地震作用取值为例，通过GB 50111-2006(2009)与国内其他行业抗震规范的对比，发现该规范在小震水平的加速度峰值偏于保守；在中震水平的加速度峰值与反应谱曲线与国内大部分规范的地震作用取值大致相当；而大震水平的加速度峰值偏小。

(2) 通过与欧洲规范Eurocode 8规范的对比研究，表明我国高铁大跨度桥梁的多遇地震水平与设防地震水平的反应谱峰值加速度均低于欧洲规范的相应地震作用取值，但是反应谱的下降段基本重合。

(3) 通过与美国规范AASHTO和Caltrans的对比，表明我国高铁大跨度桥梁(考虑到1.5的结构重要性系数之后)的设防地震水平的反应谱峰值加速度与美国规范的设计地震水平的取值基本相当，而多遇地震的反应谱峰值加速度则偏高。

我国的三水准地震均源于475年重现期的地震，而用于结构设计的多遇地震则是通过结构重要性系数来人为提高设计地震作用取值，还需要通过实际桥梁在三水准地震下的地震响应是否与预定的性能目标相对应来检验重要性系数取值的合理性。

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Comparing design earthquake actions of long-span girder bridge in high-speed rail with those specified in major codes of China and foreign countries

(School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

Abstract:Based on the selected codes for aseismic design in China and foreign countries, the differences on the classification of the site soil were compared. Considering the factors, such as, return period of earthquake and importance coefficients of structures, the acceleration platforms and the curves of the response spectra with different earthquake levels, such as frequently occurred earthquake(FOE), designed fortification earthquake(DE) and rarely occurred earthquake(ROE) in the main aseismic design codes of China were compared with those in the Code for Seismic Design of Railway Engineering (GB50111-2006, 2009 Version). It was shown that the design earthquake actions at the level of FOE for long-span bridges in high-speed rail are conservatively higher than those in other seismic design codes; the seismic actions at the level of DE are similar to those in the other seismic design codes of China, while at the level of ROE, the seismic actions are relatively lower. Comparison analysis for the seismic actions for long-span bridges in high-speed rail between the code GB50111-2006, 2009 Version and the Eurocode 8 showed that the FOE actions in China(50 years return period) are lower than those in the Eurocode 8(90 years return period), and the DE actions (both 475 years of return period) are also lower. Comparing the seismic actions coded in AASHTO and Caltrans with those in the code (GB50111-2006, 2009 Version) showed that the FOE actions(50 years of return period) of China are much higher than those of AASHTO and Caltrans, due to the adoption of 1.5 as the importance coefficient of structures; the maximum acceleration values of the response spectra for the DE level of China(475 years of return period) are slightly lower than those of Caltrans(975 years return period), but slightly higher than those of AASHTO(1000 years return period); the curves of response spectra of China are similar to those of Caltrans, but a little higher than those of AASHTO; at the level of ROE(2475 years return period), the seismic actions of AASHTO are between those for the design acceleration 0.1g and those for 0.2g in the China code. In summary, it was shown that the design earthquake actions for long-span bridges in high-speed rail in China are relatively conservative.

Key words:bridge; seismic design code; earthquake action; acceleration response spectrum; return period of earthquake

中图分类号:U442.5；P315.9

文献标志码：A

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2016.04.012

收稿日期：2014-12-12修改稿收到日期：2015-02-06

基金项目：国家自然科学基金委员会-中国铁路总公司高速铁路基础研究联合基金(U1434210);

中国铁路总公司科技研究开发计划重大课题(2013G002-A-3)

第一作者 倪永军 男，博士后，副研究员，1973年8月生