大跨度悬索桥地震动峰值加速度取值分析

王宝喜

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川成都 610000）

0 引言

对于大跨度悬索桥、斜拉桥和拱桥等特殊桥梁结构，要根据桥梁所在的场地条件来确定其相关的地震动参数，而桥梁设计地震动参数的确定是一个基于一定设计基准期和重现期的概率问题。对于不同的设计基准期和重现期，计算得到的地震动峰值加速度不同。对于常规桥梁，抗震设计时一般均可根据现行桥梁抗震设计规范实施，即以设计基准期为50年、超越概率为10%的地震动峰值加速度作为基本地震动峰值加速度，其他超越概率下的峰值加速度通过乘以重要性系数来调整。而对于大跨度悬索桥、斜拉桥和拱桥等特殊桥梁结构，因为需要采用更高标准的设计基准期和重现期[1]，其抗震设计所采用的地震动参数一般都不在现行桥梁抗震规范的适用范围内。

鉴于现行抗震规范对大跨度悬索桥的抗震设计反应谱没有明确规定，确定此类结构在不同设计基准期和重现期下的地震动峰值加速度取值，对于还没有进行地震安全性评价，无法获得地震动设计参数的桥梁抗震设计来说尤其重要。

本文通过建立基本烈度、设计基准期和重现期与地震动峰值加速度之间的联系，总结现行抗震规范对于大跨度桥梁抗震设计的规定，分析设计基准期为50年时地震动峰值加速度的取值方法，计算不同设计基准期和重现期下的地震动对峰值加速度，由此确定重现期为1000年和2500年可适用于大跨度悬索桥的反应谱值。

1 我国现行桥梁抗震设计规范

我国现行各类桥梁规范对大跨度悬索桥等特殊结构抗震设计的基准期、重现期和地震动峰值加速度规定并不一致，现梳理如下。

（1）依据《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166—2011）[2]，悬索桥抗震设防类别为甲类，《城市桥梁设计规范》中的甲类桥梁的抗震设防标准如表1所示。

表1 甲类桥梁的抗震设防标准

《城市桥梁抗震设计规范》第3.2.1条规定：对于甲类桥梁，当承受所在地区的E1和E2地震作用时，相应的地震重现期应分别为475年和2500年。但是，《城市桥梁抗震设计规范》规定甲类桥梁应根据专门的过程场地安全性评价确定地震作用，故规范中没有关于甲类桥梁的抗震设计反应谱的规定。因此甲类大跨度悬索桥无法依据《城市桥梁抗震设计规范》进行反应谱分析。

（2）现行《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T 2231-01—2020）[3]规定：悬索桥法人抗震设防类别应该为A类，《公路桥梁抗震设计规范》中的A类桥梁抗震设防目标如表2所示。

表2 《公路桥梁抗震设计规范》中的A类桥梁抗震设防目标

《公路桥梁抗震设计规范》规定的A类桥梁E1和E2地震作用重现期分别为475年和2000年。

（3）现行《公路悬索桥设计规范》（JTG/T D65-05—2015）[4]规定：悬索桥应采用E1、E2两个水准下地震作用进行抗震设防。E1地震作用一般采用设计基准期为100年超越概率为10%的地震动；而E2地震作用应该采用设计基准期100年超越概率为4%的地震动。E1、E2地震作用所采用的设计加速度反应谱应进行专门的地震安全评价，根据安全评价结果确定相应的地震作用。

根据上述论述可知，虽然《城市桥梁抗震设计规范》规定了甲类桥梁相应的E1和E2地震重现期分别为475年2500年，但规范适用范围不包括相应的反应谱值，因此无法用于大跨度悬索桥的抗震设计。现行《公路桥梁抗震设计规范》规定的A类桥梁E1和E2地震作用重现期分别为475年和2000年；《公路悬索桥设计规范》又规定悬索桥E1和E2地震作用重现期分别为1000年和2500年。

2 超越概率和重现期的确定

根据重现期T0与超越概率F（t）的关系[5]如下。

因此，《公路悬索桥设计规范》中规定的100年超越概率10%地震动的重现期如下。

100年超越概率4%地震动的重现期如下。

综上所述，不同规范中超越概率和重现期的对应关系如表3所示。

表3 不同规范中超越概率和重现期的对应关系

考虑到四川地区地震多发，并结合相关研究，为确保大跨度桥梁结构安全，本文认为，大跨度悬索桥抗震设计的地震重现期应依据《公路悬索桥设计规范》进行，E1和E2地震作用重现期分别取为1000年和2500年。

常规桥梁的抗震设计，一般都是参照《公路桥梁抗震设计规范》进行，即常规桥梁抗震设计所采用反应谱的设计基准期为50年，超越概率为10%。而对于大跨度悬索桥，设计基准期多采用100年，设计地震波重现期超出了规范规定，因此需要通过设计基准期来确立结构的抗震设防标准和桥梁所在场地的地震动参数（主要是地震动峰值加速度）。

3 地震动峰值计算

不同设计基准期下的地震动峰值加速度计算如下[5-7]。

其中：I0——基本烈度；T——设计基准期；R——重现期。

考虑到目前多数桥梁均采用100年设计基准期来进行抗震设计，表4为100年设计基准期下不同重现期下地震动峰值加速度。

表4 100年设计基准下不同动重现期下地震动峰值加速度

相关桥梁抗震设计规范中只给出了设计基准期为50年、超越概率为10%所对应的地震动峰值加速度，因此，本文以50年设计基准期、超越概率10%下的地震动峰值加速度（规范规定的基本地震动峰值加速度）为基准值，其他基准期下不同超越概率的地震动峰值加速度采用比值关系来描述。即定义以下比例系数k。

不同重现期下地震动峰值加速度比值如表5所示。

表5 不同重现期下地震动峰值加速度比值

根据表5计算结果，绘制以系数k计算的475年、1000年和2500年重现期地震反应谱（图1），据此可进行大跨度悬索桥的反应谱分析。

图1 不同重现期对应反应谱

根据表5和图1的计算结果及反应谱曲线可以进行人工地震波的拟合，本文采用SeismoArtif软件进行地震波拟合，得到7条时程曲线，将所得到的7条地震波时程曲线的反应谱与图1中2500年重现期反应谱曲线的对比（图2）。由图2可知，根据人工波得到的反应谱与计算得到的反应谱吻合良好，由此可根据人工波进行大跨度悬索桥的时程分析。

图2 2500年重现期拟合地震波反应谱与计算反应谱对比

4 结语

（1）现行各类桥梁规范对大跨度悬索桥等特殊结构抗震设计的基准期、重现期和地震动峰值加速度规定并不一致。E1和E2地震作用下，大跨度悬索桥抗震设计的地震重现期应分别取1000年和2500年。

（2）以50年设计基准期、超越概率10%下的地震动峰值加速度（规范规定的基本地震动峰值加速度）为基准值，50年、100年、1000年和2500年重现期的反应谱值分别为基准值的0.346倍、0.495倍、1.337倍和1.832倍，以此为基础可以确定不同设防水准下的峰值加速度，该设计反应谱对工程可行性研究阶段甚至初步设计阶段具有重要的参考意义。