关于抗震设计规范与地震动区划图的有关探讨

关于抗震设计规范与地振动区划图的有关解读第卷第期震灾攻击技术.,.年月王克海,李刚,韦韩,姜震宇,李茜,.关于抗震设计规范与地振动区划图的有关思考.震灾攻击技术,:?关于抗震设计规范与地振动区划图的有关解读王克海”李刚。韦韩姜震宇”李茜交通部铁路科学研究院,上海浙江省铁路勘测设计院,上海摘要本文小结了国外外桥梁抗震设计规范和建筑结构抗震设计规范的设计思想和设计方式,介绍了我国和日本地振动参数区划图的发展和状况,对比剖析了抗震规范使用地震区划图的状况。针对我国抗震设计规范和地振动参数区划图的状况,提出了两条建议:地振动参数区划图编制部委应直接提供多水准的地振动参数区划图;抗震设计规范应彻底舍弃设防震级概念,以海啸再现期替代原地震危险程度标识方式。关键词:桥梁抗震设计规范地振动参数区划图设计思想设计方式序言随着人类对水灾以及结构水灾反应认识的不断增加,结构的抗震设计思想也在不断发展和加强。初期结构抗震设计规范通常选用单一设防水准,现在世界上许多国家的规范一直还在选用这一抗震设防思想,单一设防水准通常只进行硬度校核,以保障人身安全为主。

实践阐明:单一水准设防、一阶段设计存在许多不足,正逐步被多水准设防、多功耗目标的设计方式所替代胡聿贤,。以我国铁路桥梁抗震设计规范为例,年曾经我国基本上处于无抗震设计规范阶段:从年到年为我国铁路桥梁抗震研究和制订抗震设计规范的阶段;直至年交通部编制了《公路安装工程抗震设计规范》,才使铁路桥梁抗震设计有了根据王克海,,该抗震规范的主要特征是:反映了北镇及天津洪灾对公路和铁路交通干线桥梁的震害教训,在抗震举措上指出了要非常注重可液化土和软农地基上修筑的桥梁;从年到年,根据年国家海啸局即将施行的《中国水灾震级区划图》,铁路部门的抗震设计和研究工作都按该区划图的规定执行,做了一些洪灾区桥梁的现场考察及抗震评估和修理加固工作,并于年制订了新的《公路安装工程抗震设计规范?》交通部铁路规划设计院,,该规范仍选用单一水准设防、一阶段设计的设计思想;《中国地振动参数区划图?》中国水灾局,施行后,相关部委抓紧研究,于基金项目国家自然科学基金捐助项目收稿日期..作者简介王克海,男,生于年。研究员。主要研究方向为桥梁抗震。.:..震灾攻击技术卷年又颁行了《公路桥梁抗震设计条例/..》重庆交通科研设计院,,该条例选用了两水平设防、两阶段设计的抗震设计思想。

地振动参数是各国抗震设计规范的根本。我国从世纪年代以来,早已完成了幅全省水灾区划图,最新的第四代地振动参数区划图将地振动参数作为指标标识水灾危险程度,所对应的标准为年赶超机率%水灾再现期为年。台湾的地振动参数区划开始较早,年即提出以有效峰值加快度和有效峰值速率两个地振动参数为指标的水灾区划原则;版已能提供三种水灾再现期的地振动参数,通过估算可以得到任何海啸再现期的地振动参数,且以邮局编码查询地振动参数,其地振动区划图具备良好的操作性等,。本文结合我国的抗震设计规范状况,介绍了世界各国桥梁结构和建筑结构抗震设计规范的基本思想和设计方式,解读了抗震设计规范使用地振动区划图的状况,最后对我国抗震设计规范和地振动参数区划图的改进提出了建议。桥梁结构抗震规范当前,在世界一些主要水灾发生国家的桥梁抗震设计规范中,设计水灾作用基本上分为两个等级,即可归纳为功能设计水灾和安全设计水灾。但是各国规范使用的名词不同,但其抗震设计基本思想是一致的见表。功能设计水灾具备较大的发生机率;而安全设计水灾则具备很小的发生几率。在功能设计海啸作用下,桥梁结构只容许发生非常轻度的破坏,不影响正常的交通,不经修补也可以继续使用;而在安全设计水灾的作用下,准许桥梁结构发生较大的破坏,但不容许发生整体破坏,如被毁、落梁等。

表桥梁抗震设计基本思想规范名称设计思想和功耗准则设计方式在中、小海啸作用下,桥梁结构钢梁应保持在弹性范围内,不发生大的破坏;英国国家铁路与在大地震作用下,桥梁结构不发生部份或整体崩塌,若出现破坏,应尽量使其出一水平设计货运商会目前便于测量和修补的部位。在最大可信水灾作用下,桥梁可以发生大的破坏,但应当出现在便于一新泽西水平设计测量和修理的部位。在中、小海啸作用下,桥梁结构不发生大的破坏。功能评估海啸:?最小功耗水平,即时可修补的破坏;?重要桥梁功耗水平,一即时的最小破坏。重要桥梁两水平设计:台湾安全评估海啸:?最小功耗水平,有限的重大破坏;?重要桥梁功耗水平,即普通桥梁一水平设计时可修补的破坏。中国的铁路桥梁共设四个性能水平:抗震加固修缮手最低、生命安全、基本营运、完全营运。水灾地面运动水两阶段设计册平可分为两个水平:水平和水平。遭到设计水平水灾后,可出现破损并须要一些临时的修补,但桥梁可以供紧急完工使用,使得受损的修补必须是可行和合理的;在大于设计水平水灾的作用下,一水平设计,低水平地美国受损必须很小而且不应引起交通的中断;在小于设计水平水灾的作用下,桥梁不应震作用下的结构功耗是蕴涵实现的崩塌,但可以发生严重的破坏,经过紧急修补后可再次使用,但只容许轻载过桥。

设计水灾出现后,桥梁应保持其结构的完整性和适度的残余抗力,允许桥梁的德国部份钢梁发生重大的破坏;便于受损的钢梁,应使其耗能作用才能保证结构在震一水平设计,低水平地后仍有紧急交通功能,并便于测量与修理;准许在大桥手指定的断面出现弯曲屈震作用下的结构功耗是蕴涵实现的服:避免过梁或路面因为位移过大而发生落梁。期王克海等:关于抗震设计规范与地振动区划图的有关阐述续表规范名称设计思想和功耗准则设计方式台湾对于类桥,要求在设计基准期内在大几率水灾作用下,桥梁不形成严重的破使用功能水灾:容许应坏;对于类桥,在设计基准期内在大几率水灾作用下,不出现损害桥梁整体性力法;大地震:验算柱的的破坏:在小几率水灾作用下,桥梁仅形成有限的破坏。脆性和位移铁路安装工程,经通常改造即可正常使用;坐落通常地段的五级铁路安装工程,经短期美国铁路抢险即可恢复使用;三、四级铁路安装工程和坐落抗震危险地段的高速铁路、一级公一水平设计路安装工程,保证桥梁、隧道及重要构建物不发生严重损毁。美国铁路抗震设按照桥梁的跨度、重要性界定抗震设防类型:、、、。所选用的地振动两水平设防、两阶段计条例水准可分为:?水灾作用;?水灾作用设计。

美国公路按多遇水灾、设计水灾、罕遇水灾三个地振动水准进行抗震设计。一阶段设计从表可看出,年曾经,各国桥梁抗震设计规范中似乎设定了两个水准,但在详细的设计程序上,绝大多数国家仍坚持以安全设计水灾为准的单一水平设计方式,并觉得第一设计水准的要求手动满足;年之后,这些状况得到了缓解,美国、美国和加拿大在新的桥梁抗震设计规范中,都建议对两个设计地振动水准进行直接设计。建筑结构抗震设计规范我国的《工业与民用建筑抗震设计规范.》只选用单一设防水准,提出的抗震设防目标是:“在遭受相当于设计震级的海啸影响时2023年建筑抗震设计手册,建筑物的毁坏不造成人民生命和重要生产设备遭到害处,建筑物不需维修或经通常维修仍可继续使用”。《建筑抗震设计规范.》采用多级设防思想,提出了“三水准”的抗震设防目标,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”,它和现行规范选用二阶段设计实现“三水准”的设防目标是一致的:即第一阶段设计是“小震”水准的硬度校核和弹性变型校核;第二阶段设计是“大震”水准下的弹塑性变型校核美国建筑科学研究院,。台湾建筑标准法规定了两个水准的设计水灾:即第一水准的中等硬度洪灾和第二水准的强烈余震。

要求结构在中等硬度水灾作用下,几乎不遭到损毁;而在强烈余震作用下,则要求建筑不发生坍塌或罔顾人员死伤。台湾的建筑抗震设计选用了两次设计:一次设计针对第一水准,选用允许挠度设计法进行硬度校核,同时校核各层的层问角变位是否满足要求;二次设计针对第二水准,校核选用极限剖析所斩获的楼层极限承载能力是否小于极限承载能力。中国抗震规范强调:抵御小海啸,结构和非结构部份都不能损毁;抵御中等地震,结构不坏,非结构部份可有这些损毁;抵御大震时,结构和非结构部份可毁坏,但不倒塌。台湾规范如、一规定的设计水准为年赶超机率为%的洪灾相当于我国的“中震”,并在此水准下进行结构的承载力校核和变型校核。美国规范要求结构满足三种极限状态:即遭到到硬度较小的相对经常的水灾时,结构满足使用极限状态;遭受到中等硬度的水灾时,满足破坏控制极限状态;遭受到强烈而罕遇的特大地震时,满足免坍极限状态。美国规范选用非弹性设计反应谱,直接考虑结构脆性的影响,规范规定的非弹性反应谱来自对弹性反应谱的修正,修正系数但凡结构位移脆性系数和结构自振周期的函数。3416卷震灾攻击技术上入工,可微的损以所介绍的规范都容许结构在设防水准下进非弹性作阶段结构有轻一:,全防个系数来折减弹性地震作用即都考虑了结构弹塑性变型坏故都对安设水准选用了且这些移延性有关,各国规范规定了对弹性反应谱的折减;并因为折减系数均与结构的位都。

各自的用于保证结构位移延性的相关要求3地我国震动区划图简介????????????????????2054,3地?????自世纪0年代至今,我国己完成了幅全国地震区划图其中前幅图是以震烈???200?,地区地震地危险程度,于1年8以国家度为指标第四代震划图以动参数为指标标识震月???????????????????。?强制性标准的形式在全国颁布执行????????????????“”“”??一??????????地区可以。两图1II类场地?美国震动参数划图的结果概括为两图表如图是指??????5010%0.05、0.05、0.10、O.15、0.20、0.30、???年赶超机率的峰值加快度分区图分为??gggggg??????????????????/、0.35s0.40七档和II类场地阻尼比0.05的加速度反应谱特征周期分区图分为0.30s?g??????“”??一??????????0.40s三,。

地的地震?????和档它强调了地震环境对反应谱形状的控制作用表是指不同场???????2。动反应谱特征周期调整表如表?????????????????????????美国地振动反应谱特性周期区划图美国地振动峰值加快度区划图图1国地震区中动参数划图Fi.1SeismiczonationmawithroundmotionarametersofChinagpgp2表美国地震动反应谱特征周期调整表mirnhiTable2SeiscesosesectrumeriodofCnappp场地类型划分周区特征期分:S单位坚中软硬中硬懦弱1区0.250_350.450.652区01300.400.550.753区0-350.450.650.904国地动区划美震图简介,1978EPA美国的地震动参数区划开始较早年即提出以有效峰值加快度和有效峰值速EPV两地震标的地震区划,20世纪80年成了具机率度个动参数为指原则并于代完有。

2002。意义的地震区划图现在,最新的地震区划图为美国地质调查局负责完成的年版?????????????????????????????????????????????????????????????????期王克海等:关于抗震设计规范与地振动区划图的有关解读中国的年水灾区划图提供了再现期为年、年和年的峰值加快度等值线间隔.,以及减振比%的.和.的加快度反应谱等值线,使得给出了.、.、.、.和.周期的加快度谱值,同时还提供了标准危险谱和危险性曲线。区划图是坚固岩体场地的结果,这些场地下部内的平均等效剪切波速为/等,。抗震规范与地振动区划图中、美两国地振动区划图的总体思路是相似的,都是以机率水灾危险性剖析为基础,代表了世界水灾区划研究的先进水平。选用水灾反应谱的双参数作为地振动区划图的参数,现在在世界上只有美国和加拿大选用,可以说两国地振动区划图的编制是先进的。

我国《建筑抗震设计规范》采用了二阶段设计方式,第一阶段设计是在方案布置符合抗震原则的前提下,按与基本震级相对应的众值震级,用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的洪灾作用标准值和相应的洪灾作用效应,于是与其它载荷效应按一定的组合系数进行组合,对结构钢梁截面进行承载力校核,对较高的建筑物需要进行变型校核,以控制侧向变型不要过大。那样,既满足了必要的硬度靠谱性,又满足了设防要求的毁坏可修。对大多数结构,可只进行第一阶段设计。对少部份结构,如有特殊要求的建筑和洪灾时易崩塌的结构以及有显著薄弱层的不规则结构,除进行第一阶段设计外,需要进行第二阶段设计,即按与基本震级相对应的罕遇震级大震,校核结构薄弱部位的弹塑性层问变型是否大于限值,倘若变型过大,应更改设计或采取相应的构造举措。现在,我国区划图编制部委只提供了再现期为年的地振动参数区划图。对于建筑结构的抗震设计,当前选用的是统计剖析方式,给出了再现期为年小震和年大震的峰值加快度与再现期为年的峰值加快度的经验关系。而我国的《公路安装工程抗震设计规范?》仍选用单水准设防、一阶段设计的原则,除了落后于建筑结构抗震设计规范,更远远落后于英国、美国等国的铁路安装工程抗震设计规范。

表给出了现在世界上几个具备代表性的桥梁抗震设计规范所使用的海啸区划图状况。表桥梁抗震规范所使用的海啸区划图规范名称备注年赶超机率%,水灾加快度区划,法国一些卅有地区性的区划图,下述状况还要进行专门研究:中国国家铁路?场地坐落活动断层附近;?预期发生长持续时间的地振动;?重要桥梁,还要考虑更长的再现期。与货运商会场地最大或许地振动加快度。新泽西.两个设计地振动水平:?功能评估海啸,再现期年左右;?安全评估海啸,再现期中国年。基本加快度系数和一个风险系数,基本加快度系数在零周期处取值.,区划系数.?.,风险系数英国.?.,风险系数.时的再现期是年。水灾加快度区划,再现期年,对应于?年的结构寿命,区划图的赶超机率为%一%,当德国加快度大于.时,可以不按执行,欧盟各国还要起草各自的加快度系数区划图。震灾攻击技术卷续表规范名称备注水灾载荷分级类:级仅一类为桥梁使用寿命其间发生机率较大的水灾,标准水灾加快度为台湾.。级分为两类:第一类为发生于台湾版块边沿的洪灾:第二类为发生在版块内部断层的都市直下型水灾,这两类水灾的硬度和频谱特征有所不同,后者最大.,前者最大.,分为、、三个海啸地区类别,区域修正系数分别为.、.和。

美国铁路震级区划与地振动参数区划,规范给出震级与地面运动加快度最大值之间的对应关系,年赶超机率、约%,适用于通常结构,重要和特殊结构进行专门的安装工程场地水灾危险性评估。从表可以看出,不仅我国现行区划图外,其它主要水灾国家均选用了地振动参数区划。选用震级进行桥梁结构抗震设计无论是在概念上,还是在数值方面都存在太多问题,我国由于在年才发布第四代地振动参数区划图,为了保持新、老规范的衔接,继续保留了震级概念,提供了震级与地振动峰值加快度的对应关系。由表还可以见到,丹麦规范确定设计地振动的方式比较新颖:?设计地振动的机率特征非常不显著,第一级设计水灾虽非统计意义,但仍是主观确定成份较差;?第二级设计地震以确定性方式规定。第一类主要参考了年关东海啸台湾边沿水灾;第二类主要参考了年阪神水灾都市直下型强震。这与英国地域狭长和海啸类别相对比较清楚有关。年,我国交通部又颁布了《公路桥梁抗震设计条例厂?.》,该条例已选用两水平设防、两阶段设计的抗震设计思想,并作为行业推荐性标准进行推广应用。各设防类型桥梁的抗震设防目标如表所示。与建筑抗震设计规范一样,对再现期不等于年的洪灾作用,该条例选用统计剖析的方式,给出洪灾作用和洪灾作用的峰值加快度与再现期为年的峰值加快度的经验关系,带有较强的主观判定。

表各设防类型桥梁的抗震设防目标桥梁抗震设防目标设防类型水灾作用水灾作用类可发生局部轻度外伤,不需修补或经简略修补可继续使用类‘一般不受损毁或不需应保证不致倾覆或形成严重结构外伤,经临时加固后可供维持应急交通应用类修补可继续使用应保证不致倾覆或形成严重结构外伤,经临时加固后可供维持应急交通应用类结语不管是桥梁的抗震设计规范,还是建筑结构的抗震设计规范,逐渐选用多水准设防、多功耗目标的设计方式是一种发展趋势,现在国外外这些新修订的抗震设计规范早已选用多级设防的设计思想。我国建筑抗震设计规范从版就开始采纳了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的五级设防原则;铁路桥梁抗震设计条例早已选用了两水平设防、两阶段设计的抗震设计思想;公路安装工程抗震设计规范规定公路安装工程应按三个地振动水准进行抗震设计。上述三个规范皆以我国地振动参数区划图为基准,即所取用的设计地振动是以年赶超机率%水灾再现期为为基准,对应不同的设防水准减去相应的“经验”系期王克海等:关于抗震设计规范与地振动区划图的有关阐述数;而中国对于不同的设防水准,均有一套地振动参数区划图与之相对应。

相对而言,我国的抗震设计规范更偏于主观经验和辨别,不是真正的多水准设防、多阶段设计。可以说,对我国量大面广的安装工程结构包括桥梁结构,倘若不做水灾安全性评价,现在尚不具有加仓水准、多阶段设计的技术条件,我国编制多个海啸再现期的地振动区划图是安装工程界的紧迫需求。作为抗震设计规范根本的地振动区划图,我国自世纪年代以来,已完成了幅全国水灾区划图,其中第四代地振动参数区划图将地振动参数作为指标标识水灾危险程度。同时,我国抗震设计规范依据区划图的改动进行了相应的修订,但规范中还是残留了这些震级的概念。抗震设防震级偏向于主观经验,而以水灾再现期来标识水灾危险程度,从概念的清晰度、使用的便捷性和理论基础的精确度等来说,都大大优于抗震设防震级。因此笔者建议:为适应抗震设计规范多级设防、多阶段设计的发展还要,地振动参数区划图编制部门应直接提供多水准的地振动参数区划图,即:不同海啸再现期的地振动区划图。我国编制多个海啸再现期的地振动区划图是安装工程界的急切需求,建议海啸行业经理部委借鉴美国经验非常是中国编制的地振动区划图尽早修订我国的地振动区划图,以适应我国蓬勃发展土木安装工程的急切需求。

现在,国外不少人提出“提高三度设防”的概念2023年建筑抗震设计手册,笔者觉得欠缺科学根据,例如?度区的海啸峰值加快度为.,提高三度?度就是.,而我国地振动区划图提供的是年赶超机率%的加快度峰值,也就是海啸再现期是年,这么提高三度后加快度峰值所对应的海啸再现期,在不同地区是不同的。据统计,年赶超机率%水灾再现期为年与年赶超机率%水灾再现期为年的地层加快度的比值为.?.,平均值为.高孟潭等,。简略的提高三度设防,有或许促使水灾再现期从原先的年提高到年,还有或许只增加到年,这是十分不科学的。因而,笔者建议:选用水灾重现期来确定地振动参数,抗震设计规范应彻底舍弃设防震级概念,以海啸再现期替代原地震危险程度标识方式。参考文献上海交通科研设计院,.铁路桥梁抗震设计条例/?..上海:人民交通出版社.高孟潭,卢寿德,.关于下一代水灾区划图编制原则与关键技术的初步解读.震灾攻击技术,:.胡聿贤,.水灾安装工程学第二版.上海:水灾出版社.交通部铁路规划设计院,.铁路安装工程抗震设计规范?.上海:人民交通出版社.王克海,.桥梁抗震研究.上海:美国铁道出版社.美国水灾局,.美国地振动参数区划图?.上海:美国标准出版社.美国建筑科学研究院,.建筑安装工程抗震设防分类标准.上海:美国建筑工业出版社.,,,,.铁路结构物抗震加固修缮指南下册:桥梁,王克海、李茜、莫勋涛等译.上海:人民交通出版社.