林 康，王德鈞

（大連市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116000）

0 引言

20 世紀(jì)90 年代以來，日本橋梁抗震設(shè)計規(guī)范經(jīng)歷多次改訂，全國范圍內(nèi)抗震設(shè)防水準(zhǔn)迅速提高。本文結(jié)合日本規(guī)范變遷對中日兩國規(guī)范進(jìn)行分析對比，以期提供參考借鑒。

1 兩國規(guī)范的比較

同我國一樣，日本城市橋梁的抗震規(guī)范也是大量引用公路橋梁抗震規(guī)范的規(guī)定，本文僅對涉及城市橋梁的部分進(jìn)行說明。

1.1 地震作用

在地震作用方面的對比見表1。

表1 地震作用的比較

（1）日本的設(shè)計地震加速度很大，頻譜范圍很寬。即使是我國高烈度地區(qū)高等級橋梁，在特定頻譜范圍內(nèi)罕遇地震的加速度也有小于日本多遇地震的情況[5]。

（2）在日本的道路構(gòu)造令[6]中，城市道路為第二種（快速路）和第四種（一般市政道路）。一般市政道路又按照級別（國道、縣道、市道）和計劃交通量分為多種等級，快速路也有多個等級。但在抗震設(shè)計中城市橋梁均為B 種橋（抗震設(shè)計上特別重要的橋），采用相同的抗震設(shè)防水準(zhǔn)。

（3）巖石等堅硬場在多遇地震下抗震條件好一些，但是在罕遇地震時堅硬場地上有著更大的地震作用。日本不按地震動反應(yīng)譜特征周期分區(qū)（不分組），每座橋梁都要針對遠(yuǎn)源強震和近源強震分別進(jìn)行抗震分析。日本兩種類型的罕遇地震均為堅硬場地比軟弱場地的地震作用更大。警惕堅硬場地橋梁結(jié)構(gòu)在強震作用下的破壞。

1.2 抗震分析體系

在抗震分析體系上的對比見表2。

表2 抗震分析體系的比較

（1）超設(shè)計地震發(fā)生時，支座先于下部結(jié)構(gòu)被破壞。被破壞后的支座凹凸不平，日本抗震規(guī)范中滑動支座的摩擦系數(shù)高達(dá)0.5。

（2）連續(xù)梁橋順橋向單點固定容易造成固定支座處水平地震力過分集中。我國很多盆式固定支座和球形固定支座的水平承載力僅有豎向標(biāo)稱荷載的10%～15%，而日本即使是水平力分散支座，支座的水平承載力和與上下部結(jié)構(gòu)間的錨固非常強大[8]。采用水平力分散方案可以把上部結(jié)構(gòu)的水平質(zhì)量較為均勻地傳遞到下部各結(jié)構(gòu)，對抗震有利。

（3）支座橫橋向的約束條件不同。我國為釋放溫度變化等產(chǎn)生的超靜定力，一條支承線上多采用橫橋向單點固定、其余支座滑動的模式。日本即使在以前使用固定滑動支座的年代，也沒有橫橋向滑動的支座類型。一方面，墩柱具有一定的水平剛性，并不會完全限定上部結(jié)構(gòu)的水平變形。另一方面，墩柱同樣受到溫度變化作用，與上部結(jié)構(gòu)存在相同的變形趨勢。另外，即使是固定支座的橫橋向，也存在微小變形能力。基于以上三點考慮，支座在橫橋向上均為固定，一條支承線上的多個支座共同分擔(dān)橫橋向水平力。

（4）擋塊與支座的配合。對于既有橋梁的舊型支座，在E2 地震下已經(jīng)發(fā)生破壞，損壞后的支座模型難以精確模擬。日本在1996 版抗震規(guī)范[7]中規(guī)定，擋塊的設(shè)計作用力為3 khRd（kh為多遇地震的設(shè)計水平震度，Rd為支座的恒載）。在2002 版、2012 版、2017 版規(guī)范中已全面要求支座自身須滿足E2 地震承載力的要求。

1.3 抗震分析

在抗震分析手段上的對比見表3。

表3 抗震分析的比較

E2 地震作用下對結(jié)構(gòu)的影響控制在彈性范圍內(nèi)幾乎是不可能的事情，而E2 工況往往是決定工況，反應(yīng)譜、功率譜法不宜直接用于非線性分析，限定了此類方法的應(yīng)用；推倒分析不能同時考慮支座減隔震和墩柱塑形鉸等多種非線性因素的共同影響作用。非線性時程分析可以同時考慮多種非線性耗能要素，是日本橋梁抗震設(shè)計中一種普遍應(yīng)用的設(shè)計手段。日本設(shè)計規(guī)范中給出了各種場地條件下各種地震在地基位置處的加速度反應(yīng)譜和與這些反應(yīng)譜完全對應(yīng)的地震波時程，為時程分析的普遍應(yīng)用提供了便利條件。我國非線性時程分析的應(yīng)用范圍有望擴大。

1.4 鋼筋混凝土墩柱配筋

在混凝土墩柱配筋風(fēng)格上的對比見表4。

表4 墩柱潛在塑性區(qū)配筋比較

比起配筋效率，墩柱對耐久性的要求更高，日本的保護(hù)層很厚。即使采用同等程度的縱向鋼筋，日本的箍筋更強。墩柱的塑性變形能力取決于箍筋對核心混凝土的套箍作用，日本采用了拉筋套在箍筋上的做法。拉筋套在主筋上與拉筋套在箍筋上（見圖1）對于抗剪效果是一樣的，但是對核心混凝土的拘束作用有很大的不同。

圖1 不同拉筋設(shè)置方式對核心混凝土套箍作用的示意

1.5 梁端伸縮間隙

梁端伸縮縫間隙的比較，見表5。

表5 梁端伸縮縫間隙的比較

地震時相鄰上部結(jié)構(gòu)間或上下部結(jié)構(gòu)間的碰撞具有高度的非線性，分析模型中難以模擬，所以要求伸縮縫在E2 地震下不發(fā)生碰撞。日本規(guī)范對所有橋梁梁端伸縮縫有此要求，我國對斜拉橋、懸索橋、單跨跨徑超過150 m的梁橋和拱橋等特殊橋梁有此要求，大量常規(guī)規(guī)則橋梁梁端伸縮縫的間隙較小，不能滿足E2 地震時主梁不發(fā)生碰撞的要求。地震時有可能逐聯(lián)碰撞落梁。

1.6 抗震措施

日本的防落梁系統(tǒng)包括梁搭接長、防落梁裝置等。與舊型支座配合的擋塊、銷釘?shù)妊b置在日本舊版規(guī)范[7]中曾被視為防落梁系統(tǒng)的一部分。

1.6.13 道獨立防線

日本防落梁系統(tǒng)有3 道獨立的防線：

（1）E2 地震為止的地震力支座自身可抵抗。與舊型支座配合的抗震銷、擋塊等可視為支座的一部分。這些結(jié)構(gòu)限制移動量和支座的移動與回轉(zhuǎn)性能相符合。

（2）超E2 地震時，支座自身或錨固裝置被破壞后，落梁防止裝置開始發(fā)揮作用。作為第二道防線的落梁防止裝置的結(jié)構(gòu)有緩沖鏈、鋼絞線、擋塊等，雖然機能和形式與配合支座水平承載力的擋塊等有一定的類似性，但是設(shè)計水平力和開始發(fā)揮作用的時機并不相同。防落梁裝置在相對變位量達(dá)到75%梁搭接長時開始發(fā)揮作用。設(shè)計水平力為1.5 倍上部結(jié)構(gòu)恒載反力或下部結(jié)構(gòu)的水平承載力。日本2017 版抗震規(guī)范[1]有對一些不容易落梁的橋型的第二道防線可以省略的規(guī)定，如采用兩基以上的下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)剛接等條件時可省略落梁防止裝置。但僅橋面相連的結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計上不能看作連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，而且連續(xù)梁端部省略落梁防止裝置也有諸多限制條件。我國抗震規(guī)范[4]中僅對橋面不連續(xù)的簡支梁橋規(guī)定了落梁防止措施。

（3）防落梁系統(tǒng)的前兩道防線都被突破后，最后一道防線是梁搭接長，但是僅設(shè)最后一道防線并不能起到應(yīng)有的效果。

1.6.2橫橋向傾覆失穩(wěn)

直橋橫橋向同樣存在落梁的可能性（見圖2）。日本規(guī)范[1]規(guī)定，在橫橋向發(fā)生相當(dāng)于順橋向梁搭接長的上下部相對錯位時，須保證橋梁體系的安定性。我國一些城市高架橋的墩柱沒有蓋梁，橫橋向?qū)挾容^窄，防傾覆失穩(wěn)性能較弱。

圖2 橫橋向發(fā)生位移時體系不安定的示例

2 結(jié)語

通過對比中日兩國規(guī)范，以下問題值得進(jìn)一步研究。

（1）支座水平承載力有待強化，擋塊等限位裝置應(yīng)具有足夠的承載力和適當(dāng)?shù)奈灰屏俊?/p>

（2）連續(xù)梁單點固定方案對抗震不利，橫橋向設(shè)置滑動支座的必要性有待考證。

（3）鋼筋混凝土墩柱的套箍作用宜有所強化。

（4）僅橋面連續(xù)主梁未連續(xù)等形式的橋梁的抗震措施應(yīng)包括多道防落梁防線。

（5）橫橋向?qū)挾容^窄的墩柱結(jié)構(gòu)存在傾覆失穩(wěn)可能性。