關于抗震設計規范與地振動區劃圖的有關解讀第卷第期震災攻擊技術.,.年月王克海,李剛,韋韓,姜震宇,李茜,.關于抗震設計規范與地振動區劃圖的有關思考.震災攻擊技術,:?關于抗震設計規范與地振動區劃圖的有關解讀王克海”李剛。韋韓姜震宇”李茜交通部鐵路科學研究院,上海浙江省鐵路勘測設計院,上海摘要本文小結了國外外橋梁抗震設計規范和建筑結構抗震設計規范的設計思想和設計方式,介紹了我國和日本地振動參數區劃圖的發展和狀況,對比剖析了抗震規范使用地震區劃圖的狀況。針對我國抗震設計規范和地振動參數區劃圖的狀況,提出了兩條建議:地振動參數區劃圖編制部委應直接提供多水準的地振動參數區劃圖;抗震設計規范應徹底舍棄設防震級概念,以海嘯再現期替代原地震危險程度標識方式。關鍵詞:橋梁抗震設計規范地振動參數區劃圖設計思想設計方式序言隨著人類對水災以及結構水災反應認識的不斷增加,結構的抗震設計思想也在不斷發展和加強。初期結構抗震設計規范通常選用單一設防水準,現在世界上許多國家的規范一直還在選用這一抗震設防思想,單一設防水準通常只進行硬度校核,以保障人身安全為主。

實踐闡明:單一水準設防、一階段設計存在許多不足,正逐步被多水準設防、多功耗目標的設計方式所替代胡聿賢,。以我國鐵路橋梁抗震設計規范為例,年曾經我國基本上處于無抗震設計規范階段:從年到年為我國鐵路橋梁抗震研究和制訂抗震設計規范的階段;直至年交通部編制了《公路安裝工程抗震設計規范》,才使鐵路橋梁抗震設計有了根據王克海,,該抗震規范的主要特征是:反映了北鎮及天津洪災對公路和鐵路交通干線橋梁的震害教訓,在抗震舉措上指出了要非常注重可液化土和軟農地基上修筑的橋梁;從年到年,根據年國家海嘯局即將施行的《中國水災震級區劃圖》,鐵路部門的抗震設計和研究工作都按該區劃圖的規定執行,做了一些洪災區橋梁的現場考察及抗震評估和修理加固工作,并于年制訂了新的《公路安裝工程抗震設計規范?》交通部鐵路規劃設計院,,該規范仍選用單一水準設防、一階段設計的設計思想;《中國地振動參數區劃圖?》中國水災局,施行后,相關部委抓緊研究,于基金項目國家自然科學基金捐助項目收稿日期..作者簡介王克海,男,生于年。研究員。主要研究方向為橋梁抗震。.:..震災攻擊技術卷年又頒行了《公路橋梁抗震設計條例/..》重慶交通科研設計院,,該條例選用了兩水平設防、兩階段設計的抗震設計思想。

地振動參數是各國抗震設計規范的根本。我國從世紀年代以來,早已完成了幅全省水災區劃圖,最新的第四代地振動參數區劃圖將地振動參數作為指標標識水災危險程度,所對應的標準為年趕超機率%水災再現期為年。臺灣的地振動參數區劃開始較早,年即提出以有效峰值加快度和有效峰值速率兩個地振動參數為指標的水災區劃原則;版已能提供三種水災再現期的地振動參數,通過估算可以得到任何海嘯再現期的地振動參數,且以郵局編碼查詢地振動參數,其地振動區劃圖具備良好的操作性等,。本文結合我國的抗震設計規范狀況,介紹了世界各國橋梁結構和建筑結構抗震設計規范的基本思想和設計方式,解讀了抗震設計規范使用地振動區劃圖的狀況,最后對我國抗震設計規范和地振動參數區劃圖的改進提出了建議。橋梁結構抗震規范當前,在世界一些主要水災發生國家的橋梁抗震設計規范中,設計水災作用基本上分為兩個等級,即可歸納為功能設計水災和安全設計水災。但是各國規范使用的名詞不同,但其抗震設計基本思想是一致的見表。功能設計水災具備較大的發生機率;而安全設計水災則具備很小的發生幾率。在功能設計海嘯作用下,橋梁結構只容許發生非常輕度的破壞,不影響正常的交通,不經修補也可以繼續使用;而在安全設計水災的作用下,準許橋梁結構發生較大的破壞,但不容許發生整體破壞,如被毀、落梁等。

表橋梁抗震設計基本思想規范名稱設計思想和功耗準則設計方式在中、小海嘯作用下,橋梁結構鋼梁應保持在彈性范圍內,不發生大的破壞;英國國家鐵路與在大地震作用下,橋梁結構不發生部份或整體崩塌,若出現破壞,應盡量使其出一水平設計貨運商會目前便于測量和修補的部位。在最大可信水災作用下,橋梁可以發生大的破壞,但應當出現在便于一新澤西水平設計測量和修理的部位。在中、小海嘯作用下,橋梁結構不發生大的破壞。功能評估海嘯:?最小功耗水平,即時可修補的破壞;?重要橋梁功耗水平,一即時的最小破壞。重要橋梁兩水平設計:臺灣安全評估海嘯:?最小功耗水平,有限的重大破壞;?重要橋梁功耗水平,即普通橋梁一水平設計時可修補的破壞。中國的鐵路橋梁共設四個性能水平:抗震加固修繕手最低、生命安全、基本營運、完全營運。水災地面運動水兩階段設計冊平可分為兩個水平:水平和水平。遭到設計水平水災后,可出現破損并須要一些臨時的修補,但橋梁可以供緊急完工使用,使得受損的修補必須是可行和合理的;在大于設計水平水災的作用下,一水平設計,低水平地美國受損必須很小而且不應引起交通的中斷;在小于設計水平水災的作用下,橋梁不應震作用下的結構功耗是蘊涵實現的崩塌,但可以發生嚴重的破壞,經過緊急修補后可再次使用,但只容許輕載過橋。

設計水災出現后,橋梁應保持其結構的完整性和適度的殘余抗力,允許橋梁的德國部份鋼梁發生重大的破壞;便于受損的鋼梁,應使其耗能作用才能保證結構在震一水平設計,低水平地后仍有緊急交通功能,并便于測量與修理;準許在大橋手指定的斷面出現彎曲屈震作用下的結構功耗是蘊涵實現的服:避免過梁或路面因為位移過大而發生落梁。期王克海等:關于抗震設計規范與地振動區劃圖的有關闡述續表規范名稱設計思想和功耗準則設計方式臺灣對于類橋,要求在設計基準期內在大幾率水災作用下,橋梁不形成嚴重的破使用功能水災:容許應壞;對于類橋,在設計基準期內在大幾率水災作用下,不出現損害橋梁整體性力法;大地震:驗算柱的的破壞:在小幾率水災作用下,橋梁僅形成有限的破壞。脆性和位移鐵路安裝工程,經通常改造即可正常使用;坐落通常地段的五級鐵路安裝工程,經短期美國鐵路搶險即可恢復使用;三、四級鐵路安裝工程和坐落抗震危險地段的高速鐵路、一級公一水平設計路安裝工程,保證橋梁、隧道及重要構建物不發生嚴重損毀。美國鐵路抗震設按照橋梁的跨度、重要性界定抗震設防類型:、、、。所選用的地振動兩水平設防、兩階段計條例水準可分為:?水災作用;?水災作用設計。

美國公路按多遇水災、設計水災、罕遇水災三個地振動水準進行抗震設計。一階段設計從表可看出,年曾經,各國橋梁抗震設計規范中似乎設定了兩個水準,但在詳細的設計程序上,絕大多數國家仍堅持以安全設計水災為準的單一水平設計方式,并覺得第一設計水準的要求手動滿足;年之后,這些狀況得到了緩解,美國、美國和加拿大在新的橋梁抗震設計規范中,都建議對兩個設計地振動水準進行直接設計。建筑結構抗震設計規范我國的《工業與民用建筑抗震設計規范.》只選用單一設防水準,提出的抗震設防目標是:“在遭受相當于設計震級的海嘯影響時2023年建筑抗震設計手冊,建筑物的毀壞不造成人民生命和重要生產設備遭到害處,建筑物不需維修或經通常維修仍可繼續使用”。《建筑抗震設計規范.》采用多級設防思想,提出了“三水準”的抗震設防目標,即“小震不壞,中震可修,大震不倒”,它和現行規范選用二階段設計實現“三水準”的設防目標是一致的:即第一階段設計是“小震”水準的硬度校核和彈性變型校核;第二階段設計是“大震”水準下的彈塑性變型校核美國建筑科學研究院,。臺灣建筑標準法規定了兩個水準的設計水災:即第一水準的中等硬度洪災和第二水準的強烈余震。

要求結構在中等硬度水災作用下,幾乎不遭到損毀;而在強烈余震作用下,則要求建筑不發生坍塌或罔顧人員死傷。臺灣的建筑抗震設計選用了兩次設計:一次設計針對第一水準,選用允許撓度設計法進行硬度校核,同時校核各層的層問角變位是否滿足要求;二次設計針對第二水準,校核選用極限剖析所斬獲的樓層極限承載能力是否小于極限承載能力。中國抗震規范強調:抵御小海嘯,結構和非結構部份都不能損毀;抵御中等地震,結構不壞,非結構部份可有這些損毀;抵御大震時,結構和非結構部份可毀壞,但不倒塌。臺灣規范如、一規定的設計水準為年趕超機率為%的洪災相當于我國的“中震”,并在此水準下進行結構的承載力校核和變型校核。美國規范要求結構滿足三種極限狀態:即遭到到硬度較小的相對經常的水災時,結構滿足使用極限狀態;遭受到中等硬度的水災時,滿足破壞控制極限狀態;遭受到強烈而罕遇的特大地震時,滿足免坍極限狀態。美國規范選用非彈性設計反應譜,直接考慮結構脆性的影響,規范規定的非彈性反應譜來自對彈性反應譜的修正,修正系數但凡結構位移脆性系數和結構自振周期的函數。3416卷震災攻擊技術上入工,可微的損以所介紹的規范都容許結構在設防水準下進非彈性作階段結構有輕一:,全防個系數來折減彈性地震作用即都考慮了結構彈塑性變型壞故都對安設水準選用了且這些移延性有關,各國規范規定了對彈性反應譜的折減;并因為折減系數均與結構的位都。

各自的用于保證結構位移延性的相關要求3地我國震動區劃圖簡介????????????????????2054,3地?????自世紀0年代至今,我國己完成了幅全國地震區劃圖其中前幅圖是以震烈???200?,地區地震地危險程度,于1年8以國家度為指標第四代震劃圖以動參數為指標標識震月???????????????????。?強制性標準的形式在全國頒布執行????????????????“”“”??一??????????地區可以。兩圖1II類場地?美國震動參數劃圖的結果概括為兩圖表如圖是指??????5010%0.05、0.05、0.10、O.15、0.20、0.30、???年趕超機率的峰值加快度分區圖分為??gggggg??????????????????/、0.35s0.40七檔和II類場地阻尼比0.05的加速度反應譜特征周期分區圖分為0.30s?g??????“”??一??????????0.40s三,。

地的地震?????和檔它強調了地震環境對反應譜形狀的控制作用表是指不同場???????2。動反應譜特征周期調整表如表?????????????????????????美國地振動反應譜特性周期區劃圖美國地振動峰值加快度區劃圖圖1國地震區中動參數劃圖Fi.1SeismiczonationmawithroundmotionarametersofChinagpgp2表美國地震動反應譜特征周期調整表mirnhiTable2SeiscesosesectrumeriodofCnappp場地類型劃分周區特征期分:S單位堅中軟硬中硬懦弱1區0.250_350.450.652區01300.400.550.753區0-350.450.650.904國地動區劃美震圖簡介,1978EPA美國的地震動參數區劃開始較早年即提出以有效峰值加快度和有效峰值速EPV兩地震標的地震區劃,20世紀80年成了具機率度個動參數為指原則并于代完有。

2002。意義的地震區劃圖現在,最新的地震區劃圖為美國地質調查局負責完成的年版?????????????????????????????????????????????????????????????????期王克海等:關于抗震設計規范與地振動區劃圖的有關解讀中國的年水災區劃圖提供了再現期為年、年和年的峰值加快度等值線間隔.,以及減振比%的.和.的加快度反應譜等值線,使得給出了.、.、.、.和.周期的加快度譜值,同時還提供了標準危險譜和危險性曲線。區劃圖是堅固巖體場地的結果,這些場地下部內的平均等效剪切波速為/等,。抗震規范與地振動區劃圖中、美兩國地振動區劃圖的總體思路是相似的,都是以機率水災危險性剖析為基礎,代表了世界水災區劃研究的先進水平。選用水災反應譜的雙參數作為地振動區劃圖的參數,現在在世界上只有美國和加拿大選用,可以說兩國地振動區劃圖的編制是先進的。

我國《建筑抗震設計規范》采用了二階段設計方式,第一階段設計是在方案布置符合抗震原則的前提下,按與基本震級相對應的眾值震級,用彈性反應譜法求得結構在彈性狀態下的洪災作用標準值和相應的洪災作用效應,于是與其它載荷效應按一定的組合系數進行組合,對結構鋼梁截面進行承載力校核,對較高的建筑物需要進行變型校核,以控制側向變型不要過大。那樣,既滿足了必要的硬度靠譜性,又滿足了設防要求的毀壞可修。對大多數結構,可只進行第一階段設計。對少部份結構,如有特殊要求的建筑和洪災時易崩塌的結構以及有顯著薄弱層的不規則結構,除進行第一階段設計外,需要進行第二階段設計,即按與基本震級相對應的罕遇震級大震,校核結構薄弱部位的彈塑性層問變型是否大于限值,倘若變型過大,應更改設計或采取相應的構造舉措。現在,我國區劃圖編制部委只提供了再現期為年的地振動參數區劃圖。對于建筑結構的抗震設計,當前選用的是統計剖析方式,給出了再現期為年小震和年大震的峰值加快度與再現期為年的峰值加快度的經驗關系。而我國的《公路安裝工程抗震設計規范?》仍選用單水準設防、一階段設計的原則,除了落后于建筑結構抗震設計規范,更遠遠落后于英國、美國等國的鐵路安裝工程抗震設計規范。

表給出了現在世界上幾個具備代表性的橋梁抗震設計規范所使用的海嘯區劃圖狀況。表橋梁抗震規范所使用的海嘯區劃圖規范名稱備注年趕超機率%,水災加快度區劃,法國一些卅有地區性的區劃圖,下述狀況還要進行專門研究:中國國家鐵路?場地坐落活動斷層附近;?預期發生長持續時間的地振動;?重要橋梁,還要考慮更長的再現期。與貨運商會場地最大或許地振動加快度。新澤西.兩個設計地振動水平:?功能評估海嘯,再現期年左右;?安全評估海嘯,再現期中國年。基本加快度系數和一個風險系數,基本加快度系數在零周期處取值.,區劃系數.?.,風險系數英國.?.,風險系數.時的再現期是年。水災加快度區劃,再現期年,對應于?年的結構壽命,區劃圖的趕超機率為%一%,當德國加快度大于.時,可以不按執行,歐盟各國還要起草各自的加快度系數區劃圖。震災攻擊技術卷續表規范名稱備注水災載荷分級類:級僅一類為橋梁使用壽命其間發生機率較大的水災,標準水災加快度為臺灣.。級分為兩類:第一類為發生于臺灣版塊邊沿的洪災:第二類為發生在版塊內部斷層的都市直下型水災,這兩類水災的硬度和頻譜特征有所不同,后者最大.,前者最大.,分為、、三個海嘯地區類別,區域修正系數分別為.、.和。

美國鐵路震級區劃與地振動參數區劃,規范給出震級與地面運動加快度最大值之間的對應關系,年趕超機率、約%,適用于通常結構,重要和特殊結構進行專門的安裝工程場地水災危險性評估。從表可以看出,不僅我國現行區劃圖外,其它主要水災國家均選用了地振動參數區劃。選用震級進行橋梁結構抗震設計無論是在概念上,還是在數值方面都存在太多問題,我國由于在年才發布第四代地振動參數區劃圖,為了保持新、老規范的銜接,繼續保留了震級概念,提供了震級與地振動峰值加快度的對應關系。由表還可以見到,丹麥規范確定設計地振動的方式比較新穎:?設計地振動的機率特征非常不顯著,第一級設計水災雖非統計意義,但仍是主觀確定成份較差;?第二級設計地震以確定性方式規定。第一類主要參考了年關東海嘯臺灣邊沿水災;第二類主要參考了年阪神水災都市直下型強震。這與英國地域狹長和海嘯類別相對比較清楚有關。年,我國交通部又頒布了《公路橋梁抗震設計條例廠?.》,該條例已選用兩水平設防、兩階段設計的抗震設計思想,并作為行業推薦性標準進行推廣應用。各設防類型橋梁的抗震設防目標如表所示。與建筑抗震設計規范一樣,對再現期不等于年的洪災作用,該條例選用統計剖析的方式,給出洪災作用和洪災作用的峰值加快度與再現期為年的峰值加快度的經驗關系,帶有較強的主觀判定。

表各設防類型橋梁的抗震設防目標橋梁抗震設防目標設防類型水災作用水災作用類可發生局部輕度外傷,不需修補或經簡略修補可繼續使用類‘一般不受損毀或不需應保證不致傾覆或形成嚴重結構外傷,經臨時加固后可供維持應急交通應用類修補可繼續使用應保證不致傾覆或形成嚴重結構外傷,經臨時加固后可供維持應急交通應用類結語不管是橋梁的抗震設計規范,還是建筑結構的抗震設計規范,逐漸選用多水準設防、多功耗目標的設計方式是一種發展趨勢,現在國外外這些新修訂的抗震設計規范早已選用多級設防的設計思想。我國建筑抗震設計規范從版就開始采納了“小震不壞,中震可修,大震不倒”的五級設防原則;鐵路橋梁抗震設計條例早已選用了兩水平設防、兩階段設計的抗震設計思想;公路安裝工程抗震設計規范規定公路安裝工程應按三個地振動水準進行抗震設計。上述三個規范皆以我國地振動參數區劃圖為基準,即所取用的設計地振動是以年趕超機率%水災再現期為為基準,對應不同的設防水準減去相應的“經驗”系期王克海等:關于抗震設計規范與地振動區劃圖的有關闡述數;而中國對于不同的設防水準,均有一套地振動參數區劃圖與之相對應。

相對而言,我國的抗震設計規范更偏于主觀經驗和辨別,不是真正的多水準設防、多階段設計。可以說,對我國量大面廣的安裝工程結構包括橋梁結構,倘若不做水災安全性評價,現在尚不具有加倉水準、多階段設計的技術條件,我國編制多個海嘯再現期的地振動區劃圖是安裝工程界的緊迫需求。作為抗震設計規范根本的地振動區劃圖,我國自世紀年代以來,已完成了幅全國水災區劃圖,其中第四代地振動參數區劃圖將地振動參數作為指標標識水災危險程度。同時,我國抗震設計規范依據區劃圖的改動進行了相應的修訂,但規范中還是殘留了這些震級的概念。抗震設防震級偏向于主觀經驗,而以水災再現期來標識水災危險程度,從概念的清晰度、使用的便捷性和理論基礎的精確度等來說,都大大優于抗震設防震級。因此筆者建議:為適應抗震設計規范多級設防、多階段設計的發展還要,地振動參數區劃圖編制部門應直接提供多水準的地振動參數區劃圖,即:不同海嘯再現期的地振動區劃圖。我國編制多個海嘯再現期的地振動區劃圖是安裝工程界的急切需求,建議海嘯行業經理部委借鑒美國經驗非常是中國編制的地振動區劃圖盡早修訂我國的地振動區劃圖,以適應我國蓬勃發展土木安裝工程的急切需求。

現在,國外不少人提出“提高三度設防”的概念2023年建筑抗震設計手冊,筆者覺得欠缺科學根據,例如?度區的海嘯峰值加快度為.,提高三度?度就是.,而我國地振動區劃圖提供的是年趕超機率%的加快度峰值,也就是海嘯再現期是年,這么提高三度后加快度峰值所對應的海嘯再現期,在不同地區是不同的。據統計,年趕超機率%水災再現期為年與年趕超機率%水災再現期為年的地層加快度的比值為.?.,平均值為.高孟潭等,。簡略的提高三度設防,有或許促使水災再現期從原先的年提高到年,還有或許只增加到年,這是十分不科學的。因而,筆者建議:選用水災重現期來確定地振動參數,抗震設計規范應徹底舍棄設防震級概念,以海嘯再現期替代原地震危險程度標識方式。參考文獻上海交通科研設計院,.鐵路橋梁抗震設計條例/?..上海:人民交通出版社.高孟潭,盧壽德,.關于下一代水災區劃圖編制原則與關鍵技術的初步解讀.震災攻擊技術,:.胡聿賢,.水災安裝工程學第二版.上海:水災出版社.交通部鐵路規劃設計院,.鐵路安裝工程抗震設計規范?.上海:人民交通出版社.王克海,.橋梁抗震研究.上海:美國鐵道出版社.美國水災局,.美國地振動參數區劃圖?.上海:美國標準出版社.美國建筑科學研究院,.建筑安裝工程抗震設防分類標準.上海:美國建筑工業出版社.,,,,.鐵路結構物抗震加固修繕指南下冊:橋梁,王克海、李茜、莫勛濤等譯.上海:人民交通出版社.