铁路桥梁工程作为一种重要的工程结构,其抗震设防也是在经济性与安全性之间寻求合理平衡。我国《铁路工程抗震设计规范》(2009版)贯彻铁路主要技术政策,体现“解放思想,实事求是,与时俱进,以提高运输能力和提升技术装备水平为主线,全面推进技术创新和体制创新”的原则,突出了“以人为本、服务运输、强本简末、系统优化、着眼发展”的铁路建设理念。
我国《铁路工程抗震设计规范》(GBJ 111—1987)采用的是单一设防水准、一阶段设计的方法。原《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—1989)、美国ASSHO、Eurocode 8均采用的这一理念。实践表明,单一水准设防、一阶段设计存在许多不足,近几十年来,各国的地震工程师先后提出了分类设防的抗震设计思想,即:“小震不坏、中震可修、大震不倒”。日本公路桥梁抗震设计规范(1996年最新修订版)中采用了两水准抗震设防、两阶段设计方法。我国的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)采用三水准设防、两阶段设计的方法;我国的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01—2018)以及《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166—2011)分别给出了两个等级(E1、E2)的地震动参数,进行两个阶段的抗震设计。新西兰抗震设计规范采用三水准设防、三阶段设计的抗震设计方法。
我国《铁路工程抗震设计规范》(GB 50111—2006)采用三水准设防,分别规定了铁路工程构筑物应达到的三个抗震性能标准,以及不同水准下抗震设计的内容和验算方法、对应的构筑物设防目标和分析方法。《铁路工程抗震设计规范》(2009版)规定,在进行抗震设计时,应达到的抗震性能要求如下:
性能要求Ⅰ:地震后不损坏或轻微损坏,能够保持其正常使用功能;结构处于弹性工作阶段。
性能要求Ⅱ:地震后可能损坏,经修补,短期内能恢复其正常使用功能;结构整体处于非弹性工作阶段。
性能要求Ⅲ:地震后可能产生较大破坏,但不出现整体倒塌,经抢修后可限速通车;结构处于弹塑性工作阶段。
其实,对于桥梁工程而言,抗震设防标准的科学决策非常困难,因为桥梁工程的地震损伤分析,特别是由于桥梁工程遭到地震破坏而引起的经济损失和人员伤亡分析在目前条件下很难准确进行。因此,桥梁工程抗震设防标准,在很大程度上是由人们的主观经验和判断决定的,一般考虑以下三个方面的因素:
(1)桥梁的重要性、抢修和修复的难易程度;
(2)地震破坏后,桥梁结构功能丧失可能引起的损失;
(3)建设单位所能承担抗震防灾的最大经济能力。(www.xing528.com)
从我国目前的具体国情出发,考虑到铁路工程的重要性和震后修复的困难程度,本着确保重点和节约投资的原则,对不同的工程给定不同的抗震安全度。《铁路工程抗震设计规范》(2009版)将铁路桥梁工程分为A、B、C、D四个抗震设防类别,并按照表2.2-1中所列的抗震设防类别确定不同的设防标准和设防目标。
表2.2-1 铁路桥梁工程抗震设防类别划分
桥梁工程的重要性分类及其重要性系数的确定实际上是一个设防标准调整的问题,在很大程度上是主观的,必须考虑桥梁结构在整个国民经济综合运输体系中的地位,其分析方法有类比法、校准法、经济优化法和社会效应优化法等几种。我国铁路桥梁的重要性分类滞后于建筑和公路领域,重要性系数应符合表2.2-2的要求。
表2.2-2 各类铁路桥梁工程的重要性系数Ci
历次大地震的震害表明,抗震构造措施可以起到有效减轻震害的作用,而其所耗费的工程代价往往较低。因此《铁路工程抗震设计规范》(2009版)对桥梁抗震构造措施提出了更高和更细致的要求,对A类桥梁抗震措施均按提高一度或更高的要求设计,且要求A类工程的抗震设计应结合场地地震安全性评价结果进行专题研究,其设防标准不得低于B类工程。各类桥梁在不同抗震设防烈度下的抗震设防措施等级按照表2.2-3确定。
表2.2-3 各类铁路桥梁工程的抗震设防措施等级
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