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[解读] 中美桥梁抗震规范比较 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2011-10-21 09:58:52 |显示全部楼层 |          |
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中美桥梁抗震规范比较
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0 R4 I; G" a' [4 W' q4 b; l                                                                                            文/本刊记者 张萍 刘伶俐
4 r+ \& P# U" h6 C

近年来,地壳活动频繁,地震、海啸等自然灾害频发,对各国交通建设、特别是桥梁损害严重。1994年1月17日04时30分,美国加州北岭发生6.7级地震,死亡57人,财产损失约400亿美元;1995年1月17日05点46分,日本神户发生7.2级地震,伤亡5375人,财产损失约9兆9630亿日元;1999年9月21日01点47分,台湾发生了7.6级地震,伤亡2329人,财产损失约92亿美元;2008年5月12日14时28分,我国汶川发生8级强震,69227人遇难,直接经济损失8452亿元……

日渐频繁的重等级地震不仅对国家建设、国民安全造成了严重的影响,对交通特别是桥梁所造成的损害更难以估计。地震灾害的防治研究已成为一个严峻的课题。桥梁抗震刻不容缓。

2011年5月29日至6月2日,公路工程抗震减灾国际技术研讨会在北京举行。在会中,多国专家、代表就桥梁抗震问题进行了深入交流。借本次契机,我刊记者就桥梁抗震规范问题对国外桥梁专家进行了专访。

自新中国成立至今,我国桥梁抗震设计规范历经三版。

从最早的1975年版到1989年版的

《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89),

间隔了14年。汶川地震之后,

交通运输部颁布了新的《公路桥梁抗震设计细则》,

此次颁布的规范,早在2000年前后即已开始着手研究制定。

汶川地震后,又结合了震区公路桥梁受损的实际情况,

并参考借鉴国外的一些抗震规范,对现行的标准规范进行了补充、修订。

那么,此次规范的修订着重修改了哪些内容?

在规范的细则上有何改进?和美国通用的桥梁抗震规范有何不同?

在规范制定的流程上又有哪些优化?


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新法规

在现有基础上

提高了桥梁的

抗震数据

并对不同等级的桥梁

提出了不同的要求

$ F. W; ~, A( r9 G' H9 M: O' N

中美桥梁抗震规范细则的差异

据了解,新颁布的《公路桥梁抗震设计细则》在现有基础上提高了桥梁的抗震数据,并对不同等级的桥梁提出了不同的要求。在最高等级的桥梁设计要求中,做到“小震不坏,中震能修,大震不倒”。即发生重大地震时,最高等级桥梁可以损坏但不能倒塌。据一位桥梁界专业人士对记者说,我国最新的《公路桥梁抗震设计细则》主要在三个方面做出修订。一是增加了非规则桥梁、特大跨径桥梁的抗震设计原则和相关规定,“非规则桥梁和特大跨径桥梁近几年才在国内广泛应用,因此以往标准中相关内容较少,这次做了补充”;二是在抗震设计中由单指标控制改为双指标控制,“以往只有强度指标,现在增加了变形指标”;三是增加了桥梁延性抗震设计的有关规定,即选择合理的结构布局以增加桥梁的柔性,使其自身具有一定的“减震”能力,避免发生脆性破坏。

而美国目前使用的桥梁抗震规范主要包括两部:LRFD Specifications和Guide Specification for Seismic Deign,主要由美国公路司,包括联邦公路局和加州运输局研发。工程师可从这两个规范中选择使用。第一个规范是美国最新的官方规范,第二个是工程师选择使用时所遵循的规范,但第一个规范更常用。美国内华达州大学国内工程地震研究中心的Ian G.Buckle教授说,“这两个规范每年都会不断地更新,当然,更新的进程可能会很慢,更新的内容也可能很少。但会经常开会、讨论哪些部分需要保留,哪些需要更新。同时,通过研究和亲自奔赴震后现场参观又会学到很多新的东西,例如在汶川地震、智利地震、新西兰地震、日本地震发生后,我们都赶赴现场,查看情况,然后在细节上更新、优化桥梁抗震规范。”

美国当前抗震规范的基本设计目标是防止大地震中的坍塌,美国联邦公路管理局的W.Phillip Yen教授说,在中小地震中,规范的目的是在弹性范围内抵抗地震荷载,而不对结构组件造成严重破坏。在大地震中,目标是全跨或者跨的一部分不发生坍塌。但是,AASHTO(美国公路交通委员会American Association State Highway Transportation Officials)规范考虑到在这些情况下,可以接受有限的破坏,如破坏限制在墩柱的铰弯曲。所以,理想的情况是破坏发生在该地区地面以上,并可以被看见,可以进行检查和修补。

据悉,LRFD作为美国最新的规范,第一版颁布于1994年。而在桥梁抗震规范的制定流程上,AASHTO设有一名主席、一名副主席和一名秘书长。主席和副主席从各州中选出,秘书长则代表联邦政府。AASHTO下设有针对抗震、洪水、钢铁、混凝土等20个技术小组,涵盖全国50个州加上波多黎各和华盛顿特区,每组由6~8人或11、12人组成,其工作主要包括研究、教育、培训、学习、技术调度等等。每年六七月份,20个小组集中到一起进行讨论研究,最终各委员会提出问题及修改规范的建议。大会由委员会主席、副主席和秘书长主持,提出的建议需要经过20个小组共同投票。制定及修改规范都会沿用这个流程。

对于桥梁抗震

要做到即使

大灾难之后

所有的桥梁

仍旧可以使用


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制定桥梁抗震规范的理念

W.Phillip Yen教授说,美国的桥梁抗震设计理念是大小地震分开,对于小中地震,桥梁要做到不倒塌、不受到破坏,而对于大地震而言,桥梁可以受到适度的损坏,但要以不倒塌、不造成人员伤亡为前提,这是一个很重要的理念。

因此,有国外专家认为,桥梁应该能够抗得住灾害而不倒塌,建桥的标准规范是建桥的最低要求。自1967年Sliver Bridge倒塌之后,美国政府于1968年制定了国家桥梁检测规范(National Bridges Inspection Standards),5年前重新修定了该规范。另外,美国还有国家桥梁检查详细目录(National Bridge Inventory-NBI),其内容涵盖了全美国60万座公共桥梁,记录了每一座桥梁的情况。这些桥梁每24个月检查一次,检查的结果都会被记录其中,以帮助避免事故及其他突发性事情导致桥梁停止使用。

另外,有专家建议,在整体而言,规范的修改不应该速度过快,要渐进式地、很谨慎地修改,需要长时间慎重地去考量。目前规范的更改大致有三方面原因:一、大型的灾害。二、桥梁的性能在经历各种不同的大型地震之后会做出比较,孰优孰劣,自会得出结论。三、规范的制定还受到一定的限制,即桥梁不只是为了避震,还有风灾等其他灾害,不能说只做了避震,就忽视了其他的设计。所以,这三个原因需要在宏观上得到一个统筹的协调。

但是,在大地震之后,大部分国家都会马上修改规范,因为震后会发现一些需要马上采取措施、紧急性的修改内容,譬如日本、美国。美国在1971年地震后马上修改了地震规范,其他的国家也都一样。

另外,规范不能制定得太详细,否则工程师就不去思考了。因此,有专家呼吁,包括中国在内的其他国家,大家应该一起合作,彼此之间可以有不同的想法,但是在共享这些信息的过程中,应该能够建立一个全世界的共同的设计理念,在规范上达到最大程度的共识。

抗震规范与桥梁工程的经济性

如何通过规范提高桥梁抵御强震的能力,从而减少桥梁经济成本,这是一个许多、国家都在研究的课题。许多发达国家规定,强震过后,桥梁的损伤可以修补,但是桥梁不能倒塌,交通必须畅通。正如美国佐治亚州技术研究中心的J.David Frost教授所说,对于桥梁抗震,要做到即使大灾难之后,所有的桥梁仍旧可以使用。

据Ian G.Buckle教授介绍,地震对桥梁的破坏力很强,要保证桥梁在震后不受到毁坏,从而最大程度地保证桥梁工程的经济性,必然需要在桥梁设计、维护时花费很高的成本。因此在美国所使用的这两个规范中,允许桥梁出现损坏,并进行修补,但不能出现桥梁停用。因为,若需要停止使用或关闭部分车道,则此时所产生的社会成本会远远大于桥梁本身的成本。

在美国,地震发生后,桥梁无需停止使用也可以修补损伤。比如,桥梁有许多车道,震后仅保留两个车道以便急救车、消防车等救急车辆通过。

J.David Frost教授说,桥梁工程不能仅着眼于工程成本,还要关注诸如全寿命周期成本此类的问题。这样尽管刚开始时费用昂贵,但长期来看,还是很有效的。而目前中国在许多领域,都更着眼于长期的建设及养护成本。

2 P/ n, f2 j4 T1 K) T; D' g

桥梁工程

不能仅着眼于

工程成本

还要关注

诸如全寿命周期成本

此类的问题

对中国桥梁发展的建议

在W.Phillip Yen看来,中国近年来做了很多研究,再加上经济起飞、国内众多人才的涌现,包括很多国外留学的人才也回到国内,他们所带来的各种不同经验,可以帮助中国在各方面,特别是桥梁建设方面取得更好的发展。但是中国需要一个整体性的发展规划,在引用其他国家的经验时,需要思考一个问题,即其他国家如此发展的缘由是什么、背景是什么?因为它很可能在个别国家里具有特别的意义,但并不具有普遍性。因此我们在引用到国内时,必须要知道它所发生的缘由、其特定的历史背景和依据。

因此,有专家建议,每一个国家应有一个国家的特色。所谓的特色包括:建筑桥梁不可能跟其他国家完全一样,因为土质不同,地震所造成的影响也会不同。所以,要把所有因素结合在一起,才能够决定到底哪一个方案是最适合的。我们可以引用国外的先进理念和技术,但要知道其结果背后的深层次原因。只有这样,才能触类旁通,举一反三。

据W.Phillip Yen透露,他现在正在积极地促成明年世界桥梁耐震设计研讨会的成功举办,目前已邀请了包括中国在内的多国桥梁界人士参加,这是一次桥梁抗震方面的国际性盛会,也是在2008年北京全世界第一次工作会议以后,国际上又一隆重的桥梁抗震盛会。他希望全世界在抗震方面能够互相共享信息,真正做到资源共享和互助合作。

而对于年轻的桥梁工程师,J.David Frost教授说,他很希望中国年轻的工程师可以同他一起工作,因为他认为中国的年轻工程师都很优秀,善于解决难题,并具有较强的理解能力,但缺点在于提问能力较差。“如果他们跟我一起工作,我将使他们善于问问题,因为大部分时候,他们都安逸于被人告诉做什么。而善于问问题,这点很重要,这并不是质疑权威,而是开拓不同的思维,不同的解决办法。”, \% [- b$ X6 B2 X1 V; m$ n


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