桥梁工程抗震设防标准问题浅析

摘要：本文主要论述了桥梁工程的抗震标准和设防标准，提供了关于国内外设计桥梁的抗震的有关规定，并且结合最近几年研究桥梁抗震中的一些感悟，建议描述设防标准时运用重现期来表达，针对重大的桥梁工程，应该采取多级设防的构思，明确抗震设防标准与设计指标以及性能目标之间的联系，确定设防标准。

关键词：桥梁工程；抗震设计；设防标准

1、桥梁工程抗震设防相关问题分析

国民经济的发展离不开公路交通，我国在大力发展交通时，对桥梁的建设也出现了很大的变化，有非常多的桥梁建设在地震带，所以，抗震设防对桥梁工程进行是非常重要的，因为桥梁对发展地方的经济承担着主要的责任。一旦大型桥梁工程被破坏了，将会导致难以估量的经济损失，因此，一般在建设重大桥梁的过程中，业主会提出提高抗震设防标准要求。然而，各国的抗震设计标准中规定的是最低的设防要求，并且只适合跨度不超过150m的桥梁，因此，抗震设防标准是所有重大桥梁的抗震设计必须要明确的，怎样来确定大型桥梁工程的设防标准，是设计人员面临的一个大难题。

《公路工程抗震设计规范》我国现行的规范，规定的设防水准为50年超越概率10%，也就是重现期是475年，设防烈度是基本烈度，依据抗震救灾的作用和结构重要性划分为四个抗震等级，并使用有关的修正系数对地震力进行调整，但是实际上并没有明确地确定抗震设防标准。由桥梁震害表明，我国的规范对于大型桥梁工程并不能达到安全的期望值，也不能有效地控制地震损失。我国的规范采用的是“单阶段设计、单水准设防”的设计思想，所以，“三阶段设计、三水准设防”或者“多阶段设计、多水准设防”的设计思想会在桥梁抗震设计的实践中孕育发展。

2、桥梁工程抗震设防标准

建立设防原则和设防标准及设防目标之间的关系是抗震设防标准的中心问题，设防标准中的一项很重要的内容是设防水准。确定设防水准其实是一个优化过程，应该考虑到设防目标、在设计基准期之内允许的损失总和以及设防的总投入，而不可以直接地简单地引用区划图给出的一些地震动参数当作设防水准。

2.1、设计基准期和重现期

关于描述地震的危险性一般有两种方法，一种是使用重现期进行描述，还有一种描述法是采用超越概率和设计基准期。但是在工作实践中，往往由于设计重现期与基准期会带来很多不必要的问题，分析这两个概念如下：通常设计公路桥涵结构的基准期是100年，它是通过分析统计可变荷载确定的。地震的重现期是地震重复发生的平均的时间间隔，指在一个场地出现地震，且大于或者等于给定的地震特征值。在安全评价地震的报告中，大多数采用第二种方法，就是由超越概率和设计基准期一起来表征地震的危险性。基准期可以设计成50年或者100年，各个国家没有统一的标准，超越概率可以是2%、5%或者10%等，不同的超越概率和设计基准期相组合后，按照上面的公式可以得出地震重现期，如：某场地100年超越概率19%和50年超越概率10%得出的地震重现期均是475年，就是平均每475年遇一次地震，也就是说两种表达代表的是同样的地震特征，因此不是设计基准期越大，对应的地震力就越大。为了防止混淆便于理解，建议描述场地的地震危险性时尽量使用重现期。

2.2、国内外的设防标准

从国内外桥梁的抗震设防水准可以得出欧洲、加拿大、美国在描述设防水准时都是用重现期。欧洲规范中设计的地震水平大约有475年的重现期。加拿大设计抗震按照1000年的重现期地震。美国规范中把50年超越概率10%，也就是重现期475年的地震水平当作设计地震动。美国准则还给出了两个地震动水准，即由地震危险性的分布图得到的安全评价地震动和由认可组织确定的功能评价地震动，重现期是1000-2000年。对于其他的桥梁设计地震水平按照475年重现期进行。日本不信任概率法，由于当地环境、地理等很多因素，对大部分地区的准确重现期是不明确的。我国的《公路工程抗震设计规范》把50年超越概率10%的地震作为抗震设防依据。我国已经建立的一些大型桥梁如杨浦大桥、虎门大桥、徐浦大桥、南澳大桥、南浦大桥、江阴长江大桥、南京长江二桥、苏通大桥以及润扬长江大桥均采取的双水准设防。

3、针对重大桥梁的设防水准

所谓的设防标准就是指依据地震背景，为保证地震所造成的工程结构损失在社会可接受的范围内或者在规定的限制内，规定工程结构必须具备的重要性――抗震能力。抗震设防标准的确定需要社会科学、工程科学以及自然科学等的配合，最起码保证经济效益和地震安全，然后找出一个最好的平衡点。设防标准包含很多内容，如：地震危险性、设防目标、设防原则、设防水准、设防参数和设防等级等，主要是怎样正确地确定设防原则与设防目标、设防水准之间的关系。

随着人们对抗震资料的积累和对地震的深入认识，原有的抗震设防水准由单一水准慢慢地发展成双水准、三水准以及多水准，并且经过研究建立设防原则与设防水准、目标之间的关系。在设计核电站的抗震时，最先提出分级设防的思路，其目的是在不一致的概率水准的震动下，保证正常和安全的生产，后来被逐渐应用到了大型桥梁等重大工程中。在结构抗震中，最基本的分级设防思路是“大震不倒、中震可修、小震不坏”。在世界各国的抗震标准中，大部分都采取了这个分级设防的思想，但是，在具体的实施保障和设防要求上还有一些差异。注意：在一般情况下，抗震规范只适合设计普通桥梁的抗震，一般大型的桥梁工程采用高于普通桥梁的抗震设防标准。但是，也不是越高越好。在目前，一般大型桥梁工程采用的标准都要参考其他的大型工程已经用过的标准，再综合考虑业主的经济能力、工程重要性及能承受的风险水平范围来最终确定。国内已经建好的一部分大型桥梁工程均是在第一个阶段计算地震作用下承载力，在第二个阶段验算地震作用下的变形、位移。随着逐渐提高认知水平，进而逐渐地明确和细化桥梁的抗震设防标准。

4、结语

工程抗震设防标准作为研究工程防灾减灾的主要内容，是设计地震区工程结构的基本问题，同时也是桥梁工程，特别是设计、分析重大桥梁工程在抗震的过程中必须解决的首要问题。在设计桥梁抗震的过程中应注意，第一，地震重现期的概念明确、简单易懂，用它来表征设防水准，可以避免与设计基准期相混淆，进而产生误解。第二，建造重大的桥梁时，需要分析地震的危险性，并且采用“多阶段设计，多水准设防”或“三阶段设计，三水准设防”的设计理念，参考其他已经建成的大型桥梁，明确性能目标与设防水准及其验算指标的关系，让设防标准明确、细化。

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