经验交流：21世纪斜张桥的抗震问题（一）

文摘:斜张桥的抗震设计是全世界桥梁工程师十分关心的一大技术难点。本文详细介绍了世界各国桥梁的抗震规范、抗震设计思想和抗震设计方法。
关键词:斜张桥抗震设计
现代斜张桥的抗震问题早在上世纪70年代就已受到关注。美国于1978年建成的Pasco-Kenewick预应力混凝土斜张桥位于强震区，是典型的三跨斜张桥。主梁塔柱位置，没有竖向支撑，只有横向约束。在锚固墩上，一端为固定支座，另一端设有伸缩缝。当遇到纵向地面加速度超过抗震设计要求的强震时，固定支座上的钢筋将被切断。此时，主梁仅通过缆索悬挂在塔架上。在地震荷载作用下，主梁纵向悬挂，在悬挂过程中消耗能量，增加振动周期，降低结构响应。这就是现在广泛使用的“悬挂系统”。其减震效果明显，但结构的纵向位移也相当可观。这种设计理念很快被世界各地的桥梁工程师所接受，中国地震区的大部分斜张桥都被设计成悬挂系统。
由于现代斜张桥历史不长，很少有强震。因此，除了在1995年阪神地震中，一座主跨485米的钢斜张桥及其边墩的钢摇杆螺栓脱落外，没有其他关于斜张桥震害的报道和调查资料。这座斜张桥的主桥结构在地震后依然完好无损。原因可以归结为两个方面。一方面，斜张桥是一种周期较长的柔性结构，地震荷载作用下的内力响应一般以位移控制而不是控制。另一方面，随着大跨度桥梁的发展，人们越来越重视结构的抗震性能，对大型结构的抗震性能要求进行专门研究，以保证结构的安全性。而且近年来经过几次强震，如1906年的旧金山大地震(8.3级)、1923年的关东大地震(8.2级)等。人们对以往的抗震设计方法进行了反思，修订了以往的抗震设计规范。有人说地震设计史就是地震灾害史，这是真的。本文将简要介绍各国桥梁抗震规范的设计思想和主要设计方法。
1各国桥梁抗震设计规范介绍
目前世界各国桥梁抗震设计规范除了欧洲规范(8)第二部分(桥梁)规定本规范也适用于斜张桥外，并没有专门针对斜张桥的抗震设计规范，美国土木工程学会斜张桥委员会90年代编写的《斜张桥设计指南》中也有一些关于斜张桥抗震设计的规定。1971年，中国发行。
1976年唐山大地震极大地促进了桥梁抗震研究的快速发展。铁道部和交通部组织了一个科研小组，在上世纪80年代对这两个规范进行了修订。修订后的规范仅适用于跨度小于150m的钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥、圬工或钢筋混凝土拱桥，不包括超大跨度桥梁。194欧洲标准化委员会采用了欧洲规范(8)第二部分(桥)的试验版本，该版本于1997年修订并作为正式规范实施。日本的抗震设计要求是由日本道路协会作为《道路设计规范》(道路地图册)第五部分“抗震设计篇”提出的。最新版本是在1990年，但由于1995年阪神大地震中许多桥梁的表现不尽人意，该版本也在修改中。在修订之前，日本道路协会下属的公路桥梁抗震措施委员会已经发布了一些试验性的修订设计指南，这些指南于1996年6月发布，标题为“阪神地震中受损公路桥梁的重建和修复指南说明”。新西兰桥梁设计手册“抗震设计”给出了设计步骤，该手册于1994年提出，并于1995年6月更新。目前美国有两个桥梁设计标准，都包含抗震设计条款，由AASHTO协会颁布。
第一部分以容许应力为基础，标题为“公路桥梁设计标准”(AASHTO，1992)。抗震设计内容在第I-A部分，第二部分以极限状态理论为基础，标题为“LRFD桥梁设计标准”(AASHTO，1994)，要求地震荷载响应和风荷载、冲刷荷载、冰荷载、船舶碰撞力等其他荷载效应应包含在不同的章节中。第一版于1994年出版，并于1995年修订。加州运输部(Caltrans)也制定了一套类似AASHTO规范，但又不完全相同的独立规范。这套规范作为“桥梁设计规范”的一部分出版，必要时由“设计者备忘录”补充(Caltrans，1995)。由于1989年洛马普列塔地震中旧金山湾区的许多主要桥梁遭受了不可接受的地震破坏，加州交通部要求其应用技术委员会(ATC)对设计标准和程序进行彻底修订。这一修订已经完成，其最终报告中的许多建议已被加州交通部采纳。