JTG/T 2231-01—2020《公路桥梁抗震设计规范》修订简介

唐光武， 郑万山， 刘海明

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067；2.桥梁工程结构动力学国家重点实验室， 重庆 400067)

2020年6月2日，交通运输部发布了JTG/T 2231-01—2020《公路桥梁抗震设计规范》，作为公路工程行业标准，自2020年9月1日起施行。原JTG/T B02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》同时废止。本文对我国公路桥梁抗震设计规范的发展历程、2020年版《公路桥梁抗震设计规范》的修订情况以及使用中的注意事项作简要介绍。

1 我国公路桥梁抗震设计规范的发展历程

1.1 77规范

1977年以前，我国没有颁布专门的公路桥梁抗震设计标准，只有一些可供工程师参考的技术资料。1955年，将前苏联的《地震区建筑规范》(1951年版)翻译引进到国内供设计人员参考。1959年，中国科学院土木建筑研究所受国家建委的委托，参考1957苏联CH-8-57规范编写了《地震区建筑规范草案》。该草案包括房屋、道桥、水坝等多个土建领域，其抗震设计方法主要是采用静力法，没有涉及动力学抗震方法，后因国家建委在1959年被撤销，故搁置了该草案。1964年，由中国科学院工程力学研究所组织编写了《地震区建筑设计规范》草案稿，供设计人员参考，该草案采用了当时国际先进的抗震计算方法——反应谱法[1-4]。

1959年和1964年，我国2次编制的地震区建筑设计规范草案稿都未正式颁发，对桥梁抗震设计只起到指导和参考作用。1966年邢台地震、1967年河间地震和1976年唐山地震等几次强烈地震使得交通运输严重受阻，工程界对震害的认识也逐步提高，同时积累了较为丰富的地震经验。交通部于1977年颁布实施了我国第一部《公路工程抗震设计规范》(试行)[5]，行业内一般简称77规范。77规范共4章，包括公路路基、挡土墙、桥梁(梁桥与拱桥)等公路构筑物的抗震设计规定，对地震荷载、抗震强度与稳定性验算、抗震构造措施等进行了规定。

1.2 89规范

1989年，交通部颁布实施了修订版的JTJ 004—89《公路工程抗震设计规范》[6]，简称89规范。89规范共有5章，包括路基、挡土墙、桥梁(梁桥、拱桥和弯桥)、隧道等构筑物的抗震设计，适用范围扩大到所有公路工程。对地震荷载、抗震强度与稳定性验算以及抗震措施等进行了规定，调整了抗震设防标准，并修订了砂土液化的判别公式。

77规范和89规范没有分级设防和分阶段设计的理念，没有采用基于性能的抗震设计方法，基本还是采用抗震强度和稳定性验算的设计方法，未对桥梁结构的延性能力进行验算和复核，也没有采用能力保护原则对基础、盖梁和支座等进行设计。进行结构抗震计算时没有考虑时程分析法和功率谱法，采用的方法是经典的等效静力法和反应谱法。89规范的结构理论方面改用以分项系数表达的极限状态法，采用重要性修正系数取代77规范中调整设计烈度的方法，避免了成倍地提高或降低地震计算荷载的缺陷。

1.3 08细则

由于桥梁结构的抗震设计与公路其他构筑物具有明显不同的特点，有必要针对公路桥梁抗震设计颁布一部专用行业标注。2008年08月29日，交通部发布JTG/T B02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》[7]，简称08细则。08细则共有11章和4个附录。08细则从适用范围、抗震设计理念和方法等方面，较89规范均有很大进步。

1) 适用范围

08细则将桥梁分为常规桥梁与特殊桥梁，特殊桥梁包括斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150 m的梁桥和拱桥。常规桥梁又根据能否等效成单自由度分为规则桥梁和非规则桥梁。08细则扩大了桥梁抗震设计的适用范围，由规则桥梁扩展到非规则桥梁，针对特殊梁桥的抗震复杂性，08细则也给出了抗震设计原则；针对采用减隔震装置的桥梁，增加了基本原则和相关规定。

2) 设计理念

08细则采用基于性能的抗震设计理念，桥梁抗震设防分为2个水准，并对应2个阶段的抗震设计。第一设防水准采用E1地震作用，是弹性抗震设计；第二设防水准采用E2地震作用，是延性抗震设计，并采用能力保护构件设计原则确保结构塑性发生在预定位置。从抗震设计理念和方法来讲，08细则由原来的仅强度抗震设计修改为强度和延性双指标的抗震设计。对B、C、D类桥梁，08细则规定的E1抗震设防标准是由89规范的综合影响系数和抗震重要性系数反算而来。因此通过第1阶段桥梁抗震计算分析后，可达到与89规范基本相当的抗震设防水平。E1阶段的抗震设防标准总体上和89规范相当。A类桥梁的抗震设防标准是结合国内外已有工程和我国的实际情况确定的。通过第二设防水准的抗震设计，即采用E2地震作用的延性设计，来保证桥梁结构具有足够的位移变形能力，防止结构产生严重的倒塌破坏。通过第二设防水准的抗震验算，能够保证在预期地震作用下结构的位移能力大于位移需求。运用过能力保护构件设计理念，确保结构的塑性铰只出现在预先选定的位置，并且不会产生剪切等脆性破坏。

08细则弥补了89规范延性设计的缺失，桥梁延性能力能否满足规范要求是未知的缺陷。08细则在桥梁抗震设计理念和设计方法等方面紧跟国际抗震前沿技术，其整体水平处于领先地位。自实施以来，08细则对推动我国公路桥梁抗震设计技术进步和提升我国桥梁工程设计人员抗震理念、设计能力等方面发挥了重要作用[8]。

2 JTG/T 2231-01-2020《公路桥梁抗震设计规范》修订情况

2.1 修订需求

2008年“5·12”汶川地震以来，我国在桥梁结构抗震技术方面开展了大量的科学研究，取得了一些重要成果，积累了大量工程经验。同时，在08细则使用过程中，也发现部分内容不能反映最新的桥梁抗震设计理念。为了适应和提高我国公路桥梁抗震设计需求及水平，交通运输部2014年立项对08细则进行修订，并于2020年9月发布实施了JTG/T 2231-01—2020《公路桥梁抗震设计规范》[9]，简称20规范。

20规范重点考虑了与现行桥梁设计相关标准的衔接，其适用于跨径小于等于150 m下部结构为钢筋混凝土结构的梁式桥、圬工或混凝土拱桥的抗震设计。特殊桥梁除满足20规范要求外，还需要根据结构特点进行专门研究和设计。20规范在总结08细则不足的基础上，结合我国近年来的抗震技术成果以及国际抗震技术的新进展，使得20规范的体系更为完善，其内容的适用性和设计方法的可操作性更强。

2.2 修订的总体思路

20规范保持了08细则采用的桥梁抗震设防分类以及两水准设防、两阶段设计的总体技术思路。根据我国的具体情况，考虑桥梁在公路交通中的咽喉作用，本着安全、经济的原则，对重要性不一的桥梁采用不同的抗震可靠性，将公路桥梁分为A、B、C、D四个抗震设防类别，对每一种类别桥梁规定不同的抗震设防标准和性能目标。20规范的桥梁抗震设防类别、设防标准以及性能目标参照08细则，这是依据汶川地震后交通运输部组织开展的相关研究课题的成果制定的，相关研究对汶川地震中重灾区和极重灾区公路桥梁的震害进行了系统的调查、分类和统计分析，不仅对震害机理进行了详细分析研究，还对抗震设防标准进行了检讨和分析。研究成果表明，08细则规定的桥梁抗震设防分类以及抗震设防标准、性能目标是基本合适的。但是，2015年颁布 GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》的地震作用常数由原来的2.25调整为2.5，为与国家抗震设防的方针一致，20规范也作了相应调整。因此，20规范相比08细则，其地震作用也相应的扩大了，对桥梁抗震性能提出了更高的要求。

公路桥梁抗震设计的第1阶段，采用E1地震作用，要求桥梁的延性构件(通常为桥墩)保持弹性状态，主要验算延性构件的强度抗震能力；抗震设计的第2阶段，采用E2地震作用，容许延性构件进入塑性状态，主要验算延性构件的变形(位移)能力。同时，采用能力保护构件计算方法，对基础、承台、盖梁、主梁、支座等进行强度验算，保证不先于延性构件进入屈服状态。对采用减隔震体系的桥梁，主要验算E2地震作用下的结构强度以及减隔震装置的性能。

按20规范设计的桥梁，对A类桥梁，第一设防水准对应的地震重现期为475年，抗震性能目标为弹性；第二设防水准对应的地震重现期约2 000年，桥梁性能目标为有限损伤，地震后能立即对所有交通开放。对采用延性体系抗震设计的B类、C类桥梁，第一设防水准对应的地震重现期不大于100年，抗震性能目标为弹性；第二设防水准对应的地震重现期从475年到2 000年不等，桥梁性能目标为不倒塌，经临时加固后可供抗震救援的应急交通使用；对B类、C类中的斜拉桥和悬索桥，其设防水准采用B类、C类桥标准，对应的性能目标同A类桥；对D类桥梁，采用一水准设防，地震重现期为25年，性能目标为不倒塌[10]。

2.3 20规范的主要修订内容

1) 基本要求

新增桥梁结构抗震体系的概念，桥梁结构的抗震体系主要分为延性和减隔震体系两大类。完善了桥梁抗震概念设计的相关内容，增加了连续梁桥联内各个桥墩之间水平刚度比以及相邻两联之间基本周期比的要求。其目的是为了避免桥梁墩水平刚度相差过大，致使大刚度桥墩承受地震力过于集中的缺陷。如果大刚度矮墩(矮墩)承受过大地震力，有可能会产生剪切破坏等震害，从而引起整座桥梁垮塌。

2) 场地、地基和基础

20规范保持和GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》[11]一致，将I类场地细分为I0、I1两个亚类。对桩基础验算和承载能力调整系数进行了修订。

3) 地震作用

为和国家抗震设防的大政方针一致，设计加速度反应谱的计算常数取值由2.25改为2.5。为了适应该调整，反应谱0.1 s及以下的直线上升段计算公式也做了相应修订，取消了谱比函数的概念，采用竖向场地系数来确定竖向地震作用。此次修订，将竖向设计反应谱的图形和公式进行修订，使水平向设计反应谱的图形与公式一致，采用了不同场地系数、特征周期的规定。为了便于使用，竖向反应谱的场地系数与Ⅱ场地水平向反应谱最大值对应。20规范竖向反应谱的场地系数即表 5.2.2-2 和表5.2.3-2中的数值，是根据一项专题研究的结果归纳的，表达了场地条件对竖向和水平向反应谱最大值之比以及特征周期的影响。该专题研究采用了全球最大的强地震动数据库NGA-west2，该数据库含有607次地震中观测记录的21 539组加速度时程。地震数据以美国西部占多数，也含有我国汶川地震、我国台湾集集地震以及日本、意大利、新西兰、墨西哥等国的4.2～7.9级地震的观测数据，距离震中范围0.44 km～1 162 km。课题组从中选取PGA大于2g且有场地数据的4 435组记录，统计各分组的平均反应谱，提取最大值和特征周期。根据20规范式5.2.2以及表5.2.2-2中场地系数、表5.2.3-2中的特征周期值确定的设计反应谱与统计的平均谱的比较，说明20规范对竖向地震作用的规定反映了地震动反应谱的平均特征，有一定的安全冗余度，在长周期段尤其是安全的[12-15]。

对动水压力部分进行了修订，08细则沿用了89规范的规定，20规范采用附加质量法进行计算，对深水桥墩的计算更为可靠。

4) 抗震分析及验算方法

为了使抗震分析方法更适合工程设计人员使用，20规范对桥梁延性抗震计算方法进行了大幅变更。为降低桥梁进入塑性后的计算难度，20规范缩减了必须采用非线性时程分析方法的范围，相应地扩充了线弹性计算的适用范围。桥梁抗震设计的第2阶段，对于按线弹性方法计算出的结构地震位移，20规范修订了考虑弹塑性效应的地震位移修正系数。对钢筋混凝土墩柱潜在塑性铰区域的抗剪能力计算公式进行了修订，改变了08细则过于保守的设计方法[12]。

5) 细化减隔震体系的设计要求

20规范从减隔震体系桥梁设计理念和计算分析方法做了较大幅度的修订，新增了减隔震体系的简化计算方法和减隔震装置的具体要求。与08细则仅规定减隔震桥梁设计原则相比，20规范的可操作性更强。

6) 明确“抗震构造措施”的等级概念

由原来的地震烈度表达的措施等级变更为1级～4级，以便理解更加直观。墩梁搭接长度计算公式考虑了墩高、跨径和连续梁联长的影响，并将搭接长度计算公式的适用范围由简支梁桥扩大到连续梁桥，较08细则更科学合理。

3 使用20规范的注意事项

在使用20规范进行桥梁抗震设计时，应注意以下事项。

1) 与相关规范配套使用。20规范使用过程中应与最新的《公路桥涵设计》《中国地震动参数区划图》等规范配套使用。在采用桥梁设计相关规范进行抗震验算时，材料取用标准强度或者设计强度要严格按照20规范执行。

2) 从国内外桥梁震害来看，近断裂带区域的桥梁震害较为突出，对桥址位于断裂带附近的桥梁，应按照20规范第5.1.4条规定，由地震安全性评价给出考虑了近断裂效应的地震动参数，并据此进行抗震设计。

3) 对于桥面连续简支梁桥，墩梁搭接长度按照连续梁考虑，各个桥墩与梁之间的搭接长度均需满足公式计算值。

4) 应加强施工质量控制，确保桥梁达到设计的抗震能力，如延性体系桥梁的配筋要求必须得到满足，减隔震体系桥梁的减隔震支座应与桥墩及梁体得到有效连接等。

5) 我国桥梁建设规模不断扩大，桥梁的抗震技术和减隔震装置也得到快速发展。在使用减隔震装置时，应注重新产品和新技术的功能性检验，确保桥梁抗震装置的安全可靠。桥梁支座等相关产品，在使用前应进行严格的试验检测，达到相关产品技术指标要求后，方可采用。

4 结束语

JTG/T 2231-01—2020《公路桥梁抗震设计规范》吸收了近年来桥梁抗震的成熟研究成果，弥补了08细则的一些不足，可操作性大幅增强，达到了当前国际先进水平。在使用过程中，应根据具体情况选择对抗震有利的桥位和合理的结构体系，应注重桥梁抗震设计中的概念设计和局部构造措施，以及施工质量的控制，确保桥梁达到设计的抗震能力。