【摘要】本文對世界主要的橋梁結構抗震設計規范基礎部分的現狀進行了概略的比較，著重介紹日本橋梁抗震設計規范中基礎的設計方法，并指出了中國現行《公路工程抗震設計規范》基礎部分中存在的一些不足。
關鍵詞 橋梁 基礎抗震設計 日本規范

一、引言
近十年來，世界相繼發生了多次重大地震，1989年美國 Loma Prieta地震（M7.0）、1994年美國Northridge地震（M6.7)、1995年日本阪神地震（M7.2）、1999年土耳其伊比米特地震（M7.4）、1999年臺灣集集地震（M7.6）等等。因此，專家們預測全球已進入一個新的地震活躍期。隨著現代化城市人口的大量聚集和經濟的高速發展，地震造成的損失越來越大。地震災害不僅是大量地面構筑物和各種設施的破壞和倒塌，而且次生災害中因交通及其他設施的毀壞造成的間接經濟損失也十分巨大。以1995年日本版神地震為例，地震造成大量高速公路及高速鐵路橋隧的毀壞，經濟總損失高達1000億美元。
近幾次大地震造成的大量橋梁的破壞給了全世界橋梁抗震工作者慘痛的經驗教訓。各國研究機構紛紛重新對本國橋梁抗震規范進行反思，并進行了一系列的修訂工作。日本1995年阪神地震后，對結構抗震的基本問題重新進行了大量的研究，并十分重視減振、耗能技術在結構抗震設計中的應用。橋梁、道路方面的抗震設計規范已經重新編寫，并于1996年頒布實施。美國也相繼在聯邦公路局（FHWA）和加州交通部（CALTRANS）等的資助下開展了一系列的與橋梁抗震設計規范修訂有關的研究工作，已經完成了ATC－18，ATC－32T和ATC-40等研究報告和技術指南。與舊規范相比，新規范或指南無論在設計思想，設計手法、設計程序和構造細節上都有很大的變化和深入。
中國現行《公路工程抗震設計規范》（JTJ004－89）在80年代中期開始修訂，于1989年正式發行。隨著中國如年代經濟起飛，交通事業迅猛發展，特別是高速公路興建、跨越大江，大河的大跨橋梁、大型立交工程以及城市中大量高架橋的興建，規范已大大不能適應。但是目前所有國內的橋梁設計，對抗震設計均在設計書上標明的參照規范即是《公路工程抗震設計規范》和《鐵道工程抗震設計規范》。與國外如日本、美國的同類規范相比，中國現行《公路工程抗震設計規范》水準遠落后于國外同類規范。若不進行改進，則必將給中國不少橋梁工程留下地震隱患。
本文主要介紹了各國橋梁抗震設計規范中基礎部分的抗震設計。基礎部分對全橋的地震響應以及墩柱力的分布均有非常重要的影響。基礎設計不當會導致橋梁墩柱在地震中發生剪斷、變形過大不能使用等等，有時甚至是樁在根部直接剪斷破壞。基礎設計需要考慮的方面除了基礎形式的選擇以外還包括抗彎強度、抗剪強度樁基礎連接部分的細部構造、錨固構造等方面。本文首先對中、美、日、歐洲、新西蘭五國或地區抗震設計規范中有關基礎的部分進行了一般性的比較。筆者認為，相對而言中國的規范在基礎抗震設計方面較為粗糙、可操作性不強。而日本規范在這方面作的最為細致，技術也較為先進。因此，在隨后的部分中詳細介紹了日本抗震規范的基礎設計方法。

二、主要國家橋梁抗震規范基礎抗震設計的概況
本文將中國橋梁抗震規范與世界上的幾種主要抗震規范（美國的AASHTO規范、Cal－tans規范、ATC32美國應用技術協會建議規范，新西蘭規范NZ，歐洲規范EC8，日本規范JAPAN）進行基礎抗震設計方面的比較，見表1。

從表1可以看出，中國橋梁抗震設計規范有關基礎設計的部分十分籠統，只以若干定性的條款，從工程選址方面加以考慮，而對基礎本身的抗震設計，特別是對于樁基礎等輕型基礎抗震設計重視不夠。這方面，日本的橋梁抗震設計規范和準則規定得比較詳細，是我們應當學亂之處。基于阪神地震的經驗，地震后橋梁上部結構的修復和重建都比下部基礎經濟和省時、省力，因此橋梁基礎的抗震能力的要求應比橋墩高。

三、日本橋梁基礎抗震設計流程

四、日本橋粱基礎抗震設計方法細節
1.按上述流程圖，先用震度法設計。震度法基本概念是把設計水平震度
Kh乘以結構Kh的計算方法如下：

其中Cz--地區調節系數（見表2）；
Kh0--設計水平震度的標準值（見表1）。

表1中的固有周期T計算方法如下：

其中， δ是把抗震設計所確定的地基面以上的下部結構質量的80％或100％和該下部結構所支承的上部結構質量的 100％之和作為外力施加到結構上在上部結構慣性力作用點位置發生的位移（見表3）。

2．用震度法設計以后，如果基礎結構是橋臺基礎或者橋墩的擴大基礎，不需要用地震時保有水平耐力法設計。這是因為設計橋臺基礎時，地震時動力壓力的影響非常大，此外結構背面存在的主體也使結構不容易發生振劾。而對于擴大基礎來說一般地基條件非常好，因此，地震時基礎某些部位轉動而產生非線變形可以消耗許多地震能量。
3．用地震時保有水平耐力法設計時，首先要判斷基礎水平耐力有沒有超過橋墩的極限水平耐力。這是因為地震時保有水平耐力法的基本概念是盡量使地震時在橋墩而不是在基礎出現的塑性鉸。如果在基礎出現塑性鉸，發生損傷后，修復很困難。所以，我們要把基礎的行為控制在屈服范圍內。
如果基礎水平耐力小于橋墩的極限水平耐力，則要判斷橋墩在垂直于橋軸方向的抗震能力是不是足夠大（按式（3))。因為如果橋墩在垂直于橋軸方向具有足夠大的抗震能力（例如壁式橋墩），而且基礎的塑性反應在容許范圍以內，則基礎的非線性行為能吸收大量的振動能量并且基礎仍然是安全的。
橋墩的極限水平耐力Pu≥1.5KheW （3）

Khco--設計水平震度的標準值（見表4）；
Cz--地區調節系數（見表2）；
μa--容許塑性率（見表5，表6）；
W－一等價質量（ W=Wu十CpWp）；
Wu--振動單位的上部結構質量；
Wp--振動單位的橋墩質量；
Cp--等價質量系數（剪斷破壞時1.0，剪斷破壞以外是0.5）。

4．橋墩的極限水平耐力滿足Pu≥1.5KheW時，對基礎塑性率進行對照檢查。雖然基礎的非線行為能吸收大量振動能量，但是對于有的基礎部件來說，可能會遭受過大的損傷。所以要控制基礎的反應塑性率，按如下要求：
μFR≤μFL （4）
式中μFR--基礎反應塑性率（見表7）；
μFL--基礎反應塑性率的限度（見表8）。

5．發生液化時，要降低土質系數。隨后的計算（對照和檢查）同上述方法基本一致。
6．在地震時保有水平耐力法的流程中，最后是對基礎水平位移、轉角的對照和檢查。要求是基礎最大水平位移為40cm左右，基礎最大容許轉角為0.025rad左右。

五、結語
本文對世界主要的橋梁抗震設計規范的基礎設計方法進行了一定的比較，主要介紹了日本橋梁抗震設計規范的基礎設計方法。總的來說，日本的基礎設計方法規定比較細致，相對而言，中國現行《公路工程抗震設計規范》的基礎設計方法比較籠統，對于擴大基礎和樁基礎沒有分開規定。這一點，在新規范制定時應予以重視。

參考文獻
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[3]交通部公路規劃設計院主編．公路工程抗震設計規范（JTJ004．89）．北京：人民交通出版社，1990
[4]交通部公路規劃設計院．公路工程抗震設計規范（JTJ004－89）條文說明．北京：人民交通出版社，1992