大跨度铁路斜拉桥抗震设计方法初探

1、申请同济大学工学博士学位论文大跨度铁路斜拉桥抗震设计方法初探培养单位：土木工程学院（填所在院、系、所）一级学科：土木工程二级学科：桥梁工程研究生：马坤全指导教师：范立础院士一五年六月摘要摘要由于斜拉桥具有造型美观、跨越能力强、跨径布置灵活和施：干扰少等特点，并具有良好的力学性能及经济指标，因此，自上世纪年代以来，现代斜拉桥发展非常迅速，跨径不断增大，技术不断进步，目前我国在建的苏通大桥主跨已破千米大关，达；大跨度铁路斜拉桥的建设也不甘落后，目前丹麦已建成主跨的厄勒海峡桥，列车最高时速达公里；随着主跨的公铁两用斜拉桥一芜湖大桥于年建成通车，我国大跨度铁路斜拉桥的建设也已进入一个新的发展时期，我国

2、正在设计研究主跨大于的客货混跑的铁路斜拉桥。由于铁路列车活载大、运行速度高以及列车运行平稳性和旅客乘坐舒适性要求高，因而大跨度铁路斜拉桥除需具备合理的结构受力体系，较好的抗风、抗震性能外，还需要具有较大的竖、横向刚度。就大跨度铁路斜拉桥抗震设计而言，应包括两个方面，其一是结构的抗震性能设计，其二是地震时铁路列车走行安全性分析。前者因荷载及结构体系与大跨度公路斜拉桥有所不同，其抗震性能仍需另行研究，后者则是因铁路列车运行方式的特殊性而产生的大跨度铁路斜拉桥抗震设计研究独有的问题。因此，本文为满足大跨度铁路斜拉桥合理抗震设计的需要，比较系统地探讨大跨度铁路斜拉桥抗震设计方法。其主要内容如下：（）总

3、结分析国内外大跨度铁路斜拉桥的建设现状和发展趋势，阐明其结构体系及其抗震设计特点；在整理分析国内外现有铁路桥梁及大跨度公路斜拉桥抗震设计方法研究成果的基础上，提出大跨度铁路斜拉桥抗震设计中存在的主要问题及需解决的研究课题。（）从桥梁抗震设计的机理出发，通过总结分析一些国家或地区普通桥梁抗震设计规范对重要性等级最高的桥或大跨度桥梁的抗震设防标准及抗震性能要求的规定，并参考国内外公路及铁路桥梁抗震研究成果，针对大跨度铁路斜拉桥的实际结构体系和使用功能要求，提出大跨度铁路斜拉桥的二级抗震设防标准及其抗震性能目标，并对其两阶段抗震设计思想进行初步阐述。（）以我国拟建的某主跨为的双塔双索面公铁两用斜拉桥

4、为实例，初步探讨大跨度铁路斜拉桥抗震“概念设计”方法。（）通过对大跨度公铁两用斜拉桥动态时程地震响应分析及塔梁连接阻尼器参数摘要敏感性分析，详细讨论大跨度铁路斜拉桥地震响应动态时程分析法及塔、梁间连接装置的合理设计和参数的优化方法。（）以随机振动理论为基础，采用轮轨蠕滑理论，建立车一桥空间耦台振动系统地震响应计算模型，计算分析地震时列车通过大跨度斜拉桥的走行性，并对地震发生时，各种类型列车过桥的抗脱轨安全性进行讨论和检算。初步提出地震时列车通过大跨度铁路斜拉桥的运行安全性标准，初步探讨地震作用时，列车与大跨度铁路斜拉桥系统空间耦合振动分析理论，编制地震时车桥系统空间耦台振动响应计算软件，并实际

5、应用于地震发生时列车过桥的安全性及平稳性检算与评估。（）根据本文研究结果，并借鉴国内外大跨度桥梁抗震设计研究成果，总结提出可直接应用于工程实践的大跨度铁路斜拉桥抗震设计实用方法及其操作流程。关键词：铁路桥梁、大跨度斜拉桥、抗震设计、列车走行性、车桥耦合振动，（）（）（），。，：，一一，“。，“。“，：学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：岛每易个。岁年月日经指导教师

6、同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月目本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人

7、承担。签名：马脚个口岁年月日第一章概述第一章概述大跨度铁路斜拉桥建设概况与结构体系建设概况斜拉桥具有造型美观（平行双索面、斜索面或中央单索面配以各种不同造型的桥塔，形成刚性塔和轻型漂浮桥面的风格，或者刚性桥面辅以挺拔塔柱的另一种姿态）、跨越能力强（斜拉索作为一种拉索结构，比梁式桥有更大的跨越能力，而且由于拉索的自锚特性，不需要如同悬索桥那样的巨大锚碇，在河口海岸的软土地基上需要建造大跨度桥梁时，具有竞争力和可行性）、跨径布置灵活（在特定的地形条件下布置斜拉桥，中跨很大，边跨很小，可采用部分地锚，如西班牙卢纳桥和我国郧阳汉江桥两座大跨度混凝土斜拉桥，边主跨比仅为及）和施工干扰最少（斜拉桥适合于预

8、制节段悬拼或挂蓝悬浇，对航运的干扰最少）等特点，并具有良好的力学性能及经济指标。因此，自上世纪年代以来，现代斜拉桥发展非常迅速，跨径不断增大，技术不断进步。目前国内外已建成的主跨以上的斜拉桥已超过座，其中我国也已建成主跨大于的斜拉桥座左右口。尽管大跨度斜拉桥己在世界范围内得到飞速发展，其最大主跨己达，并且突破千米大关只是时间问题”，但由于铁路列车活载大、运行速度高及列车运行稳定性和旅客舒适性要求高等特点，因而要求大跨度铁路斜拉桥除具备合理的结构受力体系，较好的抗风、抗震性能外，还需要具有较大的竖、横向刚度，因此，大跨度铁路斜拉桥发展相对滞后。目前，世界范围内己建成的主跨以上的铁路（均为公铁两用

9、模式）斜拉桥约为座，列车最高时速为。表表示国内外已建成的主跨以上铁路斜拉桥主要特征，其中，岩黑岛桥和柜石岛桥，”，设计时为四线铁路，其中两线为既有线，设计行车速度为，另外两线为新干线，设计行车速度为，建成至今，只开通了两线。由表可知，目前世界上已建成的大跨度铁路斜拉桥（主跨）均为双塔双索面三跨连续体系，边跨根据需要确定是否设置辅助墩，主梁均采用竖、横向刚度较大的桁架式或钢格子梁形式，公路桥面均采用钢或混凝土桥面板体系，而铁路桥面则根据具体情况分别采用结合梁体系或纵、横梁桥面体系。但上述已建成的大跨度铁路斜拉桥的铁道载荷标准远低于我国的中活载（如日本岩黑岛桥和柜石岛桥的铁路活第一章概述载每延米仅

10、，加载长度也限制为（）及（），相当于我国的地铁客运荷载：香港汲水门大桥的铁路荷载采用的是节轴重车辆或节轴重车辆或个相距米的集中荷载，疲劳荷载采用节轴重车辆鸭丹麦厄勒海峡桥设计铁路活载标准为活载）”。并且列车设计速度（）也低于我国高速铁路设计时速达，基础设施还应满足的要求随。表已建成铁路斜拉桥（主跨）概况序号桥名岩黑岛桥柜石岛桥汲水门桥厄勒海峡桥国家日本日本中国香港丹麦桥面类型上层钢桥面板下层纵横粱体系上层钢桥面板下层纵横梁体系结合粱上层混凝土板结合桥面下层正交异性板道碴桥面续表跨径）竣工笠铁路设计时速（，）边跨与主跨比已建成铁路斜拉桥（主跨，）概况塔数序号桥名岩黑岛桥柜石岛桥汲水门桥厄勒海峡桥

11、结构体系塔粱连杆吊拉塔粱连杆吊拉梁马湾塔固结索面数主梁形式桁架桁架钢格子梁华伦式钢桁粱梁高（）梁宽（）高跨比续表已建成铁路斜拉桥（主跨）概况序号桥名岩黑岛桥柜石岛桥汲水门桥厄勒海峡桥宽跨比，索面形状扇形扇形扇形扇形桥塔横向形式折线形折线形形塔高（）塔高与跨径比备注双层行车双层行车砼边跨取层行车：表中塔高为从桥面至塔项的高度。主跨的公铁两用斜拉桥一芜湖大桥于年建成通车【，标志着我国铁路斜拉桥的建设己进入一个新的发展时期，即将开工建设的武汉天兴洲公铁两用长江大桥即为主跨的客货混跑的三线斜拉桥【，京沪高速铁路南京越江工程桥梁方案一上元门大桥也为主跨的铁路斜拉桥【】，其最高设计时速达以上。由此表明，我

12、国铁路斜拉桥的建设将向更大跨度、更高车速方向发展，并进入世界铁路斜拉桥建设的先进行列。结构体系（）结构总体布置第一章概述大跨度铁路斜拉桥可根据地质、水文及通航条件分别布置成独塔、双塔及多塔形式。在总体布置方面，独塔斜拉桥省去了一个桥塔，其独塔的塔基可选择建在地基较好的一岸，从而降低了塔基造价，免去了在地基较差一岸修建塔基的昂贵费用；独塔斜拉桥的主梁由于平衡孔只需一个，主梁总长比双塔的短；此外其斜索的用量在一般情况下，与双塔的用量相差无几。在动力性能方面，独塔斜拉桥的整体刚度通常较高，容易满足列车运行稳定性及旅客舒适度要求，并且有良好的抗风性能，其抗震性能也由于不具有双塔之间地震波的相位差而较佳

13、；在其静力性能方面，独塔斜拉桥的活载挠度较双塔小，无索区长度也可较大。为使独塔斜拉桥受力合理，造型优美，在其设计中可采取如下措施：（）为了能用较短边跨平衡较大的中跨，边跨要用重型混凝土；或采用主跨为钢主梁而边跨为混凝土主粱的混合梁体系。（）由于中跨倾覆力矩较大，为此，可将竖直的塔身稍稍向后倾斜，倾斜角约在之间。（）吊住前方中跨的斜拉索宜用密索体系（索距可减小到），并用镀锌或银灰色的油漆，显得斜拉索网好象面纱一样轻薄，而不压住中跨。而边跨的斜拉索距就要大一些，甚至将几根合而为一，显得它既有很大的平衡拉力，又给人以能够承受压力的感觉。（）由于主跨索距较小，两索间弯矩不大，主梁梁高可设计得较低。（）

14、从结构方面考虑，宜在边跨加设个辅助墩，使它能产生拉力作用。这个桥墩地面以上的尺寸不宜过大，而地面以下的基础部分可按平衡力矩的需要加以扩大。双塔斜拉桥是国内外应用最多的大跨度公铁两用斜拉桥的形式。双塔斜拉桥因其桥塔被尾索和锚墩有效支承，所有荷载大部分变为轴向力由主粱、桥塔和斜拉索承受，因而，活载作用下主梁和桥塔中的弯矩较小。双塔三跨斜拉索作为一种自锚体系，在一定的跨径范围内，将优于其他类型的桥梁。但双塔斜拉桥随其跨度的增大而逐渐将水平力累积到主梁跟部（桥塔处），从而使主梁跟部的轴向力增加到很大值，如果主粱截面积较小，由此而产生的轴向压应力就会很大，同时，还会由于主梁截面抗弯模量小，而导致主粱的压

15、屈失稳。如果加大主梁的截面，则使造价明显增加。为此，可考虑采用多塔斜拉桥。就多塔斜拉桥而言川，其中间的桥塔，既无尾索也无锚墩，在一侧活载作用下会第一章概述在桥梁主梁和桥塔中产生较大的弯矩和位移，于是斜拉桥的优点就消失了。对于铁路斜拉桥，亦不利于列车运营稳定性。虽然通过增大桥塔和基础的尺寸从而增强中间桥塔的刚度能克服上述不足，但相应的造价则显著增加。用缆索来增加中间桥塔的刚度则是独具风格的加劲体系。但加劲体系的加劲效率与基本体系中塔梁连接情况有关，对活载作用下漂浮体系的弯矩降低尤其显著，但此时塔跟部沿桥轴向的风荷载弯矩较大，采用加劲索的外锚方式可以解决这个问题。此外，加劲索的加劲效率还与加劲索的

16、刚度有关，当索较长时，加劲索在恒载作用下的初始应力必须保证定水平。在保持加劲索的应力水平条件下，增加其面积可以提高加劲效率。（）斜拉索的布置斜拉索的布置与所采用的跨度比有密切的关系，其合理布置形式应为由外荷载产生的主梁的正、负最大弯矩的绝对值能达到大致相等。为此，边跨上段斜索在主粱上安装位置应尽量靠近端部桥墩，并将边跨的其他斜索固定于边跨等分点附近，主跨一侧斜索在主梁上的锚固位置宜与边跨布置基本对称或者按照跨度比的关系，上段斜索在主梁上的安装间距稍微大一些。至于斜拉索在索面内的布置形式主要有放射形、扇形和竖琴形三种，从受力及经济角度来看，放射形较优。但放射形的斜索集中汇交于塔顶上，塔顶构造细：

17、岢较为复杂。而竖琴形因所有斜索的斜角相同，而使其塔上锚周点的间距较大。扇形布置则介于两者之间，它的斜索垂直分力小于放射形而大于竖琴形，水平分力大子放射形但小于竖琴形，并且塔上锚固的间距亦介于放射形和竖琴形之间。因此，大跨度铁路斜拉桥宜采用扇形布置。（）斜素的锚拉体系与粱体的支承体系斜拉桥大多采用自锚式。自锚式斜拉桥的塔前侧斜索分散锚固在主跨粱体上，而塔后侧的斜索除最后一根锚固在端支点处之外，其余则分散锚固在边跨梁上，或集中一部分斜索锚固在端支点附近的梁体上。锚固在端支点处的最后一根（组）斜索一般具有较大的截面，它被称为端锚索或尾索，是斜索体系中的最重要的一根（组）斜索，它的索力最大，对控制塔顶

18、变位起重大作用，在自锚体系中，斜索的水平分力由梁体的轴力来平衡。斜拉桥的梁体除了用斜索以弹性支点的形式来支承外，在纵，横、竖三个方向均应在边墩及塔墩上有所支承。第一章概述（）竖向支承：一般在边墩、辅助墩及桥塔处皆设有支座，将主梁支承于墩顶及桥塔（或塔柱间的横梁上）上。（）横向支承：一般在端支点和中间支点（塔墩）处皆设有横向支座来共同抵抗横向水平力。为提高大跨度斜拉桥的抗震安全性，宜在边墩顶及辅助墩上设置横向限位构件，构件的强度由桥墩或其基础的强度控制。这样，一旦地震反应超过了限位构件的强度，则构件破坏失效，桥面系的惯性力不会传递到桥墩中，从而桥墩的安全性得到了保证。同时，如采用橡胶缓冲挡块等，

19、则抗震效果会更好。（）纵向支承：纵向支承条件的决定要考虑地震惯性力、温度的变化、制动力和风力等引起的纵向位移量。特别是纵向地震力，它随支承条件的不同会有很大的变化，对温度变化的影响要考虑结构的温度应力和钢轨伸缩调节器的伸缩量，纵向风力有时也会控制桁梁形式的主梁设计。塔梁纵向连接方式主要有：（）塔梁不对称约束体系：左塔处设固定铰支座，右塔处设滑动铰支座；（）半飘浮体系：双塔和主梁均设有纵向滑动铰支座：（）塔粱固定铰支承体系：双塔和主梁均设固定铰支座；（）塔梁弹性约束体系：双塔与主梁之间采用纵向弹性约束装置，如弹性索等；（）阻尼减震支座：双塔与主粱之间设置抗震支座、阻尼器等装置。综合分析可知，为确

20、保塔底的内力和梁端位移均相对较小，（），（）两种塔梁纵向连接方式值得推荐，尤其是阻尼减震支座的应用，既可减小结构原有的纵向刚度而减小地震的影响，又可减小温度影响。阻尼减震支座在力学观点上是比较理想的，应着手对其进行深入的设计研究。桥梁震害分析桥梁震害现象，地震对桥梁的破坏现象，系统地揭示出结构设计和施工中的缺陷，甚至是最微小的缺陷。从历次破坏性地震中，人们经过调查总结发现，桥梁的震害主要表现为：（）上部结构的破坏：上部结构自身因直接的地震动力效应而毁坏的现象极为少见，但因支承连接件失效或下部结构失效等引起的落梁现象，在破坏性地震中常有发生。从梁体下落的形式看，有顺桥向的、也有横桥向的和扭转滑移

21、的，但统计数字表明，顺桥向的落梁占绝大多数。梁在顺桥向发生坠落时，梁端撞击桥墩侧壁，给下部结构带来很第一章概述大的破坏。（）支承连接件破坏：桥梁支座、伸缩缝和剪力键等支承连接件历来被认为是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的一个环节，桥梁支承连接部位的震害较为普遍。由于支承连接部位的破坏会引起力的传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。在我国海城、唐山地震中，就有不少支座破坏以及连接措施不当引起落梁的例子。（）桥台、桥墩破坏：严重的破坏现象包括墩台的倒塌、断裂和严重倾斜；对钢筋混凝土桥台和桥墩，破坏现象还包括桥墩轻微开裂、保护层混凝土剥落和纵向钢筋屈曲等。（）基础破坏：扩

22、大基础自身的震害现象极少发现，然而有时因不良的地质条件，也会出现沉降、滑移等；桩基础的承台由于体积、强度和刚度都很大，因此也极少发生破坏，但桩基的破坏现象则时有发生，尤其是对深基础。由于现代斜拉桥的历史不长，遇到强震的情况很少。另一方面，斜拉桥是一种长周期的柔性结构，地震荷载作用下内力反应一般不起控制作用而由位移控制；并且随着大跨度桥梁的发展，人们对结构的抗震越来越重视，对大型结构的抗震性能要求作专题研究，以确保结构的安全性。因此对斜拉桥的震害报道较少。尽管如此，在最近几次大地震中，大跨度斜拉桥也出现了遭受震害的实例，主要表现为边跨脱落、支承系统以及细部结构的破坏。在年阪神地震中，位于地震区的

23、主跨的双层桥面钢斜拉桥边跨桥墩上的钢摇轴栓钉脱落；而在年台湾集集大地震中，一座斜拉桥的主塔根部也遭到严重破坏。桥梁震害成因，桥梁震害产生的内因，基本可以归结为结构设计和构造两方面的缺陷，并可总结归纳为以下几类：（）由于支承连接件失效所致一在地震中，如果支承连接件不能承受上、下部结构的相对位移，支承连接件就可能失效。支承连接件失效的原因，主要是低估了相邻梁跨之间的相对位移。过去在计算上部结构的地震位移反应时，方面使用了偏低的设计地震力，另一方面往往使用全截面而非开裂后的截面来计算刚度，人为地低估了设计位移值。第一章概述（）由于下部结构失效所致一下部结构失效，主要指桥墩和桥台失效。由于墩台失效，其

24、支承的上部结构也将遭到严重的破坏。钢筋混凝土桥墩大量遭受严重破坏，是近期桥梁震害的个特点。桥墩遭受破坏的内因主要包括：（）设计抗弯强度不足。（）设计抗剪强度不足。（“）构造缺陷。即横向约束箍筋数量不足和间距过大，因而不足于约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲；纵向钢筋在墩底搭接或焊接：纵筋在桥墩中过早切断；纵向钢筋和横向钢筋锚固长度不足；箍筋端部没有作成弯钩等。（）由于软弱地基失效所致。如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱的话，下部结构就可能发生沉降及水平方向移动。对建造于松散饱和砂土层的基础，由于地基的液化会导致承载力的严重下降，还可能导致岸坡滑移并对墩、台形成巨大的挤压力，从而引起墩台的倒

25、塌或折断。因此，在桥梁选址时，应尽量避开活动断层及其临近地段，避开危及桥梁结构安全、有可能滑坡或崩塌地段，避开有可能液化的软弱土层地段。如果无法避开上述地段，则应考虑对地基进行处理或采用深基基础。桥梁震害启示【，总结桥梁震害教训，尤其是最近十年来的桥梁震害教训，得到以下一些重要的启示：（）桥梁抗震设防应采用性能设计原则。即在考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、紧急情况下维持交通能力的必要性以及结构的耐久性和修复费用等因素下，定义桥梁的重要性及其容许的损坏程度（性能）。（）桥梁抗震设计应同时考虑强度和延性，尤其注重提高桥梁结构整体和钢筋混凝士桥墩的延性能力。（）重视采用减隔震的设计技术，以提高桥

26、梁的抗震性能。（）对复杂桥梁（包括大跨度桥梁），强调进行空间动力时程分析的必要眭。（）重视桥梁支座的作用及其设计，同时开发更有效的防止落梁装置。大跨度铁路斜拉桥抗震研究现状铁路桥梁抗震设计方法（）我国现有铁路桥梁抗震设计方法及其缺陷自从以反应谱法代替静力法咀来，以强度为基础的弹性抗震设计方法因概念明确、简单易行的优点已广泛为工程界所接受。结构在地震中所遇到的问题及对设计的要求在第一章概述强度方法中均有所体现。但强度设计方法本身所存在的问题使得设计所预想的设防标准难以实现，最近的一些人地震中桥梁及房屋结构的破坏便有力地证明了这一点。目前的抗震设计计算是建立在简单的物理模型、工程实际及很多经验系数

27、之上，使得设计过程模糊，设计的能力及地震作用对结构的要求在设计中考虑不明确，在地震作用结构的性能无法被体现出来。可以说强度设计方法的缺点是比较广泛的，从忽视各种因素引起的构件的强度的增长到无法适用于一些新型结构体系的设计均有所体现，如无法考虑长大跨度桥的行波效应及支承连接件的非线性等问题。我国目前的铁路桥梁抗震设计中，地震力的计算为：日。式中：，一振型点的水平地震力卵，一综合影响系数甄一水平地震系数口一振型动力系数，一振型参与系数。一振型在第段桥墩质心处的振型坐标，一桥墩第段的质量抗震验算时，、级铁路分别按有车、无车进行计算。当桥上有车时，顺桥向不计活荷载引起的地震力，横桥向只计活荷载引起的地

28、震力且作用在轨顶以上处，活荷载垂直力均计。在考虑各种因素后计算的地震反应再根据综台影响系数进行折减，。主要是考虑到在设计地震作用下结构一般都要进入非线性而作为考虑塑性变形的影响，即反映结构延性抗震能力的一个折减系数。这种方法的基本缺陷是试图用一个以力为特征的简单弹性问题去考虑由非线性变形为特征的非线性问题，这往往给设计人员一个错觉，即不是提高结构延性能力，而只要提高结构的强度的方法即可提高结构的抗震能力。因此规范中对如何提高桥墩延性的方法没有明确规定，对横向钢筋的含量在铁路工程抗震设计规范】中没有规定，在公路工程抗震设计规范”中也只是在抗震措施中对。地震区桥墩规定了一个的最小含箍率。试验表明，

29、这样低的横向钢筋无法保证设计中所隐含的对延性的要求。此外，由于结构的延眭与结构的力学特性，构造布局合理第一章概述程度，构件的延性、材料性能等均有关，将所有因素完全用一个系数叩，反映是过于笼统的，而且从计算过程看，是在局部构件中采用玑进行折减以确定是否满足强度准则，显然对体系中各桥墩的延生性能相差较大时，无法保证整个体系的良好的抗震性能。强度设计方法没有明确说明体系各部分之间强度的比例关系，结构的实际强度也不能准确确定，因为结构在地震时的实际强度与刚度分布、约束条件及一部分构件进入非线性之后引起的应力重分布有关，而结构的实际强度才真正地决定地震的塑性变形及构件所实际承受的力。尽管目前对综合影响系

30、数的研究不少，并将其与结构周期等因素联系起来，但并未解决一阶段抗震设计的缺陷，因为地震作用下结构的破坏往往是强度不足、变形能力及耗能能力不足多种因素综合形成的。此外，铁路工程抗震设计规范在其总则中明确说明，有特殊抗震要求的建筑物和新型结构应进行专门研究设计。这表明，对于大跨度铁路斜拉桥的抗震设计应作专题研究。为克服以强度理论为基础的一阶段铁路桥梁抗震设计方法的不足，我国己着手开展以“小震不坏，大震不倒”作为基本设防思想的二阶段抗震设计方法的研究，并重点针对铁路桥梁中人量使用的单柱式简支梁桥墩的延性抗震设计方法以及基本抗震设计参数进行理论分析和试验研究，初步提出了铁路桥梁延性抗震设计简化方法，并

31、拟纳入铁路工程抗震设计规范修订稿。其主要思路是：（）桥墩的位移延性比九。式中，。为线性弯矩比，即由地震引起的桥墩晟大弯矩与同截面屈服弯矩的比值；以，为位移延性比与线性弯矩比的比例系数，可按照结构的线性自振周期以及场地类别、地震烈度由线弹性最大弯矩比均值与非线性位移延性比均值之间的关系曲线查得。（）按照（】的原则进行延性位移的校核在满足桥墩关键部位箍筋布置构造要求的前提下，钢筋混凝土桥墩的基本设计容许延性变形比可取为。（）我国高速铁路桥梁抗震设计研究概况结合高速铁路线桥结构与技术条件（标准）的研究工作，北方交通大学、原上海铁道大学等单位先后对高速铁路构筑物抗震设防标准及抗震措施进行了研究”。研究

32、结第一章概述果建议：将高速铁路构筑物分为甲、乙、丙三类，甲类是经国家规定的批准权限批准的特殊构筑物，应按专门研究的地震动参数设计，乙类构筑物可按本地区设防烈度提高一度采取设防措施但设防烈度为度时可适当提高，丙类构筑物应按本地区设防烈度采取抗震措施。研究成果还对地震荷载作用下高速列车运行安全性进行了检算。作者本人于年初步探讨了高速列车与连续刚架桥系统地震响应【】，北方交通大学夏禾教授也分析了桥梁车振与地震的组合作用【筇瑚，其研究结果表明：地震荷载对桥梁的动位移、加速度，车辆的振动加速度，轮轨间的横向作用力，脱轨系数以及轮轨减载率等动力响应均产生明显影响，导致桥车响应值增大，安全度下降。王大庆博士

33、于年比较系统地计算分析了考虑列车运行时铁路梁式桥地震反应，并根据脱轨系数、轮重减载率及车轮的侧压等指标对列车运行安全性和平稳性作出评估，并初步提出了在地震荷载作用下（）梁式桥的水平折角限值”。其主要研究思路是：以桥梁上运行的列车为对象，以地震作用为主要外力，考虑有水平折角的变形轨道上的列车横向振动问题，然后对高速运行的列车的平稳性和安全性进行评定。限于当时的技术资料，作者算例中的车辆与线路模型的各种参数部采用了日本的数据，与我国实际车辆及线路状况有较大的差异，并且输入的地震波只考虑了天津波，不具有代表性。作者在文中也建议，应针对不同类型的桥梁，对其具体问题作具体研究，并宜考虑水平折角以及铅直复

34、合折角的响应，对大跨度铁路斜拉桥应作深入的理论与试验研究。（）国外及我国台湾地区桥梁抗震设计方法现状欧洲桥梁抗震设防分二个水平。水平为次要损伤，即在使用期间发生概率高的地震作用下，结构损伤较小，不影响交通并可及时修复：水平是抗倒塌要求，即地震发生后，尽管桥梁部分出现破坏，但应保持其结构整体性和充分的剩余抵抗能力，保证结构能通行紧急车辆，同时要求破坏处容易检测和修复；具体设防水准和设计方法见表。表地震作用水平：次要损伤（正常使用极限状态）欧洲规范设防水准和设计方法非线性特征弹性或有限延性延性一值法一值法设计检算方法反应谱法（时程法验算）反应谱法（时程法验算）桥梁抗震性能微损无致命性损伤水平：抗倒

35、塌要求（壕终使用极限状态）第一章概述欧洲规范引入结构性能系数，采用等价线性化方法来近似考虑结构的非线性特征。的物理意义是：在相同的外荷载作用下，结构所承受的弹性力同实际承受的非弹性力的比值。设计方法采用了（）线性分析方法：包括线性动力分析方法和反应谱方法。线性分析效应值除以值，即为构件有限延性和延性的地震组合效应设计值。（）非线性动力时程分析方法：通过输入地震动，进行结构的非线性动力时程分析，得到结构的时程响应，并且可以得到结构的局部延性值。但是，非线性分析结果不能轻易用于降低反应谱分析的结果。新西兰的桥梁抗震规范，并没有严格划定设防水准，而是将对桥梁结构的不同延性要求（延性系数从到）反映在其

36、非线性反应谱中，这种非线性反应谱曲线可以使设计人员直观地看出结构屈服强度与不同延性要求之间的内在联系。美国抗震规范（）给出了全国加速度系数区划图，相当于其它他国家的基本烈度区划图，并在该图中给出了加速度系数，的加速度曲线。其次是重要度分类（），防灾或国防重要的桥梁的，其他的，”。与其它国家规范的重要度系数不同，并不直接影响设防烈度值，但与抗震设计水准（）有关。按加速度系数及重要度分类可分成类（、），参见表。表抗震设计水准加速度系数曼重要度分类曼分类为抗震设计水准类的桥梁，注意地震时上部结构的坠毁；类桥梁认为柱脚在受设计地震力时发生屈服，需要适当的延性，故构件按弹性解的内力设计时需除以响应修正系

37、数。由于地震后地下部分不易修复，基础的设计地震力采用桥墩的倍。类与类桥梁，一般方法与类相同，但按更严格的要求考虑延性设计，对类更注意地震后的使用性。在版的日本规范中，日本吸取了年日本兵部县南部地震的震害教训，：爵第一章概述原来的一水准设防、一阶段设计的原则改为采用二级抗震设防水准、二阶段设计。“。将桥梁重要度分为、两类，类为一般重要桥梁，类为特别重要的桥梁，后者的抗震性能要求高】前者。其具体内容见表。表日本规范设防水准和设计方法桥梁抗震性能地震作用一般（）水平：使用期间发生概率高的地震水平：使用期间发生概率小但强度很大的地震类，板块边界型（关东大地震）类，内陆直下型（兵库县南部地震）无损无致命

38、性损伤重要（）无损静力方法震度往动力方法时程法验算反应谱法（时程法等验算）设计验算方法微损水平耐力法除对桥梁进行抗震性能检算外，日本规范还规定，为确保地震时列车的运行安全性，原则上以中等程度的地震作为对象，进行轨道面不同变位量（折角、错位）的检算，并给出了轨道面不同变位量的限制值（地震时），如表所示。对于长大跨度桥梁、高墩桥梁、特殊地基上的结构等，由于地震时轨道横向位移往往较大，应考虑轨道面横向振动的卓越频率和不规则性，进行列车运行安全性的检算。轨道面横向振动不规则时，由“车辆一轨道一结构的动态相互作用模拟”对车轮、钢轨间的脱轨系数等加以评价，进行精度更高的检算¨。表轨道面不同变位量的限制值（地震时）变位方向晟高速度（）错位（）折角（，）平行移动弯折兰兰】垂直水亚我国台湾地区高速铁路桥梁按两种等级的地震进行设防”。（）型地震水平方向的地面加速度的相应概率是年超越概率，即对应于年一次的循环期：垂直方向的地面加速度为水平方向的。在此地震下，结构的反应容许进入非弹性范围内，延性系数小于容许的延性要求，以使破坏能修复。第一章概述）型地震水平方向的地面设计加速度为型地震的，垂直加速度为水平方向加速度的。在此地震作用下，不容许桥梁产生任何屈服，轨道的位移按此地震的容许值来检查，以使列车全速（）安全运行。常规运行下及地震作用下结构的容许变形分别如表和表所示。表常规运行