关于欧洲98-2抗震设计的介绍是中国的对比。浅谈欧洲规范抗震设计要点-丁少凌.pptx

wangyuguo0962 4 views 48 slides Sep 20, 2025
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关于欧洲98-2抗震设计的介绍


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浅谈欧洲规范抗震设计要点 让世界更畅通 2020 年 10 月 武汉 中 交二公院 丁少凌

1 、 抗震设计理念 2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 3 、 抗 力 要求 4 、 构造 要求 5 、其他重要规定

1 、抗震设计理念 桥梁类型 设防目标 损伤限制( Damage limitation ) 不倒塌( No-collapse ) Ⅲ类 10 年超越概率 10% 地震,即 95 年一 遇, 抗震重要性系数γ I=0.5 。 震后不出现成本较高的损坏,不影响使用。 50 年超越概率 5.2% 地震,即 935 年一遇,抗震重要性系数γ I=1.3 。震后不出现局部或整体倒塌。 Ⅱ类 50 年超越概率 10% 地震,即 475 年一遇,抗震重要性系数γ I=1.0 。震后不出现局部或整体倒塌。 Ⅰ类 50 年超越概率 14.5% ,即 320 年一遇,抗震重要性系数γ I=0.85 。震后不出现局部或整体倒塌。 桥梁抗震设防目标表( EU 通用) 注: 对于 欧规“不倒塌”要求,可由各国国家附录确定,如英国国家 附录 III 类桥梁 为 :约 2500 年一 遇, 抗震重要性系数 1.85 。 小震不坏 大震不倒 中震不倒 中震不倒

1 、抗震设计理念 桥梁抗震设防目标表 ( 中国规范 ) 桥梁类型 设防目标 E1 地震作用 E2 地震作用 A 类 对应中震( 50 年超越概率 10% ,即 475 年一遇 ), 抗震重要性系数 Ci=1.0 。 一般不受损坏或不修复可继续使用。 对应大震( 50 年超越概率 2.5% ,即 1975 年一遇),抗震重要性系数 Ci=1.7 。可发生局部轻微损伤,不需修复或经简单修复科继续使用。 B1 类 对应小震( 50 年超越概率 39.4% ,即 100 年一遇),抗震重要性系数 Ci=0.5 。一般不受损坏或不修复可继续使用。 对应大震( 50 年超越概率 2.5% ,即 1975 年一遇),抗震重要性系数 Ci=1.7 。应保证不致倒塌或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用。 B2 类 对应小震( 50 年超越概率 46.6% ,即 80 年一遇),抗震重要性系数 Ci=0.43 。一般不受损坏或不修复可继续使用。 对应大震( 50 年超越概率 5.2% ,即 935 年一遇),抗震重要性系数 Ci=1.3 。 应保证不致倒塌或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用。 C 类 对应小震( 50 年超越概率 63.2% ,即 50 年一遇),抗震重要性系数 Ci=0.34 。一般不受损坏或不修复可继续使用。 对应中震( 50 年超越概率 10% ,即 475 年一遇),抗震重要性系数 Ci=1.0 。应保证不致倒塌或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用。 D 类 对应小震( 50 年超越概率 86.5% ,即 25 年一遇),抗震重要性系数 Ci=0.23 。一般不受损坏或不修复可继续使用。 无需验算 小震不坏,中震可修,大震不倒

1 、抗震设计理念 满足地震作用下 不 倒塌( No-collapse ) 要求,并不意味着结构需处于弹性状 态。设计地震作用下弹性受力的桥梁,虽然技术上是可行的,但经济上往往是不允 许的,尤其是高震区桥梁,实际上也是没有必要的。因为地震属于动活载,代表 对结构输入一定的总能量,结构能容忍一定的变形和位移,并不意味着结构承受特 定力的作用。 欧洲规范允许在地震力作用下,结构承受一定的非弹性变形,保证结构的关键部 位及总体不发倒塌,这就是基于 能量耗散及延性 的抗震设计。

1 、抗震设计理念 例外情况: EN1998-2:2005 第 2.3.2.3 ( 2 ) 条 : 1) 高阶振型控制地震响应或塑性铰延性设计不可靠 ------ 斜拉桥 、 悬索桥 2) 塑性铰延性设计不可靠 ------ 剪 跨比 小于等于 1 的梁式桥 3 ) 地震组合下桥墩轴压比 ≥ 0.6 的梁式桥 4 ) 已设有减隔震或能力耗散体系的桥梁   注: , 为地震组合下的设计轴力, 为构件的面积, 为混凝土的圆柱体 强度 。   C40/50 立方体强度 , 同中国规范 C50   圆柱体强度 , ≈ 0.8  

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 欧洲规范抗震计算提供 了两种地震力分析方法: 反应谱分析、时程分析 。 反应谱分析 弹性反应谱 ------------ 结构处于弹性范围的反应谱分析 非线性反应谱 ------------ 结构 处于弹塑性、塑性 范围 反应谱分析 时程分析 ------------ 结构处于 弹性、弹塑性 、塑性范围反应 谱分析 非线性 反应 谱 使用方便,对设计者要求相对较低,用于“替换” 结构处于弹塑性、塑性 范围的时程分析。 2.1 分析方法

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 图示单自由度体系 SODF ,承受水平地震力作用。假定已配置足够的抗剪钢筋,结构不发生剪切破坏,则构件可能呈现以下四种状态: 基本 弹性、 有限 延性、延性、倒塌。 基本 弹性状态 ( F design ≤ F y ): 地震作用下结构处于基本弹性状态( Essentially elastic ),结构不损坏,但 地震 耗能差。 2.2 受力状态

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 有限延性状态 ( F y < F design ≤ F m ): 受拉 最外 侧钢筋已屈服,结构处于有限延性状态( Limited ductile ),地震作用下塑性铰区域保护层出现开裂现象,结构不倒塌,震后 简单修复 可 继续使用 , 地震耗能较好。 2.2 受力状态

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 延性状态 ( F m < F design ≤ F c ): 结构处于延性状态( Ductile ),地震作用下塑性铰区域保护层出现开裂或压溃现象,结构不倒塌, 震后加固可 继续使用 , 地震耗能好。 2.2 受力状态

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   结合轴力 - 弯矩 - 曲率( ) 曲线, 根据位移相等 原则 可 求解 桥墩截面等效抗弯惯性矩 。 EN1998-2:2005 附录 C 给出 的简化计算方法, 赋予塑性铰对应的整个桥墩,仅限于等截面桥墩。   桥墩等效刚度计算图示   桥墩毛截面抗弯惯性矩; 桥墩潜在塑性铰抗弯惯性矩, 。   桥墩 刚度

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   塑性铰区域约束砼应力应变曲线 塑性铰区域保护层砼应力应变曲线 塑性铰区域砼应力应变曲线采用曼德模型( Mander model ) , 核心砼受足够的箍筋约束,混凝土极限抗压强度及应变有明显提高,有较好的延性性能。当处于延性状态时,保护层砼已受到一定程度的损坏,故不计保护层混凝土受压效应。 塑性铰区域实际曲线

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   钢筋应力应变曲线 F ym 为钢筋的实际屈服强度,一般为理论屈服强度的 F yk 的 1.15 倍; F tm 为钢筋的 实际抗拉强度 ,一般为 理论抗拉强度 的 F tk 的 1.2 倍。弹性模量 E S =2*10 5 MPa 。 HRB400 钢筋: F yk =400Mpa , F tk =540Mpa , F ym =1.15F yk =460Mpa , F tm =1.2F tk =648Mpa. 塑性铰区域实际曲线

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   塑性铰 区域实际曲线 C40/50, 矩形截面 b=h=2m , 轴压比 = 0.3 , HRB400 配筋率 1 %, 延性构件   以上曲线计算得出的骨架曲线用于时程分析!!! 塑性铰区域实际 曲线: 算 例

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   砼应力应变曲线 材料 设计 值曲线   C40/50: f ck =40Mpa α cc =0.8~1, 英国国家附录取 0.85 f cd =α cc f ck / γ c =0.85*40/1.5=22.7Mpa γ c =1.5 ε c2 =0.002 ε cu2 =0.0035 n=2

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   钢筋 应力应变曲线 材料 设计 值曲线 钢筋理论屈服强度, 为钢筋设计强度, = / γ s , γ s =1.15, ε ud =0.9ε uk   HRB400: f yk =400Mpa f yd =400/1.15=348Mpa ε uk =0.075 ε ud =0.9*0.075=0.0675

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   材料 设计 值曲线:算例 材料设计值曲线 C40/50, 矩形截面 b=h=2m , 轴压比 = 0.3 , HRB400 配筋率 1 %   潜在塑性铰 截面 抗弯 刚度取受拉侧最外侧钢筋刚屈服时的割线刚度,即: 以上刚度用于 延性结构反应谱分析 !!!  

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   砼应力应变曲线 材料 标准 值曲线   C40/50: f ck =40Mpa ε c2 =0.002 ε cu2 =0.0035 n=2

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   钢筋 应力应变曲线 材料标准值曲线 钢筋理论屈服强度   HRB400: f yk =400Mpa ε uk =0.075

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   材料标准值曲线:算例 材料标准值曲线 C40/50, 矩形截面 b=h=2m , 轴压比 = 0.3 , HRB400 配筋率 1 %   潜在塑性铰 截面 抗弯 刚度取压弯承载能力设计弯矩对应的割线刚度,即: 以上刚度用于 有限 延性 结构反应 谱分析 !!!  

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.3 三种 曲线   三 种曲线设计弯矩之间的近似关系   : 材料 实际 曲线计算得出的弯矩承载力值 ; : 材料 标准值曲线 计算得出的弯矩承载力值; :材料设计值 曲线计算得出的弯矩承载力值 ;   注: , 为地震组合下的设计轴力, 为构件的面积, 为混凝土的圆柱体 强度 。   C40/50 立方体强度 , 同中国规范 C50   圆柱体强度 , ≈ 0.8   中国规范超强系数 欧洲规范超强系数

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.4 非线性 反应谱分析 对于几何尺寸、材料性能及用量一定的 单自由度 体系, Fu 、 Fy 是确定的。对于规范体系而言, Fy 更易获得,故欧洲规范规定: 当采用非线性反应谱分析 时 ,峰值力 Fel 与设计屈服力 Fy 之间的比例关系为性能系数 q ,有限延性结构的 q 值一般取 1.5 ,延性结构一般取 3.5 ,按照以上数值计算并且配置足够的抗剪钢筋,结构分别能达到相应的延性要求且不倒塌。下一页对 q 值给出详细规定。

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.4 非线性 反应谱分析 延性构件类型 地震作用下的结构性能 有限延性 延性 钢筋混凝土桥墩 弯曲作用下的竖直桥墩 1.50 弯曲作用下的斜向桥墩 1.20 钢结构桥墩 弯曲作用下的竖直桥墩 1.50 3.5 弯曲作用下的斜向桥墩 1.20 2.0 正常支撑的桥墩 1.50 2.50 偏心支撑的桥墩 - 3.50 与桥面刚性连接的桥台 常规 1.50 1.50 锁定结构 (见 EN1998-2:2005 4.1.6(10)) 1.00 1.00 (非圬工)拱 1.20 2.00 为剪跨比, 为弯矩零点至塑性铰的距离(对于一端自由,一端固结构件 为构件长度), 为弯矩对应的截面高度。 延性构件类型 地震作用下的结构性能 有限延性 延性 钢筋混凝土桥墩 弯曲作用下的竖直桥墩 1.50 弯曲作用下的斜向桥墩 1.20 钢结构桥墩 弯曲作用下的竖直桥墩 1.50 3.5 弯曲作用下的斜向桥墩 1.20 2.0 正常支撑的桥墩 1.50 2.50 偏心支撑的桥墩 - 3.50 与桥面刚性连接的桥台 常规 1.50 1.50 锁定结构 (见 EN1998-2:2005 4.1.6(10)) 1.00 1.00 (非圬工)拱 1.20 2.00 性能系数 q 最大允许值一览表( EU )

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.4 非线性 反应谱分析 EN1998-2:2005 第 4.1.6(5) 条:对于“有限延性”、“延性”钢筋混凝土结构,当标准轴压比 时,性能系数 最大允许值用 代替: 时,结构的延性 较差 , =0.3 时,轴 压应力已足够大(见下表),故对中高震区不建议采用轴压比 之间的数值。   砼标号 C24/30 C28/35 C32/40 C40/50 应力 ( Mpa) 7.2 8.4 9.6 12 = 0.3 轴压应力值   C40/50 立方体强度 , 同中国规范 C50   圆柱体强度 , ≈ 0.8  

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.4 非线性 反应谱分析 水平向 非线性反应 谱 :   在线性反应谱除以 q 值,用于计算地震作用下的弯矩,为避免过小的估计地震力,谱 函数设计了 的下限。  

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.4 非线性 反应谱分析 竖向 非线性反应 谱 :   EN1998-2:2005 第 4.1.6(12) 条:竖向性能系数 必须取 ,即竖向同弹性反应谱。  

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.4 非线性 反应谱分析 非线性 反应谱分析的位移取值如下:   - 阻尼修正系数; - 非线性反应 谱分析 计算的位移; --- 当结构基准周期 1.25 , =q 当结构基准周期 ,   Newmark “ 相等位移原则”

2 、 非线性反应谱分析方法及关键参数取值 2.4 非线性 反应谱分析 通过 非线性反应 谱分析 ,可简单明了地确定地震作用下的设计弯矩以及位移(一般经过一次刚度迭代,即可满足要求)。 确定 q 值及 非线性反应谱 初定杆件等效刚度(有限延性取毛截面刚度的 0.4~0.5 倍,延性取 0.3~0.4 倍) 计算地震力工况并组合,根据组合结果计算纵向钢筋用量 验算等效 刚度误差是否能接受 不能 分析结束 能 分析流程图

3 、抗力要求 抗震结构 要求 有一定 的抗力 分级,其中 墩柱 潜在塑性铰区域 抗 弯能力储备最低,提高下部构造抗剪承载能力,其他主要受力构件处于弹性状态,以避免结构发生剪切破坏,并在墩柱指定位置出现弯曲裂缝或形成塑性铰。 地震力作用下, 严禁发生 剪切 破坏及非潜在塑性铰区域的偏心受弯破坏!

3 、抗力要求 3.1 有限延性抗 力 要求 桥墩抗剪承载能力 验算 : 地震力 工况下的剪力值需乘以性能系数 q( 回复至弹性反应谱对应剪力 ) 并得出地震力组合设计值,抗剪承载力按 EN 1992-1-1 : 2004 式 6.2 计算,为避免剪切破坏 , 抗剪 承载能力 计算结果除以附加安全系数 (一般取 1.25 )后不小于剪力设计值 。   除潜在塑性铰区域抗弯 验算 外,其他所有构件的地震力必须要乘以 并与其他工况组合,并按照规范要求验算抗弯及抗剪承载力。  

3 、抗力要求 3.2 延性抗力要求 桥墩抗剪承载能力验算:地震 组合下的桥墩剪力设计值按下式计算: ( ≈ , ≈ ) 桥墩正截面抗弯承载能力超强系数,轴压比 时 , 时, ; 墩柱上、下端截面按实际配筋,采用材料强度设计值和最不利轴力计算的正截面抗弯承载力弯矩值。   除潜在塑性铰区域抗弯 验算 外,其他所有构件的地震力必须要乘以 并与其他工况组合,并按照规范要求验算抗弯及抗剪承载力。  

3 、抗力要求 3.2 延性抗力要求

4 、构造要求 4.1 需要执行构造要求的条件 欧洲 规范 50 年超越概率 10% 地震动加速度 ag 超过 0.08g 或 ag.S 大于 0.1g (或超过国家附录规定的低震级阈值) 。 适用于 非低震级情况 , 相对于 中国 规范抗震设防 烈度大于 6 度 。

4 、构造要求 4.2 塑性铰区域箍(系)筋作用 抵抗 剪切力,避免剪切破坏; 通过 箍(系)筋的横向限制,使塑性铰区域成为约束混凝土,混凝土的极限强度及极限压应变明显增大,从而提高构件的延性能力; 塑性铰 区域受压 侧 保护 层 混凝土破坏时,约束竖向钢筋避免其屈服。

4 、构造要求 4.2 塑性铰区域箍(系)筋含筋率计算 矩形截面某一方向箍筋面积含筋率为: 某一方向箍筋或系筋总面积; 垂直于箍筋方向核心混凝土尺寸,计算至箍筋的外边缘; 箍筋竖向布置间距; 需分别对两个水平方向计算且含筋率宜接近。  

4 、构造要求 4.2 塑性铰区域箍(系)筋含筋率计算 圆形截面箍筋体积含筋率为: 为箍筋截面面积; 为箍筋中心线所在圆的直径; 箍筋竖向布置间距; 对螺旋形箍筋可根据其实际长度修正公式。  

4 、构造要求 4.3 塑性铰区域箍(系)筋最小含筋率要求 欧洲规范: 圆形 截面 矩形 截面 轴压比,为结构的最不利组合轴向压力与柱的全截面面积和混凝土圆柱体强度乘积之 比值; 纵向钢筋配筋率,墩柱取值范围为 0.01~0.04 ; 混凝土抗压强度设计值; 钢筋抗压强度设计值; 有限延性取 0.28 ,延性取 0.37 ; 有限延性取 0.12 ,延性取 0.18 。  

4 、构造要求 4.3 塑性铰区域箍(系)筋最小含筋率要求 中国规范: 圆形 截面 : 矩形截面 : 轴压比,指结构的最不利组合轴向压力与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值; 纵向钢筋配筋率,墩柱取值范围为 0.006~0.04 ; 混凝土抗压强度标准值,; 箍筋抗拉强度标准值。  

4 、构造要求 4.3 塑性铰区域箍(系)筋最小含筋率要求 规范对比: 中国规范轴压比 :组合轴应力与混凝土 抗压强度 设计值的 比值 ; 欧洲规范 轴压比 :组合轴应力与 混凝土圆柱体强度 比值; 故: 在 同样的设计轴力下,中国规范轴压比为欧洲规范的 1.765 倍 。  

4 、构造要求 4.3 塑性铰区域箍(系)筋最小含筋率要求 规范对比: 圆形截面 (D=2m,t=0.07m) 最小含筋率对比

4 、构造要求 4.3 塑性铰区域箍(系)筋最小含筋率要求 规范对比: 矩形截面 (B =H=2m,t=0.07m) 最小含筋率对比

4 、构造要求 4.3 塑性铰区域箍(系)筋最小含筋率要求 规范对比: 中国 规范基于地震烈度的大小适当提高最小含筋率,欧洲规范基于构件的实际受力状态(有限延性、延性)确定最小含筋 率; 含筋率 下限 : 中国 规范 最小 值 统一 取 ,欧洲规范根据截面类型、延性条件、材料设计强度取不同值 。中国 规范下 限值 较欧洲规范总体 偏 小。 含筋 率 : 中国规范较 欧规有限延性构件基本相当,但总体而言还是偏 小。  

4 、构造要求 4.3 塑性铰区域箍(系)筋最小含筋率要求 塑性铰区域不同箍(系)筋配筋率下的 M-φ 曲线 ( C 24/30,b=h=2m,轴压比0.3,HRB400配筋率2 % ) 塑性铰区域不同箍(系)筋配筋率,对结构的延性影响明显。所以适当提高含筋率对 提高结构的抗震性能是非常有利的,且工程投入增加的影响很小。

4 、构造要求 4.4 塑性铰区域钢筋布置 项目 CHN EU 加密区范围 取大值:墩柱弯矩方向截面高度 1.0 倍,墩柱上弯矩超过 80% 的范围。当墩柱高度于墩柱弯矩方向截面高度比值小于 2.5 时,取全高。 1 )轴压比η k ≤ 0.3 时取大值:墩柱弯矩方向截面高度 1.0 倍,墩柱上弯矩超过 80% 的范围; 2 )轴压比 0.3 <η k ≤ 0.6 ,取 1 )条的 1.5 倍; 含筋率 取大值:最小含筋率ρ ( s,min ) ,满足抗剪承载能力所需箍筋。 取大值:最小含筋率ρ (s,min) ,满足抗剪承载能力所需箍筋。 竖向间距( S L ) 不大于以下数值的最小值: 10cm 或 6ds 或 b/4 ;其中 ds 为纵向钢筋直径, b 为墩柱弯曲方向的截面宽度。 不大于以下数值的最小值: 6 倍纵向钢筋直径,约束混凝土核心到箍筋中心线最小距离的 1/5 。 水平向间距( S T ) 不宜大于 25cm 不超核心过混凝土最小尺寸的 1/3 且不超过 20cm 。 直径 箍(系)筋直径不小于 10mm 根据 EN1998-2 : 2005 式 6.1 计算 端头构造 矩形截面采用 135 度弯钩,并深入核心混凝土 6 倍钢筋直径以上。 η k ≤ 0.3 时,系筋可采用一端 90 度另一端 135 度弯钩,两种弯钩错开布置; 0.3 <η k ≤ 0.6 系筋两端头均采用 135 度弯钩。弯钩端头直线段长度在 10 倍钢筋直径以上。 连接 螺旋式箍筋必须采用对接 采用等强焊接连接 其他 加密区箍(系)筋应延伸至盖梁和承台内。 加密区外箍筋数量应逐渐减少,加密区之外的墩柱箍(系)筋含筋率不小于加密区的 50% 。 推荐加密区箍(系)筋延伸至盖梁和承台内。 加密区之外的箍筋数量应逐渐减少,紧邻加密区且与加密区长度相等的墩柱范围内箍(系)筋总量不小于加密区总量的 50% 。 塑性铰区域箍(系)筋布置要求

4 、构造要求 4.4 塑性铰区域钢筋布置 塑性铰区域主筋布置要求 项目 CHN EU 含筋率 0.006~0.04 0.01~0.04 间距 不超过 20cm ,至少每隔一根宜用箍筋或系筋固定。 不超过 5.5 倍主筋直径 深入盖梁及承台长度 尽可能延伸至盖梁和承台的另一侧面,钢筋锚固和搭接长度按 JTG 3362-2018 要求的基础上增加 10 倍钢筋直径长度 尽可能延伸至盖梁和承台的另一侧面,钢筋端部设置朝向墩柱核心混凝土内部的 90 度弯钩。 其他 不应在塑性铰区域进行纵向钢筋的连接。 不应在塑性铰区域进行纵向钢筋的搭接或焊接连接。必要时可采用经试验验证满足强度及延续要求的机械连接。

5 、其他重要规定 根据 EN1998-2 : 2005 第 6.2.4 条,空心桥墩在塑性铰区域截面尺寸的规定如下: 1 )除非经过有效证明,否则对于矩形截面的空心桥墩:在塑性铰区域的截面净宽与壁厚的比值应不大于 8 。 2 )除非经过有效证明,否则对于圆形截面空心墩:在塑性铰区域的截面内直径与壁厚的比值应不大于 8 。

5 、其他重要规定 根据 EN1998-2 : 2005 第 6.4.2 条、 EN1998-5 : 2004 第 5.4.2 条、 EN1998-1 : 2004 第 5.8.4 条 :对于中高震区, 桩 基潜在塑性铰区域需 根据 塑性铰构造 要求 配置加密 箍筋。 基桩箍筋加密段范围示意图

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