大型橋梁的抗震能力設(shè)計策略

1、大型橋梁的抗震能力設(shè)計策略大型橋梁的抗震能力設(shè)計策略研究單位：研究單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實驗室同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實驗室 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日2問題的提出 隨著經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)，世界范圍內(nèi)的橋梁越造越大。震害也隨之越來越嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計，去年的汶川地震造成的直接損失中，道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施占到了21.9%。 大型橋梁作為生命線工程的重要節(jié)點(diǎn)，必然會對其抗震安全提出更高的要求。目前，隨著抗震理論的發(fā)展，各國規(guī)范也對大型橋梁的抗震能力提出很高的要求。因此對如何提高大型橋梁的抗震能力開展研究

2、是非常有必要的。圖1.1 汶川地震中橋梁、道路等損失占21.9% 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日3研究思路問題的提出u 改善橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能無外乎兩種途徑：即降低地震需求和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震能力。目前，已有多種方法策略，比如：結(jié)構(gòu)體系的選擇、減隔震設(shè)計、結(jié)構(gòu)控制、延性設(shè)計等等。體系的選擇體系的選擇延性設(shè)計延性設(shè)計延性類型的選擇延性類型的選擇塑性耗能機(jī)制的選擇塑性耗能機(jī)制的選擇地震力傳遞相對均勻體系地震力傳遞相對均勻體系動力特性與場地特性相適應(yīng)動力特性與場地特性相適應(yīng)被動控制被動控制( (減隔震設(shè)計減隔震設(shè)計) )主

3、動控制主動控制結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)控制設(shè)計設(shè)計策略策略體系策略體系策略局部策略局部策略 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日41.地震力傳遞相對均勻體系2.結(jié)構(gòu)動力特性與場地特性相適應(yīng)3.組合梁橋抗震能力潛力與優(yōu)勢4.經(jīng)濟(jì)有效的抗震措施（拉索減震支座、局部應(yīng)用鋼 釬維混凝土和鋼護(hù)筒等）大型橋梁的抗震能力設(shè)計策略 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日51.1 橫向地震力傳遞相對均勻體系 利用連續(xù)梁橋的等效簡化分析模型，分析結(jié)構(gòu)振動特性和受力特點(diǎn);

4、 結(jié)合反應(yīng)譜理論,針對不同場地情況,探討橋墩剛度分布對橫橋向抗震性能的影響； 提出改善受力的可行性方案,通過實際工程進(jìn)行有限元驗證。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日6圖圖1.2(a) 變形前的結(jié)構(gòu)體系變形前的結(jié)構(gòu)體系圖圖1.2(b) 變形后的結(jié)構(gòu)體系變形后的結(jié)構(gòu)體系 連續(xù)梁橋橫橋向簡化分析模型 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日7連續(xù)梁橋內(nèi)力、位移反應(yīng)簡化計算公式ikKP2_iixKPx平動位移轉(zhuǎn)動位移墩頂位

5、移2_iiiiikixKPxxKPx墩頂剪力2_iiiiiiiixKPxxKPKKF 質(zhì)量中心位移 22iiiMxKPxKP等代體系剛度12_21iiiMexKxKPK頻率ieemK周期eT2動力放大系數(shù)上部結(jié)構(gòu)水平加速度峰值maxAa橫向水平地震力maxAmmaP代入 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日8改善橫橋向橋墩受力的可行性方案 工程概況工程概況: :本橋是一座等跨度的本橋是一座等跨度的2525跨跨T T形連續(xù)梁橋，每跨形連續(xù)梁橋，每跨2929m m分成分成 五聯(lián)，第一聯(lián)五聯(lián)，第一聯(lián)3 3跨，第二聯(lián)跨，第

6、二聯(lián)7 7跨，其余各跨，其余各5 5跨?？?。 圖1.3 某連續(xù)梁橋模型圖 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日9地震動輸入反應(yīng)譜理論反應(yīng)譜理論：圖圖1.4 規(guī)范反應(yīng)譜曲線規(guī)范反應(yīng)譜曲線彈性反應(yīng)譜方法通過反應(yīng)譜概念巧妙的將動力問題靜力化，使得彈性反應(yīng)譜方法通過反應(yīng)譜概念巧妙的將動力問題靜力化，使得復(fù)雜的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)計算變得簡單易行，目前世界各國規(guī)范都把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)計算變得簡單易行，目前世界各國規(guī)范都把它作為一種基本的分析手段。它作為一種基本的分析手段。 類場地的特征周期較短，類場地的特征周期較短，若結(jié)構(gòu)柔性，即

7、自振周期大于若結(jié)構(gòu)柔性，即自振周期大于特征周期，自振周期的增大將特征周期，自振周期的增大將使動力放大系數(shù)大幅度減??；使動力放大系數(shù)大幅度減?。?類場地的特征周期長，長類場地的特征周期長，長周期結(jié)構(gòu)在軟土地基上將導(dǎo)致周期結(jié)構(gòu)在軟土地基上將導(dǎo)致墩頂位移很大，所以剛性短周墩頂位移很大，所以剛性短周期結(jié)構(gòu)是有利的。期結(jié)構(gòu)是有利的。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日10原型橋墩頂位移、墩底內(nèi)力匯總表原型橋墩頂位移、墩底內(nèi)力匯總表墩號墩型類場地類場地墩頂位移（m）剪應(yīng)力（MPa）正應(yīng)力（MPa）墩頂位移（m）剪應(yīng)力（MPa

8、）正應(yīng)力（MPa）1雙0.0244.6304.3420.0479.2908.7222雙0.0470.9611.1680.0951.8932.3213獨(dú)0.0710.3927.6300.1421.46115.7993獨(dú)0.0710.3927.6300.1421.46115.7994獨(dú)0.0660.0714.7410.1330.2208.9605獨(dú)0.0610.0794.3820.1230.2167.7576獨(dú)0.0550.1084.8900.1100.2757.4677獨(dú)0.0500.0813.8440.1010.2046.2758獨(dú)0.0470.2554.1600.0950.6577.4099

9、獨(dú)0.0430.2604.8170.0860.8829.84710獨(dú)0.0390.6509.1610.0782.59118.289 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日11類場地的改善方案 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日12類場地的改善方案 1)1) 類場地的特征周期較短，若結(jié)構(gòu)柔性，即自振周期大于特征類場地的特征周期較短，若結(jié)構(gòu)柔性，即自振周期大于特征周期，自振周期的增大將使動力放大系數(shù)大幅度減??；周期，自振周期的增大將使動力放

10、大系數(shù)大幅度減小；2)2) 地震能量集中在短周期范圍內(nèi)，柔性長周期體系是較好的選擇地震能量集中在短周期范圍內(nèi)，柔性長周期體系是較好的選擇; ;3)3) 在剛度較大橋墩墩體中間設(shè)置縱向豎縫，減小橫橋向等代體系在剛度較大橋墩墩體中間設(shè)置縱向豎縫，減小橫橋向等代體系剛度，調(diào)整了全聯(lián)的剛度分布。剛度，調(diào)整了全聯(lián)的剛度分布。圖1.5 設(shè)置縱向豎縫 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日13類場地的改善方案反應(yīng)峰值類場地的改善方案反應(yīng)峰值墩頂位移墩底剪應(yīng)力墩底正應(yīng)力(m)(MPa)(MPa)1雙0.022084.3414.071

11、2雙0.044240.9111.1033加豎縫0.066470.212.4563獨(dú)0.066470.212.4564獨(dú)0.064950.0664.8475獨(dú)0.063350.0654.0286獨(dú)0.06030.084.4147獨(dú)0.058620.0633.7598加豎縫0.058150.2712.749加豎縫0.05630.2042.31110加豎縫0.054350.3694.106墩號墩型 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日14 類場地的改善方案 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計

12、 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日15 類場地的改善方案1)從類場地的反應(yīng)譜曲線可以看到：在軟弱地基上，能量大部分集中在長周期范圍內(nèi)，剛性的短周期結(jié)構(gòu)可以避免大強(qiáng)度的地震反應(yīng)；2)針對這種情況，應(yīng)采取轉(zhuǎn)換分聯(lián)方式，并增大關(guān)鍵點(diǎn)橫橋向剛度的辦法增大等代體系剛度，調(diào)整剛度分布，并改善受力；3)改善分聯(lián)方式應(yīng)立足于使一聯(lián)內(nèi)，尤其是起控制作用的一聯(lián)內(nèi)橋墩剛度分布均勻合理；4)增大關(guān)鍵點(diǎn)剛度的目的是控制墩頂位移峰值，具體做法是將獨(dú)柱墩分解為雙柱墩，并設(shè)置系梁。圖1.6 獨(dú)柱墩分解為雙柱墩 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系20

13、21年12月11日16類場地的改善方案反應(yīng)峰值類場地的改善方案反應(yīng)峰值 橫向墩剛度墩頂位移墩底剪應(yīng)力墩底正應(yīng)力(kN/m)(m)(MPa)(MPa)1雙5.21E+050.029725.8425.4782雙5.26E+040.059531.1971.4643獨(dú)7.64E+030.089460.9159.3623獨(dú)7.64E+030.089460.9159.3624獨(dú)3.17E+030.098240.1796.7945獨(dú)2.80E+030.107890.2077.326獨(dú)2.49E+030.118120.2688.3067獨(dú)2.80E+030.126620.2548.6768雙2.46E+040

14、.139612.7771.773墩號墩型 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日17小 結(jié)： 目的：減小墩底應(yīng)力 峰值和墩頂位移核心問題：如何減小關(guān)鍵一聯(lián)的轉(zhuǎn)動位移堅實場地軟土地基選擇柔性長周期結(jié)構(gòu)選擇剛性短周期結(jié)構(gòu)措施：在某些獨(dú)柱墩上設(shè)置縱向豎縫減小橫橋向剛度措施：改變制動墩或伸縮縫的位置，并將某些獨(dú)柱墩分解為同體積的雙柱墩增大橫橋向剛度 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日181.2 縱向地震力傳遞相對均勻體系 縱向飄浮體系(斜拉橋、

15、懸索橋) 連續(xù)梁式橋體系常用體系：常用體系： 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日19u 飄浮體系斜拉橋塔梁間設(shè)置彈性拉索裝置改變結(jié)構(gòu)傳力途徑 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日20(a) 拉索剛度對結(jié)構(gòu)周期的影響(b) 拉索剛度對梁端位移的影響(c) 拉索剛度對塔底彎矩的影響(d) 拉索剛度對塔底剪力的影響 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日21 大大

16、 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日22 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日232.1 結(jié)構(gòu)動力特性與場地特性相適應(yīng)：超大跨斜拉橋示例u 從飄浮體系結(jié)構(gòu)的動力特性和最基本的地震反應(yīng)入手，從飄浮體系結(jié)構(gòu)的動力特性和最基本的地震反應(yīng)入手，突出影響結(jié)構(gòu)動力特性的主要參數(shù)，尋求可以明顯減小突出影響結(jié)構(gòu)動力特性的主要參數(shù)，尋求可以明顯減小位移反映并兼顧內(nèi)力的若干新橋型和可行性方案，達(dá)到位移反映并兼顧內(nèi)力的若干新橋型和可行性方案，達(dá)到提高柔性體系抗震

17、性能的目的，為斜拉橋跨度的飛躍打提高柔性體系抗震性能的目的，為斜拉橋跨度的飛躍打下良好的基礎(chǔ)。下良好的基礎(chǔ)。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日24加速度反應(yīng)譜和位移反應(yīng)譜圖2.1 反應(yīng)譜曲線0 .00 .51 .01 .52 .02 .53 .024681 01 21 4 Amplification of Ground AccelerationP e rio d (s)1 63 .50 .00 .20 .40 .60 .81 .01 .21 .40Displacement (m)A c c e le ra ti

18、o nD isp la c e m e n t 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日25蘇通大橋的抗震分析圖2.2 蘇通大橋模型圖基本周期基本周期 T=13.395s，反對稱縱飄振型，反對稱縱飄振型梁端位移梁端位移1.031m, 塔頂位移塔頂位移1.106m 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日26立體橋塔方案圖2.3 立體橋塔模型Weight of Tower（kN）Stiffness of Tower（KN/m）Weight of

19、Beam（kN）Original Scheme6.377E+056.780E+035.370E+05Spacial Tower Scheme1.165E+066.550E+045.370E+05表2.1 主梁、橋塔的物理特性 6060300210901234yx06012yx0zz6060300210901234yx06012yx0zz 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日27表表2.2 2.2 立體塔模型的振型和周期立體塔模型的振型和周期階數(shù)階數(shù)周期（周期（s s）頻率（頻率（HzHz）振型模式振型模式1 17.

20、3167.3160.1367 0.1367 側(cè)向?qū)ΨQ彎曲側(cè)向?qū)ΨQ彎曲2 25.873 5.873 0.17030.1703反對稱縱飄反對稱縱飄3 34.587 4.587 0.2180 0.2180 豎向?qū)ΨQ彎曲豎向?qū)ΨQ彎曲4 43.475 3.475 0.2878 0.2878 豎向反對稱彎曲豎向反對稱彎曲5 52.832 2.832 0.35310.3531側(cè)向反對稱彎曲側(cè)向反對稱彎曲6 62.6712.6710.3744 0.3744 豎向?qū)ΨQ彎曲豎向?qū)ΨQ彎曲7 72.246 2.246 0.4452 0.4452 橋塔側(cè)向同向彎曲橋塔側(cè)向同向彎曲8 82.243 2.243 0.445

21、8 0.4458 橋塔側(cè)向異向彎曲橋塔側(cè)向異向彎曲9 92.236 2.236 0.4472 0.4472 豎向反對稱彎曲豎向反對稱彎曲10102.231 2.231 0.4482 0.4482 豎向?qū)ΨQ彎曲豎向?qū)ΨQ彎曲 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日28位移反應(yīng)的比較 表表2.3 關(guān)鍵點(diǎn)位移的比較關(guān)鍵點(diǎn)位移的比較 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日29內(nèi)力反應(yīng)的比較Table2.4 塔底內(nèi)力的比較塔底內(nèi)力的比較原型原型編號編號

22、N(kN)V2(kN)M1(kN.m)左塔塔底左塔塔底11.070E+053.092E+042.290E+0621.070E+053.094E+042.290E+06立體塔模型立體塔模型編號編號N(kN)V2(kN)M1(kN.m)左塔塔底左塔塔底12.142E+053.218E+042.035E+0622.142E+053.219E+042.035E+0632.162E+053.216E+042.034E+0642.163E+053.216E+042.034E+06u 在縱向豎向輸入地震波的情況下，立體塔底總彎矩是原型的1.78倍，但每根塔柱底面承擔(dān)的彎矩是原型的88%，因此，該方案并沒有給

23、塔底受力造成很大的負(fù)擔(dān)。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日30部分地錨式斜拉橋圖2.4 第一階反對稱縱飄Self-anchoredPartially Ground-anchored 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日31地錨斜拉橋的簡化模型msubKtKcFig. 2.5 Simplified Model of Partially Ground-anchored Cable-stayed Bridge 2coscclEAnK圖 2

24、.6 地錨謝拉橋的動力特性O(shè)rderOrder周期（周期（s s）頻率（頻率（HzHz）振型振型1 110.704 10.704 0.0934 0.0934 Floating longitudinally Floating longitudinally cTsubKKMT2 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日32關(guān)鍵點(diǎn)位移反應(yīng)的比較關(guān)鍵點(diǎn)位移反應(yīng)的比較u 部分地錨式斜拉橋可以有效減小結(jié)構(gòu)的特征周期，降低梁端、塔頂位移，有效改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能。對周期較長的大跨度斜拉橋，不會使塔底截面內(nèi)力超過允許范圍。所以，從抗震

25、概念設(shè)計的角度，部分地錨式斜拉橋是一種優(yōu)良的橋型。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日33其他可供參考的結(jié)構(gòu)形式香港汀九斜拉橋設(shè)計構(gòu)思香港汀九斜拉橋設(shè)計構(gòu)思 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日34其他可供參考的結(jié)構(gòu)形式 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日353.1 組合梁橋抗震潛力及性能研究 鋼-混凝土組合梁和混凝土橋墩組成的體系具有良好的力學(xué)性能和經(jīng)

26、濟(jì)性能，在國內(nèi)外應(yīng)用越來越多。其優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下方面：v 組合梁橋的優(yōu)勢組合梁橋的優(yōu)勢 與混凝土橋相比，高度較低、自重輕、地震作用小，相應(yīng)使得結(jié)構(gòu)的延 性提高、基礎(chǔ)造價降低。 同鋼橋相比，減小用鋼量，增大剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗火性和耐久性等。 在經(jīng)濟(jì)上具有很大優(yōu)勢。據(jù)法國統(tǒng)計，當(dāng)跨徑為30m 至110m，特別是 60m至80m 范圍內(nèi)，鋼混凝土組合橋的單位面積造價要低于混凝土橋 18 %。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日36某城市高架中一座四跨連續(xù)梁橋圖3.1 某城市高架中一座四跨連續(xù)梁橋組合梁橋抗震潛力及性能研

27、究v 橋梁構(gòu)造尺寸橋梁構(gòu)造尺寸 下面以某四跨連續(xù)梁橋為例，通過建立簡化的單自由度模型，利用反應(yīng)譜方法，詳細(xì)分析混凝土主梁和組合結(jié)構(gòu)主梁兩種方案的地震響應(yīng)。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日37主梁橋墩形式墩高(m）上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量(t)方案1鋼筋混凝土鋼筋混凝土實心墩實心墩73899.5方案2鋼鋼混凝土組合梁混凝土組合梁空心墩空心墩71474.0Km圖3.2 單自由度模型圖3.3 規(guī)范反應(yīng)譜組合梁橋抗震潛力及性能研究v 簡化分析模型及方法簡化分析模型及方法 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè)

28、 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日38圖3.5 水平地震力系數(shù)E與質(zhì)量比的關(guān)系 圖3.4 反應(yīng)譜值與質(zhì)量比的關(guān)系 0.00.20.40.60.81.01.21.41.60.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1S/Smax質(zhì)量比 類場地 類場地 類場地 類場地0.00.20.40.60.81.01.21.41.60500100015002000250030003500 類場地 類場地 類場地 類場地水平地震力系數(shù)E質(zhì)量比組合梁橋抗震潛力及性能研究v 上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量m的影響的影響 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計

29、 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日39 在、類場地條件下，水平地震力僅為混凝土主梁方案的61.5%，地震力需求減小了38.5%； 類場地下，組合結(jié)構(gòu)橋梁水平地震力減小更加明顯，僅為混凝土方案的51.1%，地震力需求減小近一半。 組合梁橋抗震潛力及性能研究表3.1 兩主梁方案抗震性能比較（質(zhì)量不同）主梁方案上部結(jié)構(gòu)重量（t）質(zhì)量比m/m0周期（s）場地類型反應(yīng)譜值水平地震力系數(shù)E方案一預(yù)應(yīng)力混凝土主梁3899.51.000 0.880 類場地0.284 1108.386 類場地0.398 1551.741 類場地0.512 1995.095 類場地0.739 2881.804

30、方案二組合結(jié)構(gòu)主梁14740.378 0.541 類場地0.462 681.450 類場地0.647 954.030 類場地0.832 1226.609 類場地1.000 1474.000 v 混凝土梁和組合梁的抗震潛力及性能比較混凝土梁和組合梁的抗震潛力及性能比較 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日40組合梁橋抗震潛力及性能研究表3-2 兩主梁方案抗震性能比較（軸壓比一致）主梁方案上部結(jié)構(gòu)重量（t）剛度比 周期（s）場地類型反應(yīng)譜值水平地震力系數(shù)E方案一預(yù)應(yīng)力混凝土主梁3899.51.000 0.880 類場地

31、0.284 1108.386 類場地0.398 1551.741 類場地0.512 1995.095 類場地0.739 2881.804 方案二組合結(jié)構(gòu)主梁14740.600 0.541 類場地0.358 527.849 類場地0.501 738.988 類場地0.645 950.128 類場地0.931 1372.407 在、類場地條件下，水平地震力僅為混凝土主梁方案的47.6%，地震力需求減小了52.4%；且橋墩混凝土較實心墩節(jié)省了62.2%，抗震性能和經(jīng)濟(jì)性都得到了大幅提高。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月1

32、1日41組合梁橋抗震潛力及性能研究通過前面的介紹，我們可以得到以下結(jié)論： 結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕可以使橋梁地震力需求減?。?當(dāng)軸壓比一致時，結(jié)構(gòu)質(zhì)量減小使結(jié)構(gòu)受到的地震力明顯 減??； 組合梁橋地震需求小，對結(jié)構(gòu)的抗震性能和經(jīng)濟(jì)性有很大 提高；v 小結(jié)小結(jié) 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日424 經(jīng)濟(jì)有效的抗震措施 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日434.1 拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用v 設(shè)計設(shè)計 減隔震支座很多，但即有效又經(jīng)濟(jì)的少

33、； 常用的滑動支座+彈性索措施，錨固位置細(xì)部構(gòu)造復(fù)雜。 圖4.1 設(shè)計理念示意 開發(fā)新支座的原因？開發(fā)新支座的原因？ 設(shè)計理念設(shè)計理念 =摩擦力拉索減隔震支座在罕遇地震作用下，通過剪斷抗剪螺栓的方法將固定支座變?yōu)榛顒又ё⒂美飨拗埔虼艘鸬倪^大墩梁相對位移。 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日44(1)正常使用狀態(tài)時，在不超過正常行程的范圍內(nèi)，拉索不起限位作用，拉索減震支座與盆式橡膠支座相同 ；(2)在遭遇小震及中等烈度地震的情況下，固定支座抗剪螺栓原則上不允許剪斷，以避免震后更換支座；(3)在橋梁結(jié)構(gòu)遭遇罕

34、遇地震時，固定支座抗剪螺栓剪斷，隔離上部結(jié)構(gòu)與橋墩之間地震力的傳遞；同時由拉索限制因此造成的過大位移。 性能目標(biāo)性能目標(biāo) 組成組成 拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用3.拉索1.盆式支座2.抗剪螺栓圖4.2 (a) 固定拉索減震支座組成圖4.2(b) 拉索減震支座實物照片 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日45主要設(shè)計參數(shù)主要設(shè)計參數(shù) 拉索長度，根據(jù)幾何投影關(guān)系確定。 拉索剛度，拉索剛度的合理取值由參數(shù)分析確定。 抗剪螺栓強(qiáng)度，取10%20%的豎向承載力。拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁

35、 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日46拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日47圖4.3 試驗用支座v試驗試驗了解拉索減震支座行為性能，研究位移幅值、豎向力對支座性能基本參數(shù)如摩阻系數(shù)、滯回性能的影響。 擬靜力試驗在同濟(jì)大學(xué)的2000噸動、靜電液伺服加載系統(tǒng)上進(jìn)行。 水平位移采用拉線式位移計進(jìn)行量測，豎向力和水平力的測量采用伺服加載 系統(tǒng)自帶的力傳感器采集。 試驗?zāi)康脑囼災(zāi)康?加載及數(shù)據(jù)采集加載及數(shù)據(jù)采集拉索減震支座的設(shè)計

36、、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日48圖4.4 加載制度工況編號支座類型豎向力(kN)最大水平位移(mm)1滑動2000802滑動4000803滑動5000804固定50001000510152025303540-100-50050100位移(mm)加載周數(shù)加載制度（1）工況1工況3：豎向荷載保持恒定，水平荷載等幅位移控制的加載方式，以10mm為一個等級，每級加載循環(huán)3次。（2）工況4：豎向荷載保持恒定，水平荷載等幅、變幅相結(jié)合的位移控制加載方式，080mm范圍內(nèi)，以10mm為一個等級，8010

37、0mm范圍內(nèi)，以5mm為一個等級，每級加載循環(huán)3次。 試驗工況試驗工況 加載制度加載制度 拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日49摩擦系數(shù)工 況1工 況2工 況3工 況40.0080.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0220.024靜摩擦系數(shù)工況 去極值平均值 算述平均值 靜摩擦系數(shù)隨豎向力的增加而減小 ； 動摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)?。?工況4比工況3略大，抗剪螺栓剪切面對摩擦面的影響。 試驗結(jié)果分析試驗結(jié)果分析 圖4.5 靜摩擦系數(shù)工 況1工 況2工

38、況3工 況4-0.015-0.010-0.0050.0000.0050.0100.015動摩擦系數(shù)工況 從正向負(fù)方向加載 從負(fù)向正方向加載圖4.6 動摩擦系數(shù)拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日50圖4.7 滯回曲線-80-60-40-20020406080-100-50050100150200水平力 (kN)水平位移(mm)-100-80-60-40-20020406080-100-50050100150200水平力 (kN)水平位移(mm)-100-80-60-40-2002

39、0406080-100-50050100150200250水平力 (kN)水平位移 (mm)-100-80-60-40-20020406080100-2000200400600水平力 (kN)水平位移 (mm) 各工況的滯回曲線比較一致，滯回曲線可劃分為兩段：摩擦耗能段和拉索限位段； 摩擦段耗能性能穩(wěn)定，不同豎向壓力下大致相同； 拉索限位段剛度較大，限位效果明顯。工況1工況2工況3工況4曲線不對稱的原因拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日51-100-80-60-40-20020

40、406080-100-50050100150200水平力(kN)水平位移(mm) 工況1 工況2 工況3-100-80-60-40-20020406080100-200-1000100200300400500600700水平力(kN)水平位移(mm) 工況3 工況4骨架曲線圖4.8 各工況骨架曲線比較u 各工況骨架曲線基本吻合。在拉索起作用開始后，斜率基本相同，說 明拉索的作用比較穩(wěn)定。拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用圖3.8(a) 不同豎向荷載圖3.8(b) 不同加載位移 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日5

41、2v數(shù)值模擬數(shù)值模擬 恢復(fù)力模式恢復(fù)力模式 圖4.9 恢復(fù)力模式 (a)盆式支座；(b)拉索；(c)拉索減震支座-100-80-60-40-20020406080100-200-1000100200300400500600700水平力(kN)水平位移(mm) 工況3 工況4拉索減震支座由盆式支座與拉索組合而成，其恢復(fù)力也可以由二者組合而成。拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用+= 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日53-0.15-0.10-0.050.000.050.100.15-6000-4000-2000020

42、00400060008000水平力(kN)水平位移(m)-100-80-60-40-20020406080-100-50050100150200水平力 (kN)水平位移(mm)SAP2000SAP2000中的模擬方法中的模擬方法 盆式支座采用Wen塑性單元模擬，拉索采用多段線彈性連接單元模擬； 在支座底板施加固定約束，在頂板施加豎向力和水平力對試驗過程進(jìn)行模擬 。圖4.10 SAP2000模型圖4.11 滯回曲線比較拉索拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日54圖4.12 模擬與試

43、驗對比 -0.12 -0.10 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.000.020.040.060.080.100.12-1000-800-600-400-20002004006008001000120014001600水平力(kN)水平位移(m) 試驗曲線 數(shù)值模擬曲線 摩擦耗能段與試驗結(jié)果基本一致； 限位段因剛度取值與試驗的誤差，略有不同。 模擬結(jié)果與試驗結(jié)果對比模擬結(jié)果與試驗結(jié)果對比 拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日55圖4.13 計算模型 以某四跨連續(xù)

44、梁為例，如圖所示。 3#墩設(shè)置兩個固定盆式支座，其他墩均設(shè)置一個雙向滑動支座和一個單向滑動盆式支座。在分析中，假定橋墩保持彈性，僅考慮了支座非線性。 有效性分析有效性分析 工況固定墩墩底內(nèi)力反應(yīng)墩梁相對位移(m)剪力(kN)彎矩(kNm)邊墩固定墩工況32546.91620023.580.108-工況7788.7186000.050.140.12(-)/-76%-86%27%-表3.1 有效性分析固定墩墩底剪力和彎矩分別下降76%和86%，而邊墩墩梁相對位移僅增加27%；具有良好的限位能力，且能夠顯著地減小固定墩所受的地震力 。分析了兩種工況：工況3#墩采用固定盆式支座； 工況3#墩采用固定型

45、拉索減震支座。 地震動輸入為N-S方向的El-Centro波拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日56 拉索剛度的合理取值拉索剛度的合理取值 01234560.130.140.150.160.17墩梁相對位移(m)拉索剛度(X1.0e+05kN)012345620000400006000080000100000120000140000墩底彎矩(kNm)拉索剛度(X1.0e+05kN) （a）梁端位移與拉索剛度關(guān)系 (b) 固定墩墩底彎矩與拉索剛度關(guān)系圖4.14 參數(shù)敏感性分析 墩梁

46、相對位移隨著剛度的增大迅速減小，但減小的速度越來越小，超過某個值后， 貢獻(xiàn)甚微。 固定墩墩底彎矩隨拉索剛度的增大而增大。 拉索的剛度并不是越大越好，而是要找到一個合適的平衡點(diǎn)，以墩梁相對位移為 主要依據(jù)，兼顧墩底內(nèi)力。 拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日57v 拉索減震支座在九堡大橋中的應(yīng)用拉索減震支座在九堡大橋中的應(yīng)用全橋孔跨布置為：55+285m+90（北側(cè)引橋）+3210m（主橋）+90+985+55m（南側(cè)引橋），全長1855m 。引橋為等截面連續(xù)組合箱梁橋，主橋為連續(xù)

47、結(jié)合梁鋼拱組合體系橋。圖4.15 杭州九堡大橋有限元模型 工程簡介工程簡介 拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日58 樁基能力驗算結(jié)果樁基能力驗算結(jié)果 工況位置最不利單樁的需求抗彎能力(kNm)是否通過最不利軸力P(kN)彎矩M(kNm)100年3%（縱向豎向輸入）PN26284.5517278.6020830PN110306.9812620.4322390*PS1-1255.2215140.1317140PS26741.5116323.8921020100年3%（橫向豎向輸入）

48、PN28360.3021555.0721660PN18563.5221265.3521740*PS17854.2623128.5421460PS29446.1719096.5222080表3.2 一般沖刷工況,主橋拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日59工況位置最不利單樁的需求抗彎能力(kNm)是否通過最不利軸力P(kN)彎矩M(kNm)100年3%（縱向豎向輸入）PN29633.0518446.6822150PN110871.6715390.7322590*PS11545.59

49、22936.4818640PS29590.6918483.3222130100年3%（橫向豎向輸入）PN211269.2020040.3022720PN110755.5123253.4622550*PS111491.3821323.0122800PS211195.5019372.8922700表3.3 局部沖刷工況,主橋 一般沖刷和局部沖刷工況，主橋均出現(xiàn)樁基能力不足情況； 縱向輸入時，主橋固定墩PS1樁基能力不足； 橫向輸入時，主橋固定墩PS1及相鄰墩PN1的樁基抗震能力不足，一般沖刷工況， PN2也只是勉強(qiáng)滿足地震需求。拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗

50、 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日60 原方案支座驗算原方案支座驗算 分別對一般沖刷和局部沖刷兩種工況下，支座在縱、橫向地震波輸入時的剪切強(qiáng) 度進(jìn)行驗算； 主橋的所有固定支座（包括縱、橫兩個方向）在P2概率水平地震作用下的水平剪 力均遠(yuǎn)大于豎向承載力的20%，必然會出現(xiàn)剪壞。 引橋的固定墩支座、邊墩支座在地震橫向輸入下亦會出現(xiàn)剪切破壞。 改進(jìn)方案改進(jìn)方案-拉索減震支座方案拉索減震支座方案 允許主橋各墩和引橋固定墩及邊墩上的支座在受約束方向剪斷，用拉索限制因此 而產(chǎn)生的過大墩梁相對位移，即建議在這些墩上安裝拉索減震支座。 拉索減震支座的設(shè)計、試驗及

51、工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日61 自由行程的確定自由行程的確定 取值原則：（1）要大于溫度產(chǎn)生的伸縮量，保證正常使用狀態(tài)下，支座的自由變形；（2）要小于地震作用下支座全部剪斷后產(chǎn)生的墩梁相對變形，即保證拉索起作用；（3）同一聯(lián)橋梁各支座自由行程應(yīng)相同。 根據(jù)以上3條原則，確定拉索支座的自由行程u0。北引橋主橋南引橋縱向0.060 0.120 0.140 橫向0.010.010.01表3.4 自由行程建議值（單位：m）拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能

52、 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日62 拉索剛度的合理取值拉索剛度的合理取值 010203040175001760017700178001790018000181001820018300墩底剪力(kN)拉索剛度(kNm)104 一般沖刷模型0102030400.140.160.180.200.220.240.26支座變形(m)拉索剛度(kNm)104 支座ARC-PS1a1 支座ARC-PS1a2051015202530175018001850190019502000墩底剪力(kN)拉索剛度(kNm)1040510152025300.0150.0200.02

53、50.0300.0350.0400.045支座變形(m)拉索剛度(kNm)10405101520253019502000205021002150墩底剪力(kN)拉索剛度(kNm)1040510152025300.0200.0250.0300.0350.0400.045支座變形(m)拉索剛度(kNm)104左圖為墩底剪力與拉索剛度關(guān)系；右圖為支座變形與拉索剛度關(guān)系；主橋、北引橋和南引橋各固定墩墩底剪力隨著剛度的增大而增大，規(guī)律大致相同； 支座變形隨著拉索剛度的增大而減小。隨著拉索剛度的增大，支座變形的變化越趨于緩和，而此時，墩底剪力卻有較大的增長； 主橋拉索減震支座的縱向拉索剛度取3105kNm

54、；南、北引橋拉索減震支座的縱向拉索剛度取2105kNm。 橫向剛度取值方法相同。主橋PS1北引橋PN4南引橋PS5拉索減震支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日63 減震有效性分析減震有效性分析 通過對墩底剪力和彎矩的比較可知，固定墩墩底內(nèi)力有大幅度減小，最大可減小至僅為原方案的30%，而其它各墩內(nèi)力又不至于增加太多 ； 對支座變形的對比結(jié)果可以看出，拉索支座可以有效地限制住因支座剪斷而產(chǎn)生的過大位移，拉索減震支座方案的支座變形量約為原設(shè)計方案因支座剪斷而產(chǎn)生的位移的70%左右； 拉索減震

55、支座的設(shè)計、試驗及工程應(yīng)用 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日644.2 局部采用鋼纖維混凝土(SFRC)橋墩抗震能力評價v SFRCSFRC本構(gòu)模型本構(gòu)模型 材料本構(gòu)性能的研究是結(jié)構(gòu)理論研究和工程設(shè)計的基礎(chǔ)，材料本構(gòu)關(guān)系的精度 極大程度上決定著計算結(jié)果能否正確地反映結(jié)構(gòu)行為的實際狀況； SFRC主要與基體強(qiáng)度、體積摻量和長徑比有關(guān)；工程應(yīng)用中，體積摻量一般 02%，長徑比一般5080。 橋墩截面由保護(hù)層和核心砼兩部分組成； 對無約束SFRC，已有很多種模型，國內(nèi)外不少于10個； 箍筋約束SFRC本構(gòu)模型研究較少

56、；Ramesh (2003,India), Mansur(1997,Singapore),Ganesan(1990,India),Tanigawa(1981,Japan) 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日65本文選用Barros and Figuerias于1999年提出的本構(gòu)模型。為什么選這個？ Francesco Bencardino (2008,Italy)0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.0180510152025 應(yīng)力(MPa)應(yīng)變 C30普

57、通混凝土 Vf=0.5% SFRC Vf=1.0% SFRC Vf=1.5% SFRC Vf=2.0% SFRCLf/Df=600.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.0180.0200510152025 應(yīng)力(MPa)應(yīng)變 C30普通混凝土 Vf=0.5% SFRC Vf=1.0% SFRC Vf=1.5% SFRC Vf=2.0% SFRCLf/Df=75(a) 長徑比為60 (b) 長徑比為75 圖4.1 SFRC的應(yīng)力-應(yīng)變曲線無約束無約束SFRCSFRC 局部采用鋼纖維混凝土(SFRC)橋墩抗震能力評價 大大 型型 橋橋 梁梁 的

58、的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日660.0021 5(1)cccccff0.140.004syhcuccff將無約束SFRC的峰值應(yīng)變代替式（4.1）中的0.002，用極限應(yīng)變代替式（4.2）中的0.004即可。 （4.1）（4.2）對于箍筋約束SFRC本構(gòu)模型，本文以Mander模型為基礎(chǔ)，采用以下方法構(gòu)建： 箍筋約束箍筋約束SFRCSFRC 2003年，印度學(xué)者K.Ramesh 通過90個試件的試驗，得到一個本構(gòu)模型，其中：箍筋和鋼纖維的貢獻(xiàn)分別考慮。由于采用的約束指標(biāo)與我們常用的不同，故未采用。經(jīng)計算，與Ramesh結(jié)果比較一致。

59、局部采用鋼纖維混凝土(SFRC)橋墩抗震能力評價 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日67v 為什么要局部使用為什么要局部使用 價格昂貴，1%的摻量使造價增大一倍；“好鋼用在刀刃上”， 局部使用對整體造價增加不多。 經(jīng)濟(jì)原因經(jīng)濟(jì)原因 力學(xué)可行性力學(xué)可行性 英國學(xué)者R.N.Swamy在試驗中發(fā)現(xiàn)，局部采用與全部采用對構(gòu)件彎曲性能增 強(qiáng)效果大致相同 ； 鋼纖維對普通混凝土性能的改善主要在延性和韌性方面； 塑性鉸是一個局部區(qū)域。 局部采用鋼纖維混凝土(SFRC)橋墩抗震能力評價 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震

60、能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系2021年12月11日68v 局部局部SFRCSFRC合理長度合理長度cycyfyfyMfMf由于橋墩的彎矩是沿墩高線性變化的，所以當(dāng)墩底截面的彎矩達(dá)到 時，要使普通鋼筋混凝土也正好進(jìn)入屈服，所需要的 的表達(dá)式為： fyMcl圖4.2 計算圖式兩點(diǎn)說明：1.2.計算局部SFRC合理長度時還應(yīng)考慮材料超強(qiáng)的影響。常規(guī)橋梁墩柱超強(qiáng)系數(shù)在1.21.6之間。橋墩處于低軸壓比范圍，建議超強(qiáng)系數(shù)取1.3；摘自殷鵬程碩士論文局部采用鋼纖維混凝土(SFRC)橋墩抗震能力評價 大大 型型 橋橋 梁梁 的的 抗抗 震震 能能 力力 設(shè)設(shè) 計計 策策 略略同濟(jì)大學(xué)