橋梁地震震害與抗震設(shè)計精品PPT課件

1、第四交通設(shè)計院技術(shù)交流 匯報人：宮玉明橋梁震害分析與抗震設(shè)計橋梁震害分析1抗震設(shè)計的重要概念2抗震設(shè)計與計算要點3對抗震設(shè)計的探討4橋梁震害分析與抗震設(shè)計地震宏觀震害1典型橋梁震害2橋梁震害特征3橋梁震害啟示41 橋梁震害分析 汶川地震后，四川省交通廳組織全國11家設(shè)計單位對四川重災(zāi)區(qū)國省主干線公路上的橋梁進行震害調(diào)查和檢測，共調(diào)查檢測公路橋梁1657座。1 橋梁震害分析汶川地震震區(qū)橋梁橋型比例表橋 型座數(shù)所占比例完好及輕微破壞中度破壞嚴重破壞損毀簡支體系橋梁133780.68%82.87%9.35%7.03%0.75%拱 橋28617.26%87.75%7.00%4.20%1.05%連續(xù)梁橋

2、332.00%72.73%12.12%9.09%6.06%連續(xù)剛構(gòu)10.06%/100%/ 橋墩形式：橋墩幾乎均為雙柱式橋墩，5座橋梁設(shè)獨柱式橋墩，其中4座橋采用矩形獨柱墩，1座橋采用圓柱形獨柱墩。橋梁宏觀震害1：次生地質(zhì)災(zāi)害對橋梁的破壞巨大徹底關(guān)大橋映秀岸垮塌3孔映秀至汶川公路一碗水順河橋被崩塌體砸毀4孔1 橋梁震害分析映秀至臥龍公路魚子溪2號橋被落石砸垮映秀至汶川公路桃關(guān)岷江橋被落石砸垮橋梁宏觀震害1：次生地質(zhì)災(zāi)害對橋梁的破壞巨大1 橋梁震害分析映秀附近嚴重破壞橋梁與斷層帶的相互位置關(guān)系圖穿越地表活動斷裂帶及斷裂帶附近2km范圍內(nèi)的橋梁容易發(fā)生毀滅性破壞 橋梁宏觀震害2：近場地震的影響巨大

3、1 橋梁震害分析G213線百花大橋跨塌的第五聯(lián)橋 百花大橋距活動斷層約1.0Km，第五聯(lián)橋整體垮塌，同時殘存部分90的橋墩出現(xiàn)壓潰現(xiàn)象。 橋梁宏觀震害2：近場地震的影響巨大映秀順河橋穿過中央斷裂帶，全部倒塌1 橋梁震害分析斜橋移位普遍較大，在梁體產(chǎn)生縱橋向移位的同時也帶來橫橋向位移 百花大橋位于小半徑曲線上的第五聯(lián)跨塌，其它聯(lián)雖破壞嚴重，但未發(fā)生垮塌 橋梁宏觀震害3：彎、斜橋破壞比直線橋嚴重1 橋梁震害分析地震宏觀震害1典型橋梁震害2橋梁震害特征3橋梁震害啟示41 橋梁震害分析 廟子坪大橋：主橋為連續(xù)剛構(gòu)，引橋為T梁，采用板式橡膠支座，橋墩較高，震后落梁。百花大橋廟子坪大橋G2131 橋梁震害

4、分析第5孔落梁Detail ADetail B1 橋梁震害分析1 橋梁震害分析 百花大橋位于岷江右岸，橋長495.55m，最大墩高30.87m。上部采用鋼筋砼連續(xù)梁和50m簡支T梁組合：425+525+50+325+520+220，平面位于R=150的圓曲線（左偏）、L=192.601的直線以及R=66的圓曲線（右偏）上。第5聯(lián)橋跨，即5-20米連續(xù)梁整體傾覆，完全破壞。1 橋梁震害分析聯(lián) 號第 5 聯(lián)第 6 聯(lián)墩編號13141516（固定）171819（固定）20墩高(m)30.329.929.726.922.218.17.1橋臺1 橋梁震害分析典型的橋墩底部破壞傾斜19號墩1 橋梁震害分析

5、橋墩節(jié)點破壞墩底剪切破壞1 橋梁震害分析地震宏觀震害1典型橋梁震害2橋梁震害特征3橋梁震害啟示4橋梁震害分析映秀岷江大橋簡支梁橋，主梁橫向移位1.2m橋梁震害主梁移位1 橋梁震害分析壽江大橋簡支梁橋，主梁縱向移位60cm1 橋梁震害分析橋梁震害主梁移位21獨秀峰大橋主梁縱橫向移位，最大達15cm， 并有明顯轉(zhuǎn)動1 橋梁震害分析橋梁震害主梁移位映秀順河橋縱向落梁1 橋梁震害分析支座滑移變形1 橋梁震害分析橋梁震害支座失效支座脫空1 橋梁震害分析橋梁震害支座失效支座與鋼板錯位1 橋梁震害分析橋梁震害支座失效支座縱向滑移1 橋梁震害分析橋梁震害支座失效支座橫向移位1 橋梁震害分析橋梁震害支座失效盆式

6、支座限位塊破壞橋梁震害支座失效1 橋梁震害分析盆式支座限位塊破壞橋梁震害支座失效1 橋梁震害分析錨固螺栓剪斷支座位移過大1 橋梁震害分析碰撞型橋梁震害擋塊損壞斜剪型擋塊破壞的主要形式1 橋梁震害分析水平剪切型橋梁震害擋塊損壞1 橋梁震害分析墩頂壓潰湔江河大橋橋梁震害橋墩損壞1 橋梁震害分析墩頂塑性鉸湔江河大橋、南壩大橋蓋梁開裂湔江河大橋蓋梁開裂十分少見，但在該橋中，多個蓋梁出現(xiàn)了此現(xiàn)象。1 橋梁震害分析墩頂剪切破壞映秀順河橋墩底開裂1 橋梁震害分析1 橋梁震害分析1995年日本阪神大地震洛馬-普雷塔大地震1999年臺灣集集地震1 橋梁震害分析日本阪神（1995）橋臺前墻剪切破壞橋臺側(cè)墻跨塌或剪

7、切破壞橋梁震害橋臺損壞1 橋梁震害分析百花大橋0臺肋板式橋臺開裂百花大橋20臺胸墻破壞小黃溝中橋橋臺側(cè)墻剪切裂縫漁子溪4號橋橋臺側(cè)墻、前墻開裂橋梁震害橋臺損壞1 橋梁震害分析1 橋梁震害分析橋梁震害基礎(chǔ)損壞地震宏觀震害1典型橋梁震害2橋梁震害特征3橋梁震害啟示41 橋梁震害分析垮塌、移位、落梁、墩身破壞、橋臺破壞、地基破壞、支座破壞、伸縮縫破壞砸壞、擠壓橫移橋梁震害直接震害間接震害橋位選擇應(yīng)充分考慮地形和地質(zhì)條件，盡量遠離滑坡、崩塌地段，對于必須通過不良地質(zhì)病害的橋位應(yīng)進行處治。橋位要盡量遠離斷裂帶，尤其應(yīng)避免與斷裂帶小角度交叉。同時選擇易于修復(fù)的橋梁方案，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。在地震高烈度地

8、區(qū)應(yīng)盡量少采用斜橋，斜、彎橋在設(shè)計時應(yīng)考慮多方向地震輸入。1 橋梁震害分析垮塌、移位、落梁、墩身破壞、橋臺破壞、地基破壞、支座破壞、伸縮縫破壞砸壞、擠壓橫移橋梁震害直接震害間接震害 重視概念設(shè)計，選擇合理的結(jié)構(gòu)抗震體系。 合理選擇和布置支座，盡可能由多個橋墩分擔(dān)水平地震力。綜合應(yīng)用增大主梁擱置長度、設(shè)置縱橫向擋塊、設(shè)置防落梁裝置等方法，應(yīng)對落梁震害。 合理設(shè)置墩柱的箍筋，增強延性變形能力；避免剪切破壞。1 橋梁震害分析抗震概念設(shè)計1P-M-曲線2延性抗震原理3能力設(shè)計方法42 抗震設(shè)計的重要概念2 抗震設(shè)計的重要概念抗震設(shè)計流程 抗震概念設(shè)計確定地震作用 建立計算模型 E1地震力與強度驗算 確

9、定P-M-曲線 E2地震力與位移驗算 能力保護構(gòu)件計算延性構(gòu)造細節(jié)與抗震措施 概念設(shè)計包含場地與地基、橋梁結(jié)構(gòu)型式、抗震耗能體系、抗震構(gòu)造措施、減隔震體系 等方面內(nèi)容，既有定性分析，也有定量分析。 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 概念設(shè)計 數(shù)值設(shè)計2 抗震設(shè)計的重要概念定義：根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗等歸納的抗震基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，進行橋梁結(jié)構(gòu)總體布置、確定細部構(gòu)造的過程。理想的橋梁抗震結(jié)構(gòu)體系：(1) 幾何線形：直橋，各墩高度相差不大。(2) 結(jié)構(gòu)布局：上部結(jié)構(gòu)連續(xù)，伸縮縫盡可能少；橋梁保持小跨徑；多個橋墩上設(shè)置彈性支座；各個橋墩的強度和剛度在各個方向都相同；基礎(chǔ)建造在堅硬場地上。2 抗震設(shè)計的重要概念橋梁概

10、念設(shè)計流程： 初擬設(shè)計方案簡單計算模型 動力特性分析 地震反應(yīng)估算 抗震薄弱部位分析 較好的抗震體系 延性設(shè)計常規(guī)橋梁概念設(shè)計要點：（1）一聯(lián)內(nèi)任意兩橋墩組合剛度比宜 0.5。（2）一聯(lián)內(nèi)相鄰橋墩組合剛度比宜 0.75。（3）相鄰聯(lián)基本周期比宜 0.7。（4）不滿足以上要求的，宜采用調(diào)整支座剪切剛度、調(diào)整墩柱尺寸或配筋率的方法來改變橋墩組合剛度比或相鄰聯(lián)周期比。（3）雙柱墩或多柱墩在橫橋向地震作用下，應(yīng)考慮蓋梁可能出現(xiàn)的正負彎矩交替作用。2 抗震設(shè)計的重要概念抗震體系1：橋梁的塑性變形、耗能部位位于橋墩2 抗震設(shè)計的重要概念抗震體系2：橋梁的耗能部位位于橋梁上下部連接構(gòu)件2 抗震設(shè)計的重要概念

11、抗震體系3：混合型，上下部連接構(gòu)件和橋墩均 具有塑性變形和耗能的作用抗震體系4：墩柱、基礎(chǔ)彈性，上部結(jié)構(gòu)塑性變形鋼橋2 抗震設(shè)計的重要概念抗震概念設(shè)計1P-M-曲線2延性抗震原理3能力設(shè)計方法42 抗震設(shè)計的重要概念2 抗震設(shè)計的重要概念2 抗震設(shè)計的重要概念 條帶法基于鋼筋和混凝土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系，利用材料力學(xué)方法獲得截面的P-M-曲線，計算過程簡單，方便快捷?；炯俣ǎ航孛孀冃尉S持平截面與構(gòu)件軸線垂直不考慮鋼筋與混凝土之間的 滑移 不考慮剪切應(yīng)變2 抗震設(shè)計的重要概念 MIDAS中提供了多種鋼筋和混凝土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系，對于常規(guī)橋梁推薦采用如下：鋼筋雙折線混凝土Mander延性抗震定義2

12、抗震設(shè)計的重要概念 材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性，通常定義為在初始強度沒有明顯退化情況下的非彈性變形能力。 承受較大非彈性變形，同時強度沒有明顯下降的能力 利用滯回特性吸收能量的能力材料的延性: 發(fā)生了較大的非彈性變形，強度沒有明顯下降構(gòu)件的延性：局部延性結(jié)構(gòu)的延性：整體延性在地震動（隨機反復(fù)荷載）作用下，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性會有所降低。延性抗震恢復(fù)力2 抗震設(shè)計的重要概念截面尺寸：10cm10cm墩高：100cm保護層厚度：1.5cm實測恢復(fù)力曲線2 抗震設(shè)計的重要概念（1）曲率延性系數(shù) MmaxMyMu屈服點開裂點彎矩最大點失效點截面彎矩曲率關(guān)系示意圖塑性鉸區(qū)截面的極限曲率與屈服曲率之比：（2）位移

13、延性系數(shù)構(gòu)件的最大位移與屈服位移之比：結(jié)構(gòu)的位移延性系數(shù) 與結(jié)構(gòu)的布置有關(guān)鋼筋混凝土截面的屈服曲率：截面最外層受拉鋼筋初始屈服時（適筋構(gòu)件）截面混凝土受壓區(qū)最外層纖維初次達到峰值應(yīng)變值時（超筋構(gòu)件或高軸壓比構(gòu)件）極限曲率：被箍筋約束的核心混凝土達到極限壓應(yīng)變臨界截面的抗彎能力下降到最大彎矩值的85%。延性抗震延性指標(biāo)延性抗震延性與變形能力2 抗震設(shè)計的重要概念變形能力延性 y u 變形抗力RRy位移延性系數(shù)u/y 延性、位移延性系數(shù)和變形能力 柔性高墩與延性矮墩的比較 sy ty su tu 變形抗力R 矮墩的力-位移曲線 高墩的力-位移曲線s6t3一個結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可能有較大的延性，但最大位移延

14、性系數(shù)卻可能較低！一個結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可能有較大的變形能力，但它實際可利用的延性卻可能較低！2.4 延性抗震延性的意義2 抗震設(shè)計的重要概念給定： 純粹依靠強度抗震不經(jīng)濟，希望利用延性抗震，即利用塑性鉸減小地震力，并耗散能量。 使結(jié)構(gòu)具有能夠適應(yīng)大地震激起的反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)的滯回延性 地震輸入能量=結(jié)構(gòu)的動能+彈性應(yīng)變能+阻尼耗能+滯回耗能延性抗震是以結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定程度的損壞為代價。通過延性構(gòu)件在地震動下發(fā)生的反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)，耗散掉大量的地震輸入能量，保證結(jié)構(gòu)的抗震安全。強度變形能量 滯回耗能與彈性應(yīng)變能示意圖 為了提高鋼筋混凝土墩柱的延性性能，通常用做成密排螺旋筋或箍筋形式的橫向約束鋼筋來

15、約束混凝土。 影響鋼筋混凝土墩柱延性的因素：橋墩截面、縱筋配置、軸壓比、混凝土標(biāo)號、箍筋含量及配置方案延性抗震鋼筋混凝土柱延性設(shè)計 (a) 圓形箍筋或螺旋筋 (b) 配置交叉拉筋的矩形箍筋 (c)部分重疊的箍筋2 抗震設(shè)計的重要概念橫向鋼筋的約束作用箍筋對核心混凝土的約束作用 縱向鋼筋的約束作用普通約束混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線 當(dāng)混凝土中的應(yīng)力較低時，混凝土不受約束。當(dāng)混凝土中的應(yīng)力接近單軸強度時，內(nèi)部開裂不斷發(fā)展，橫向應(yīng)變變得很大，于是橫向鋼筋受拉，混凝土就變成受約束的了。橫向箍筋能有效地限制混凝土的橫向膨脹，改善核心混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并阻止縱向鋼筋屈曲2 抗震設(shè)計的重要概念2 抗震設(shè)計的重

16、要概念延性抗震，必須保證結(jié)構(gòu)具有的延性（延性能力）超過預(yù)期地震動所能激起的最大非彈性變形（延性需求）。 要充分發(fā)揮延性能力，必須采用能力設(shè)計方法進行延性設(shè)計給定：延性能力延性需求規(guī)則橋梁：簡化的延性抗震設(shè)計復(fù)雜橋梁：非線性動力時程分析抗震概念設(shè)計1P-M-曲線2延性抗震原理3能力設(shè)計方法42 抗震設(shè)計的重要概念 (a) 脆性鏈子 (b)延性鏈子PP脆性鏈子，強度為Pib延性鏈子，強度為Pd脆性鏈子，強度為PibP能力保護設(shè)計原理的簡單范例P基本原理：在結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護構(gòu)件之間建立強度安全等級差異（如同保險絲），以確保結(jié)構(gòu)不會發(fā)生脆性的破壞模式。能力設(shè)計方法基本原理2 抗震設(shè)計的重

17、要概念采用能力設(shè)計方法進行延性抗震設(shè)計，一般分為三步： 選定潛在塑性鉸位置，對塑性鉸區(qū)截面進行強度和延 性設(shè)計(2) 延性構(gòu)件中脆性破壞模式檢算(3) 能力保護構(gòu)件設(shè)計結(jié)構(gòu)抗震性能傳統(tǒng)方法能力設(shè)計方法塑性鉸出現(xiàn)位置塑性鉸的布局局部延性需求結(jié)構(gòu)整體抗震性能防止結(jié)構(gòu)倒塌破壞概率不明確隨機難以估計難以預(yù)測有限預(yù)定的構(gòu)件部位預(yù)先選擇與整體延性需求直接聯(lián)系可以預(yù)測概率意義上的最大限度抗震設(shè)計方法比較2 抗震設(shè)計的重要概念2 抗震設(shè)計的重要概念能力設(shè)計方法潛在塑性鉸的位置潛在塑性鉸位置的選擇選擇結(jié)構(gòu)中預(yù)期出現(xiàn)的塑性鉸位置時，應(yīng)能使結(jié)構(gòu)獲得最優(yōu)的耗能，并盡可能使預(yù)期的塑性鉸出現(xiàn)在易于發(fā)現(xiàn)和易于修復(fù)的結(jié)構(gòu)部位

18、。設(shè)計地震力設(shè)計地震力與位移延性系數(shù)關(guān)系 延性結(jié)構(gòu)根據(jù)延性能力的發(fā)揮程度分為：完全延性結(jié)構(gòu)有限延性結(jié)構(gòu)完全彈性結(jié)構(gòu) 橋梁結(jié)構(gòu)的延性類型選擇：普通公路橋梁：完全延性結(jié)構(gòu)型式重要性橋梁：有限延性結(jié)構(gòu)型式關(guān)鍵性橋梁：完全彈性結(jié)構(gòu)型式2 抗震設(shè)計的重要概念能力設(shè)計方法選擇位移延性水平支座蓋梁墩柱抗剪結(jié)點基礎(chǔ)Add Your Text2 抗震設(shè)計的重要概念能力設(shè)計方法能力保護構(gòu)件相關(guān)情況介紹1規(guī)則橋梁簡化計算2復(fù)雜橋梁建模3減隔震設(shè)計43 抗震設(shè)計與計算要點 高地震烈度區(qū)公路項目3 抗震設(shè)計與計算抗震設(shè)防烈度7度區(qū) 寶漢高速 西寧南繞城抗震設(shè)防烈度8度區(qū)縣東路涇河特大橋武罐高速 高地震烈度區(qū)公路項目3

19、抗震設(shè)計與計算十天高速渭武高速平天高速（1）公路工程抗震規(guī)范（JTG B02-2013）（2）公路橋梁抗震設(shè)計細則（JTG/T B02-01-2008）（3）城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范（CJJ 166-2011）（4）建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010） 設(shè)計規(guī)范3 抗震設(shè)計與計算設(shè)計軟件（1）結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器（2） MIDAS（3） SAP2000 基于性能的抗震設(shè)計是08細則的基本思想，采用兩水平設(shè)防（EI/E2）、兩階段設(shè)計（彈性/延性），結(jié)構(gòu)在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能達到一組預(yù)期的性能目標(biāo)。 延性抗震：通過結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形（形成塑性鉸）來抵抗地震作用 能力保護

20、原則：確保塑性鉸只在選定的位置出現(xiàn)，并且不出現(xiàn)剪切破壞等破壞模式。 抗震設(shè)防理念3 抗震設(shè)計與計算3 抗震設(shè)計與計算抗震設(shè)計流程 抗震概念設(shè)計確定地震作用 建立計算模型 E1地震力與強度驗算 確定P-M-曲線 E2地震力與位移驗算 能力保護構(gòu)件計算延性構(gòu)造細節(jié)與抗震措施 相關(guān)情況介紹1規(guī)則橋梁簡化計算2復(fù)雜橋梁建模3減隔震設(shè)計43 抗震設(shè)計與計算 08細則中，參考國外規(guī)范對規(guī)則橋梁做了范圍限定，具體的限制較多：（1）跨數(shù)不多、跨徑不大（2）幾何尺寸、質(zhì)量、剛度無突變（3）相鄰橋墩剛度差異?。?）橋墩長細比在一定范圍（5）橋址地形、地質(zhì)情況好 山區(qū)高速的常規(guī)橋梁一般在橋墩長細比和剛度比方面不容易

21、滿足。 規(guī)則橋梁簡化計算3 抗震設(shè)計與計算 規(guī)則橋梁的地震反應(yīng)以第一振型為主，可以略去高階振型的響應(yīng)，用單振型反應(yīng)譜法分析。 規(guī)則橋梁的上部結(jié)構(gòu)自重遠大于下部結(jié)構(gòu)自重（5:1以上），可以采用單質(zhì)點模型。 規(guī)則橋梁簡化計算3 抗震設(shè)計與計算規(guī)則橋梁單墩模型（固定墩）重力式橋墩多質(zhì)點模型，柱式橋墩單質(zhì)點模型采用板式橡膠支座的橋梁按支座與墩身耦聯(lián)剛度分配順橋向水平地震力 規(guī)則橋梁簡化計算3 抗震設(shè)計與計算 單質(zhì)點模型：將質(zhì)量集中布置在支座頂面，在質(zhì)點上作用一個水平集中力 規(guī)則橋梁簡化計算3 抗震設(shè)計與計算多質(zhì)點模型：將上部質(zhì)量集中布置在支座頂面，下部質(zhì)量分段布置在該段質(zhì)心上，在支座頂面作用一個水平集

22、中力 撓曲線：采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器或有限元軟件求解。考慮地基變形可采用以下兩種方法： 有效嵌固法 土彈簧法規(guī)則橋梁簡化計算3 抗震設(shè)計與計算相關(guān)情況介紹1規(guī)則橋梁簡化計算2復(fù)雜橋梁建模3減隔震設(shè)計43 抗震設(shè)計與計算要點車輛地震風(fēng)載3 抗震設(shè)計與計算動力特性有限元模型3 抗震設(shè)計與計算剛度模擬 撓曲剛度、剪切剛度、軸向拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度；質(zhì)量模擬包括平動質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量；邊界條件模擬支座、伸縮縫、其它結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)等。主梁的模擬：脊梁式、二梁式、梁式、三梁式脊梁式優(yōu)點：把截面所有的撓曲、扭轉(zhuǎn)剛度、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量集中在中間節(jié)點；缺點：無法計入橫梁的剛度及主梁的約束扭轉(zhuǎn)剛度；適用：閉口整體箱梁。3 抗震設(shè)

23、計與計算二梁式優(yōu)點：節(jié)點數(shù)少，可充分考慮橫梁的質(zhì)量、剛度，主梁可提供部分約束扭轉(zhuǎn)剛度；缺點：斷面的橫向剛度失真；適用：雙分離主梁。3 抗震設(shè)計與計算(1)固定支座鉸接(2)滑動支座雙線性彈塑性彈簧 聚四氟乙烯滑板式支座； 盆式橡膠支座（滑動支座）固定支座單向滑動盆式橡膠支座支座的模擬滑板式支座3 抗震設(shè)計與計算Ke(3)普通板式橡膠支座線性彈簧3 抗震設(shè)計與計算(4)隔震支座：鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座、LNR、HDR、NDQZ等3 抗震設(shè)計與計算基礎(chǔ)的模擬(1)擴大基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、錨錠處理為固結(jié)；(2)樁基礎(chǔ)一般采用以下兩種模擬方法： 邊界元上加彈簧剛度 樁單元加土彈簧 3 抗震設(shè)計與計算

24、時程分析的必要性：對于復(fù)雜大跨橋型，反應(yīng)譜法與時程法的計算結(jié)果相差較大，現(xiàn)行的反應(yīng)譜分析方法有待于進一步發(fā)展。為了進一步了解地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)的性能，考慮結(jié)構(gòu)材料的塑性及幾何變形的非線性是必要的結(jié)構(gòu)非線性：幾何非線性大變形（纜索、梁、柱）材料非線性非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系邊界條件非線性接觸問題（支座、伸縮縫、擋塊、地基）3 抗震設(shè)計與計算推倒法簡介靜力彈塑性方法（PUSH-0VER） 推倒方法是一種與反應(yīng)譜相結(jié)合的靜力非線性分析方法，以彈性反應(yīng)譜為基礎(chǔ)，將結(jié)構(gòu)簡化為等效單自由度體系。 基本原理：按一定的水平荷載加載方式，對結(jié)構(gòu)施加單調(diào)遞增的水平荷載，逐步將結(jié)構(gòu)推至一個給定的目標(biāo)位移來研究分析結(jié)構(gòu)的性

25、能，從而判斷結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的變形、受力、是否滿足設(shè)計要求。 基本假定： 結(jié)構(gòu)反應(yīng)可由單一振型控制; 在整個時程反應(yīng)中,振型形狀保持不變。3 抗震設(shè)計與計算PO法計算方法：(1) 建立結(jié)構(gòu)的計算模型、構(gòu)件的物理參數(shù)和恢復(fù)力模型等；(2) 計算結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力；(3) 將地震力等效為與第一振型等效的水平荷載模式。在結(jié)構(gòu)各層的質(zhì)心處，沿高度施加以上形式的水平荷載。確定其大小的原則是：水平力產(chǎn)生的內(nèi)力與前一步計算的內(nèi)力疊加后，恰好使一個或一批桿件開裂或屈服；(4) 對于開裂或屈服的桿件，對其剛度進行修改后，再增加一級荷載，又使得一個或一批桿件開裂或屈服；(5) 不斷重復(fù)步驟（3）、（4），直至結(jié)

26、構(gòu)達到某一目標(biāo)位移或發(fā)生破壞，將此時的結(jié)構(gòu)的變形和承載力與允許值比較，以此來判斷是否滿足“大震不倒”的要求。3 抗震設(shè)計與計算靜力彈塑性方法適用條件：面對結(jié)構(gòu)，可直觀地確定整體倒塌機制中各個 塑性鉸的形成過程;(2)靜力方法，能給出結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能；(3)適用于結(jié)構(gòu)振動以第一振型為主、基本周期在2 秒以內(nèi)的結(jié)構(gòu)。3 抗震設(shè)計與計算相關(guān)情況介紹1規(guī)則橋梁簡化計算2復(fù)雜橋梁建模3減隔震設(shè)計43 抗震設(shè)計與計算要點 減隔震技術(shù)是一種簡便、經(jīng)濟、先進的工程抗震手段。 減震是利用特制減震構(gòu)件或裝置，使之在強震時率先進入塑性區(qū)，產(chǎn)生大阻尼，大量消耗進入結(jié)構(gòu)體系的能量； 隔震則利用隔震體系，設(shè)法阻止地

27、震能量進入主體結(jié)構(gòu)。 在實踐中，常常把減震和隔震兩種體系合二為一。通過選擇適當(dāng)?shù)臏p隔震裝置與設(shè)置位置,可以達到控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布與大小的目的。3 抗震設(shè)計與計算要點3 抗震設(shè)計與計算要點采用減隔震技術(shù)的附加好處：1）通過合理設(shè)計減隔震系統(tǒng)，可改善地震力在下部結(jié)構(gòu)各支座間的分布，以保護基礎(chǔ)、墩臺等，必要時還可保護上部結(jié)構(gòu)。 2)有些減隔震支座在正常使用條件下，由溫度、收縮、徐變等變形引起的抗力很小。（可在超多跨連續(xù)梁橋中采用） 3 抗震設(shè)計與計算要點加速度反應(yīng)譜阻尼減少周期延長加速度譜周期 （T）位移反應(yīng)譜阻尼減少周期延長位移譜周期 （T） 減隔震技術(shù)的基本原理： 采用柔性支承延長結(jié)構(gòu)周期，減小結(jié)

28、構(gòu)地震反應(yīng)； 采用阻尼器裝置耗散能量，限制結(jié)構(gòu)位移； 保證結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有足夠的剛度 3 抗震設(shè)計與計算要點橋梁減隔震系統(tǒng)組成： 柔性支承裝置 （橡膠支座、滾軸、滑板、纜索懸吊）； 阻尼裝置（滯回阻尼、摩擦阻尼、粘滯阻尼、液壓摩擦阻尼）； 安全措施 （運營荷載下的安全措施、提供活動空間的構(gòu)造、防落梁構(gòu)造）耗能裝置的滯回曲線A 彈塑性阻尼裝置B 摩擦阻尼裝置C 粘彈性阻尼裝置D 粘滯阻尼裝置3 抗震設(shè)計與計算要點減隔震技術(shù)與延性抗震設(shè)計的比較原理類似：通過延長周期避開地震能量集中的周期范圍，并且增大阻尼耗散能量來達到減小地震反應(yīng)的目的實施的方法不同： 延性抗震設(shè)計允許很大的地震能量傳

29、到主體結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是為結(jié)構(gòu)提供抗震能力；減隔震技術(shù)將地震能量轉(zhuǎn)移到減隔震裝置上，大大減小了傳到主體結(jié)構(gòu)的地震能量。 延性抗震設(shè)計通過選定結(jié)構(gòu)部位形成塑性鉸以延長周期并耗能，結(jié)構(gòu)損傷不可避免，震后修復(fù)比較麻煩；減隔震技術(shù)通過設(shè)置減隔震裝置來延長周期并耗能，可以避免結(jié)構(gòu)損傷，減隔震裝置替換較簡單。3 抗震設(shè)計與計算要點高阻尼橡膠支座滯回曲線常用減隔震裝置簡介 分層橡膠支座的滯回曲線呈狹長形，可近似作線性處理。阻尼?。?% 10%），一般與阻尼器一起使用。 1 分層橡膠支座（板式橡膠支座） 內(nèi)部鋼板橡膠層 橡膠保護層下翼緣板上翼緣板分層橡膠支座的基本構(gòu)造2 高阻尼橡膠支座 采用特殊配制的橡膠材料制作，

30、形狀及構(gòu)造與天然橡膠支座相同。材料粘性大，自身可以吸收能量。滯回環(huán)的面積較大，恢復(fù)力模型可采用修正雙線性模型。3 抗震設(shè)計與計算要點 鋼板橡膠層鉛芯橡膠保護層鉛芯橡膠支座分層橡膠支座中部插入鉛芯而形成的隔震裝置。鉛芯：提供地震下的耗能能力和靜力荷載下所需剛度鉛芯橡膠支座滯回曲線雙線性恢復(fù)力模型3 鉛芯橡膠支座3 抗震設(shè)計與計算要點4 粘性材料阻尼器 3 抗震設(shè)計與計算要點 粘滯阻尼器常常作為大跨度橋梁振動控制的首選減振裝置 粘滯阻尼器可消耗大量振動能量而又不給橋梁結(jié)構(gòu)附加任何剛度，同時還允許橋梁產(chǎn)生因溫度變化而緩慢發(fā)生的位移 粘滯阻尼器具有阻尼系數(shù)調(diào)整幅度大、應(yīng)用范圍廣、穩(wěn)定性好、施工維修方便

31、等技術(shù)優(yōu)勢 3 抗震設(shè)計與計算要點Lock-up裝置可以看成一個簡單的速度開關(guān)，當(dāng)速度大于啟動值時，裝置啟動，變成剛性連桿，可改善結(jié)構(gòu)體系的受力3 抗震設(shè)計與計算要點MIDAS中對粘滯阻尼器的模擬3 抗震設(shè)計與計算要點5 鋼阻尼器 低屈服點鋼板剪切型橋梁阻尼器在工程中的應(yīng)用3 抗震設(shè)計與計算要點5 鋼阻尼器低屈服點鋼板剪切型優(yōu)勢：(1)曲線飽滿(2)良好的耗能能力(3)多次往復(fù)加載無退化鋼板阻尼器滯回曲線鋼板阻尼器變形3 抗震設(shè)計與計算要點減隔震橋梁設(shè)計要點關(guān)鍵是減隔震裝置的恢復(fù)力模型合理模擬！計算減隔震橋梁地震作用效應(yīng)時，宜取全橋模型進行分析，并考慮伸縮裝置、樁土相互作用等因素 減隔震橋梁抗

32、震分析一般宜采用非線性動力時程分析方法 減隔震設(shè)計的橋梁，應(yīng)滿足正常使用條件的要求。相鄰上部結(jié)構(gòu)之間須在橋臺、橋墩等處設(shè)置足夠的間隙，以滿足位移需求。減隔震設(shè)計的橋梁，其基本周期原則上應(yīng)為不采用減隔震裝置時基本周期的兩倍以上。3 抗震設(shè)計與計算要點減隔震技術(shù)的適用條件 上部結(jié)構(gòu)連續(xù)，下部結(jié)構(gòu)剛度較大，結(jié)構(gòu)基本振動周期比較短； 橋梁下部結(jié)構(gòu)高度變化不規(guī)則，剛度分配不均勻； 場地條件比較好，預(yù)期地面運動特性具有較高的頻率；不宜采用減隔震設(shè)計條件地震作用下，場地可能失效；下部結(jié)構(gòu)剛度小，橋梁的基本周期比較長；位于軟弱場地，延長周期可能引起地基和橋梁共振；支座中可能出現(xiàn)負反力。3 抗震設(shè)計與計算要點減

33、隔震裝置的選擇減隔震設(shè)計時，重點在提高耗能能力和分散地震力，不可過分追求加長周期。應(yīng)選用作用機構(gòu)簡單的減隔震裝置，并在其力學(xué)性能明確的范圍內(nèi)使用。減隔震裝置還應(yīng)滿足正常運營荷載的要求。減隔震裝置的布置(1) 布置在橋墩頂部，起降低上部結(jié)構(gòu)慣性力的作用（較常用）(2) 設(shè)置在橋墩底部，大幅度地降低整個結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng) （高墩、墩身貢獻較大時） (3)通過合理設(shè)置減隔震裝置，還可以調(diào)整地震力在各下部結(jié)構(gòu)間的分配。 如：在剛度較大的橋墩上放置剛度較低的橡膠支座。3 抗震設(shè)計與計算要點蓋梁寬度擬定1蓋梁計算模式2系梁的抗震作用3城規(guī)與公規(guī)的差異44 對抗震設(shè)計的探討蓋梁寬度擬定條件1：公路橋梁抗震設(shè)計細

34、則第11.2.1條；條件2：城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范第11.2.1條；條件3：支座或鋼板尺寸；條件4：墩柱尺寸。4 對抗震設(shè)計的探討 1）公路橋梁抗震設(shè)計細則第11.2.1條:簡支梁梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣應(yīng)有一定的距離(圖11.2.1)。其最小值a(cm) 按下式計算: a70+0.5L (11.2.1) 式中:L梁的計算跨徑(m) 而城規(guī)，6度區(qū)，第11.2.1條：a40+0.5L； 7度區(qū)，第11.3.2條： a70+0.5L 2）第11.2.2條:當(dāng)滿足式(11.2.2-1)的條件時，斜橋梁(板)端至墩、臺帽或蓋梁邊緣的最小距離a(cm)(圖11.2.2)應(yīng)按式(11.2.2-2) 和式(

35、11.2.1) 計算，取大值。 (11.2.2-1) (11.2.2-2)式中: L上部結(jié)構(gòu)總長度(m)，對簡支梁橋取其跨徑; B上部結(jié)構(gòu)總寬度(m); 斜交角(0); E極限脫落轉(zhuǎn)角(0)，一般取5。4 對抗震設(shè)計的探討4 對抗震設(shè)計的探討LbSIN(2)b/La伸縮 縫寬最小寬度最小 設(shè)計值2016450.5 0.80 64 16145 1802516450.5 0.64 80 16177 1903016450.5 0.53 96 16209 2103516450.5 0.46 113 16241 2504016450.50.4129 16273 280簡支梁計算結(jié)果該條規(guī)定難以滿足！蓋梁

36、寬度擬定1蓋梁計算模式2系梁的抗震作用3城規(guī)與公規(guī)的差異44 對抗震設(shè)計的探討4 對抗震設(shè)計的探討關(guān)于蓋梁計算模式的探討 根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62-2004)第8.2.1條的規(guī)定，墩臺蓋梁與柱應(yīng)按剛構(gòu)計算。當(dāng)蓋梁與柱的線剛度(EI/L)之比大于5時，雙柱式墩臺蓋梁可按簡支梁計算。(a) 簡支梁模型(b)剛構(gòu)模型 地震作用下，蓋梁應(yīng)采用剛構(gòu)模型進行計算分析。 推而廣之，風(fēng)荷載作用下，蓋梁也應(yīng)采用剛構(gòu)模型。 柱式墩在橫橋向地震作用下，應(yīng)考慮蓋梁可能出現(xiàn)的正負彎矩交替作用。蓋梁寬度擬定1蓋梁計算模式2系梁的抗震作用3城規(guī)與公規(guī)的差異44 對抗震設(shè)計的探討系梁的抗震

37、作用： 不影響橋梁的縱向動力特性，對橫向動力特性影響大，周 期減小 增大橫向剛度，減小橫向延性變形能力 系梁能改善墩柱穩(wěn)定性，調(diào)整樁柱內(nèi)力 系梁在地震作用下進入塑性可以形成耗能機制 4 對抗震設(shè)計的探討 從結(jié)構(gòu)抗震的角度，系梁宜按延性構(gòu)件設(shè)計，在E2地震作用下，宜先于橋墩進入彈塑性狀態(tài)，作為橋墩抗震第一道防線。 部分常規(guī)橋梁計算結(jié)果顯示：系梁與抗彎墩身剛度比在0.40.6 范圍內(nèi)，橋梁抗震性能比較好。目前常用的系梁尺寸，均超出這個范圍的上限，實際工程中，在滿足穩(wěn)定和彈性受力的前提下，應(yīng)盡量減小系梁節(jié)目抗彎剛度，并重視節(jié)點設(shè)計。4 對抗震設(shè)計的探討蓋梁寬度擬定1蓋梁計算模式2系梁的抗震作用3城規(guī)

38、與公規(guī)的差異44 對抗震設(shè)計的探討公路橋梁抗震設(shè)計細則（JTG/T B02-01-2008）簡稱公規(guī)城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范（CJJ 166-2011)簡稱城規(guī)4 對抗震設(shè)計的探討相同點：均采用兩水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計的抗震設(shè)計方法對常規(guī)橋梁均采用延性抗震設(shè)計和減隔震設(shè)計兩種策略地震反應(yīng)分析和抗震驗算方法基本相同差異：抗震設(shè)計等級劃分方式不同地震動參數(shù)不同橋墩和樁基礎(chǔ)的抗震能力計算公式略有差異抗震設(shè)計等級劃分方式不同： 城規(guī)按照結(jié)構(gòu)形式、在城市交通網(wǎng)絡(luò)中位置的重要性及承擔(dān)的交通量分為甲丁四類； 公規(guī)根據(jù)公路等級及橋梁重要性和修復(fù)（搶修）的難易程度分為AD類； 雖然兩本規(guī)范的橋梁類別劃分原則不同，但針對量大面廣的常規(guī)橋梁（乙/B類和丁/C類），兩者的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)基本一致。4 對抗震設(shè)計的探討地震動參數(shù)不同： 某城市橋梁高架（30m跨徑連續(xù)梁），雙向六車道城市快速路，所在場地設(shè)計基本地震動加速度峰值為0.1g，抗震設(shè)防烈度7度，地震分區(qū)第一區(qū)，場地類型四類場地，區(qū)劃圖特征周期0.35s。 按照公規(guī)，參照高速公