橋梁抗震復習資料

橋梁抗震復習資料橋梁抗震復習資料橋梁抗震復習資料資料僅供參考文件編號：2022年4月橋梁抗震復習資料版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發(fā)布日期：地震按成因可分為：火山地震、陷落地震、構(gòu)造地震、誘發(fā)地震。構(gòu)造地震的成因：由于地應力在某一地區(qū)逐漸增加，巖石變形也不斷增加，到一定時候，在巖石比較薄弱的地方突然發(fā)生呢個斷裂錯動，部分應變能突然釋放，其中一部分形式以波的形式傳播，引起地面震動，就產(chǎn)生了地震。震源：地層構(gòu)造運動中，在斷層形成的地方大量釋放能量，產(chǎn)生劇烈震動，此處就叫作震源。震源的正上方的地面位置叫震中。震中與震源之間的距離叫震源深度。建筑物與震中的距離叫震中距。震中附近震動最劇烈，一般也就是破壞最嚴重的地區(qū)叫極震區(qū)。按震源的深淺，地震有可分為淺源地震（震源深度小于60KM）、中源地震（震源深度60~300KM）和深源地震（震源深度大于300KM）。其中淺源地震造成的危害最大，當震源深度超過100KM時，通常不會在地面上造成危害。我國發(fā)生的地震，絕大多數(shù)是淺源地震，震源深度在10~20KM。目前所知最大震源深度約為720KM。按震中距的遠近，地震可分為地方震（震中距小于100KM）、近震（震中距為100~1000KM）和遠震（震中距大于1000KM）。地震的等級是衡量一次地震大小的等級，用符號M表示。國際通用單位里氏震級（常用表示）。震級每差一級能量差32倍之多。按震級的大小可分為微震（震級小于2級）、有感地震（震級2~5級）、中強地震（震級5~7級）和強震（震級大于7級）。微震只有儀器能夠記錄，有感地震一般人可以感覺到，中強地震能造成不同程度的破壞，而強震往往具有巨大的破環(huán)性。地震烈度是用來衡量地震破壞作用大小的一個指標，它表示某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受某一次地震影響的強弱烈度。一個地區(qū)的抗震設(shè)防一般情況下采用基本烈度?；玖叶戎冈搮^(qū)今后一個時期內(nèi)，在一般場地條件下可能遭到的最大地震烈度，即《中國地震烈度區(qū)劃圖》。現(xiàn)在，《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》以取代《中國地震烈度區(qū)劃圖》,成為一般建房工程的抗震設(shè)防依據(jù)。震中烈度與震級M之間的關(guān)系：地震波：當震源巖層發(fā)生斷裂、錯動時，巖層所積聚的變性能突然釋放，引起劇烈的震動，震動以彈性波的形式從震源向各個方向傳播并釋放能量。這種波就稱為地震波。地震波按其在地殼中傳播的位置的不同分為體波和面波。體波在地球內(nèi)部傳播，體波又分為縱波（P）和橫波（S）。地震動也稱地面運動，是指有震源釋放出來的地震波引起的地表附近土城的振動。地震動是地震和結(jié)構(gòu)抗震之間的橋梁，又是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的依據(jù)。地震動三要素：地震動強度（振幅、峰值）、頻譜特性、強度持續(xù)時間。地震分布：（1）環(huán)太平洋地帶、（2）亞歐地震帶。2008年3月21日，新疆于田級，5月12日，四川汶川級地震。2010年青海玉樹級地震。地震的直接作用，如地震波引起的強烈震動、地震斷層的錯動等，所造成的災害稱為地震直接災害。一、地表破壞：強烈地震時，往往產(chǎn)生地形地貌的變化（如地裂縫、滑坡、沙土液化、軟土沉陷）和砂土液化，從而使建造在其上面的建筑物、構(gòu)筑物受到破壞。二、建筑物破壞。建筑物在地震時按破壞程度可以分為五個等級：基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞、毀壞。建筑物的破壞既與地震烈度有關(guān)也與所在場地條件、建筑物本身有關(guān)。三、生命線工程破壞。社會生活生產(chǎn)有重大影響的交通、通信、供水、排水、供電、供氣、輸油等工程成為生命工程。由地震引發(fā)的火災、水災、有毒物質(zhì)泄漏和疫病流行等災害，稱為地震的次生災害。從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的觀點出發(fā)，橋梁震害歸為兩大類：（1）地基失效引起的破壞（靜力作用）。地基失效指由地震引起地基喪失承載力的現(xiàn)象。這類破壞現(xiàn)象是人工難以抵御的，應盡量通過場地選擇避免。（2）結(jié)構(gòu)強烈震動引起的破壞（動力作用）。外因：結(jié)構(gòu)遭遇的地震動強度遠遠超過設(shè)計預期的強度，結(jié)構(gòu)無法抵御而破壞。內(nèi)因：結(jié)構(gòu)設(shè)計、細部構(gòu)造以及施工方法上存在缺陷。由于地震動的復雜性和不確定性，設(shè)計對地震動不敏感的結(jié)構(gòu)就顯得特別重要。上部結(jié)構(gòu)的震害：按震害產(chǎn)生原因的不同，可分為上部結(jié)構(gòu)自身震害，上部結(jié)構(gòu)位移震害（包括落梁震害），以及上部結(jié)構(gòu)的碰撞震害。上部結(jié)構(gòu)的位移震害表現(xiàn)為橋梁上部結(jié)構(gòu)的縱向位移、橫向位移以及扭轉(zhuǎn)位移。支座的破壞形式一般表現(xiàn)為支座位移，錨固螺栓拔出、剪斷，活動支架脫落，以及支座本身構(gòu)造上的破壞等。下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的破壞：橋梁墩柱的震害，破壞形式主要是彎曲破壞和剪切破壞。彎曲破壞主要是約束筋配置不足、縱向鋼筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱延性不足。剪切破壞是脆性的，往往會造成墩柱以上及上部結(jié)構(gòu)的倒塌，震害較為嚴重。支撐部件失效、碰撞引起的破壞、橋墩和橋臺的破壞以及基礎(chǔ)的破壞。一、橋梁結(jié)構(gòu)動力概念設(shè)計二、延性抗震結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造設(shè)計支撐連接部位采用減隔震技術(shù)進行空間動力時程分析橋梁結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)防標準：工程抗震設(shè)防標準是根據(jù)地震動背景，為保證工程結(jié)構(gòu)在壽命期內(nèi)的地震損失（經(jīng)濟損失及人員傷亡）不超過規(guī)定的水平或社會可接受的水平，規(guī)定工程結(jié)構(gòu)必須具備的抗震能力。決定工程抗震設(shè)防標準的基本因素有三個：社會經(jīng)濟狀況，地震危害性，工程結(jié)構(gòu)的重要性。設(shè)防參數(shù)指在考慮工程抗震設(shè)防時，采用哪種物理量來進行工程設(shè)防。國內(nèi)常用參數(shù)烈度和地震動。烈度較粗超，一般選用地震動。設(shè)防水準工程設(shè)計中一般用地震超越概率或地震重現(xiàn)期來表示。超越概率指一定場地在未來一定時間內(nèi)遭遇到大于或等于給定地震的概率。地震重現(xiàn)期指一定場地重復出現(xiàn)大于或等于給定地震的平局時間間隔。T地震重現(xiàn)期，P超越概率，T0設(shè)計基準期多級設(shè)防的抗震設(shè)計思想：單一水準設(shè)防，一階段設(shè)計雙水準設(shè)防、三水準設(shè)防、兩階段設(shè)計。“小震不壞，中震可修、大震不倒”三水準設(shè)防、三階段設(shè)計多水準設(shè)防、多性能目標的基于性能的抗震設(shè)計橋梁工程的抗震設(shè)防標準可以是指行業(yè)的最低設(shè)防標準，由橋梁抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定，這主要是政府的行為和決策：也可以是指某個重大工程具體采用的抗震設(shè)防標準，應高于行業(yè)的最低設(shè)防標準，由業(yè)主進行決策和選擇。橋梁工程在使用期，要承受多種因素影響，包括永久作用、可變作用和偶然作用三大類。常規(guī)橋梁的抗震設(shè)計，可以采用兩種抗震策略，延性抗震設(shè)計和減隔震設(shè)計?！吨袊卣饎訁?shù)區(qū)劃圖》以峰值加速度和反應譜特征周期為技術(shù)指標對國土按照可能遭受地震影響的危險程度進行區(qū)分。在確定性地震反應分析中，一般采用兩種地震動輸入，即地震加速度反應譜和地震動加速度時程。生成人工地震加速度時程可以有兩條途徑：一、以規(guī)范設(shè)計反應譜為目標擬合而成。二、是對建橋橋址進行地震安全性評價，以提供場地的人工地震加速度時程。人工擬合地震加速度時程的方法有三種，三角級數(shù)法、隨機脈沖法、自然歸納法。橋梁結(jié)構(gòu)合理抗震選型：選橋位時應盡量避開抗震危險地段，充分利用抗震的有利地段避免或減輕在地震作用下因地基變形或地基失效造成的破壞合理的確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計方面：各部分構(gòu)件的強度應根據(jù)其重要性和修復（搶修）或更換的難易程度，采用明確的等級設(shè)置。橋梁結(jié)構(gòu)抗震體系選擇：合理的抗震結(jié)構(gòu)體系有兩個特征一是傳力途徑不間斷，二是橋梁保持整體性。橋梁結(jié)構(gòu)的合理抗震體系一般有兩種：一種是延性抗震體系，另一種是減隔震體系。動力學問題都具有三個要素：輸入（激勵）、系統(tǒng)、輸出（反應）橋梁解構(gòu)的地震反應分析要解決幾個關(guān)鍵的問題：確定合適的地震輸入建立結(jié)構(gòu)體系的數(shù)學模型及振動方程得到地震反應選擇合適的方法求解地震振動方程得到的地震反應。確定型地震反應分析方法主要有靜力法、動力反應普法、動態(tài)時程分析法直接積分法根據(jù)已知位移、速度、加速度和荷載條件，從前一時刻計算下一時刻地震反應常用的顯式積分法有中心差分法;常用的隱式積分法有Newmark-β法、Wilson-θ法、Runge-Kutta法等。規(guī)則橋梁是指其地震反應以一階振型為主的橋梁。因此規(guī)則橋梁的地震反應可以通過簡化模型或計算方法進行分析。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。它包括兩個方面的能力：一是承受較大的非彈性變形，同時強度沒有明顯下降的能力；二是利用滯回特性吸收能量的能力。最常用的延性指標：曲率延性指數(shù)（簡稱曲率延性）和位移延性系數(shù)（簡稱位移延性）。結(jié)構(gòu)的整體延性與結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的延性密切相關(guān)，但這并不意味著結(jié)構(gòu)中有一些延性很高的構(gòu)件，其整體延性就一定高。箍筋混凝土的墩柱的延性與以下因素有關(guān)。軸壓比：軸壓比對延性影響很大，軸壓提高，延性下降，當軸壓較大時（如軸壓比達到或超過25%），延性下降幅度較大。箍筋用量:適當加密箍筋配置，可以大幅提高延性箍筋形狀：同樣數(shù)量的螺旋箍筋與矩形箍筋相比，可以獲得更好的約束效果，但方形箍筋與矩形箍筋相比，約束效果差別不大混凝土強度：混凝土強度對柱的延性有一定影響，強度越高延性越低。保護層厚度：保護層厚度增大對延性不利縱向鋼筋：縱向鋼筋的增加會改變截面的中軸位置，從而改變截面的屈服曲率和極限曲率，總體上對延性有不利的影響截面形式：空心截面與相應的實心截面相比具有更好的延性；圓形截面與矩形截面相比有更好的延性。橫向箍筋的配置：橫向箍筋在延性橋墩中有三個重要作用，即約束塑性鉸區(qū)混凝土、提供抗剪能力、以及防止縱向鋼筋壓屈。從大量震害和試驗結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土墩柱的實際抗彎承載能力要大于其設(shè)計承載能力，這種現(xiàn)象稱為墩柱抗彎超強現(xiàn)象。減隔震技術(shù)的工作機理：地震動的頻率成分非常復雜，但地震的能量一般集中在一個頻率范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)的阻尼越大，結(jié)構(gòu)的地震反應越小。因為阻尼使震動系統(tǒng)能量耗散了。概括起來，減隔震技術(shù)的工作機理有三條：采用柔性支撐延長結(jié)構(gòu)周期，減小結(jié)構(gòu)地震反應采用阻尼式能量耗散元件，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減震系統(tǒng)的組成：由減隔震技術(shù)的原理可知，一個完善的橋梁減隔震系統(tǒng)應包含柔性支撐、阻尼裝置和構(gòu)造措施三部分。這三部分可以分開設(shè)置也可以合為一體。柔性支撐裝置，常見的柔性支撐位橡膠支座。阻尼裝置，提供耗能最有效的一種方式是滯回阻尼，即利用橋梁的塑性變形耗能，如低碳鋼制成的扭梁，懸臂彎曲梁的耗能裝置，由鉛制成的鉛擠壓和鉛純剪切變形裝置。摩擦耗能是另一種方式，其缺點是沒有自位回復能力，由于摩察系數(shù)不易控制，震后易存在較大的殘余變形。另外還有粘滯阻尼，液壓摩擦阻尼等。構(gòu)造措施，減隔震裝置必須有足夠的柔性、以延長周期。減小地震反應，但在運營荷載下，又要保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生大變形和有害震動。減隔震技術(shù)的一般原則：適宜進行減隔震設(shè)計的情況主要有以下三種：橋梁上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)形式，下部結(jié)構(gòu)剛度比較大，整個橋的基本周期比