工程抗震-7

第十三讲桥梁结构抗震设计(一)13.1设计流程13.1设计性能与破坏调查•桥梁是社会基础设施，建设费用高、公共性强。•区域抗震防灾、危机管理的一个组成部分，地震破坏将带来重大的次生灾害（道路是城市的生命线）。•自唐山地震以来，我国开始考虑桥梁的抗震设计。1）横向移动分隔带撞击破坏2）纵向移动3）承载能力不足百花大桥桥墩破坏情况小渔洞大桥完全垮塌日本阪神地震桥梁震害-剪切破坏日本阪神地震桥梁震害-弯曲破坏4）支座破坏落梁地震时桥梁破坏特征（1）上部结构强度破坏比较少（2）地基基础除液化外因承载力问题引起的破坏实例比较少（3）主要的破坏形式：桥墩的剪切破坏（延性不足）桥墩的弯曲破坏（具有良好的抗塌能力）支座破坏（落梁）。独柱式结构破坏尤为严重剪切破坏的机理4个阶段：•截面弯矩达到开裂强度时截面出现水平弯曲裂缝；•随着裂缝的发展和荷载强度的提高，柱内出现斜方向的剪切裂缝；•局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；•发生脆性的剪切破坏。弯曲破坏的机理4个阶段：•当弯矩达到开裂强度时截面出现水平弯曲裂缝；•随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；•随着变形量的增大，保护层混凝土脱落、塑性铰范围扩大；•钢筋压屈（或拉断）和内部混凝土压碎、崩裂。第十四讲桥梁结构抗震设计（二）13.2公路桥梁抗震设计细则1）一般事项•两阶段设计：E1地震重现期为467年，E2地震重现期大约2700年。•重要性分类：分A-D类，A类相当于建筑物的甲类。•设防目标：E1地震作用时不损坏或不需修复可继续使用；E2地震作用时，A类桥梁震后可继续使用，B、C类桥梁震后可修。•适用范围：跨径小于150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥。斜拉桥和悬索桥、跨径超过150m的特大跨径梁桥和拱桥只给出抗震设计原则。大于9度地区的桥梁和有特殊要求的大跨度或特殊桥梁，其抗震设计应作专门研究。•抗震设计范围：A、B和C类桥梁进行E1和E2作用下的抗震设计。D类桥梁只进行E1作用下的抗震设计。2）桥梁抗震设防分类和设防标准•A类桥梁：主跨超过150m的特大桥，B类桥梁是指除A类以外的高速公路和一级公路上的桥梁及二级公路上的大桥、特大桥等，C类桥梁是指属A、B、D类以外的公路桥梁，D类桥梁是指位于三、四级公路上的中桥、小桥。各类桥梁的设防标准各类桥梁的重要性系数3）场地和地基•场地分类同建筑物抗震设计•液化判断以及处理基本同建筑物抗震设计•地基承载能力验算以及桩基验算基本同建筑物抗震设计4）地震作用（1）一般情况下只考虑水平向地震作用，直线桥可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。（2）竖向地震作用：设防烈度为8度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，应同时考虑竖向地震作用。（3）地震作用分量组合当同时考虑三个方向的地震作用时，总的地震作用效应为：其中，EX、EY和EZ分别为X、Y和Z方向上的地震作用最大效应。（4）计算方法：可以用设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计地震动功率谱表达。222xyzEEEE（5）加速度反应谱：阻尼比为5％的水平设计加速度反应谱Smax=2.25CiCsCdA•式中，Ci为重要性系数、Cs为场地系数、Cd为阻尼调整系数、A为设计基本地震加速度峰值•竖向设计加速度反应谱由水平向设计加速度反应谱乘以下式给出的竖向/水平向谱比函数R。–基岩场地：R=0.65（偏于安全考虑）–土层场地：1.00.11.02.5(0.1)0.10.30.50.3TRTTT5）计算方法•抗震分析时可将桥梁划分为规则桥梁和非规则桥梁两类，分别采用对应的方法。•时程计算方法、反应谱法在第5章已经作了详细的阐述，与建筑结构之间没有本质的区别。抗震设计方法类别：A类抗震设计方法类别：B类规则非规则规则非规则E1地震作用SM/MMMM/THSM/MMSM/MME2地震作用SM/MMMM/TH――注：TH为线性或非线性时程计算方法；SM为单振型反应谱；MM为多振型反应谱法。规则桥梁的定义参数参数值单跨最大跨径≤90m墩高≤30m单墩长细比大于2.5且小于10跨数23456及半径R90°，同时曲梁半径R≥20b（b为桥宽）跨与跨间最大跨长比3221.51.5轴压比0.3跨与跨间桥墩最大刚度比—4432下部结构类型桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩地基条件不易液化、侧向滑移或易冲刷的场地，远离断层6）延性设计的容许地震损伤位置•基础、盖梁、梁体、节点、剪切强度按能力保护构件设计（即地震时不容许发生这些破坏），损伤发生在桥墩。这是根据地震以后修复难易程度、是否发生致命性倒塌破坏来考虑的。•即使对桥墩，损伤截面为之也使限定的，发生在墩底、墩顶和墩底。这是根据地震损伤对结构延性性能的影响程度决定的。在墩底截面进入塑性的结构，延性优于中间截面进入塑性的结构。•塑性截面位置的影响Ｐ墩低塑性Ｄ墩中间塑性极限位移极限位移钢筋加强钢筋钢筋塑性截面塑性截面7）建模原则•反映结构的空间动力特性：一般采用杆系结构计算，质量为集中质量（因为低阶振型对结构地震响应的影响非常大）•不考虑塑性（不容许发生损伤或者不会发生损伤）的构件，用弹性梁单元；相反考虑塑性影响的单元采用弹塑性梁单元。•细长的单元（长细比大于8），宜考虑P-Δ效应。•一般用地基弹簧来考虑土与结构之间的相互作用，在计算模型中直接考虑。xzhKvKK有限元模拟基础周围场地桥梁结构刚性基岩输入地震波底面粘性边界(或者刚性)侧面能量传递边界或粘性边界侧面能量传递边界或粘性边界考试范围1）震级和烈度的概念；2）工程抗震设防标准和多阶段设计方法的基本理念；3）概念设计的基本概念；4）场地分类与基础结构抗震设计主要事项5）地震反应谱的概念；6）振型分解反应谱法和时程分析法；7）竖向地震作用和扭转地震作用的基本概念；8）底部剪力法（含计算题）;9）建筑结构的抗震安全验算基本内容；10）框架结构水平地震响应计算（含计算题）基本方法和设计基本原则；11）砌体结构抗震设计基本概念（书上思考题）12）构筑物的抗震设计基本概念（书上思考题）13）桥梁抗震设计的基本原则、地震作用以及结构安全验算（含计算题）的基本内容；14）地下空间结构的基本原则、地震作用、结构安全验算的基本内容；15）减隔震设计的基本原理以及基本方法。