桥梁地震震害与抗震设计.pptx

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,第四交通设计院技术交流,汇报人：宫玉明,桥梁震害分析与抗震设计,桥梁震害,分析,1,抗震设计的重要概念,2,抗震设计与计算要点,3,对抗震设计的探讨,4,桥梁震害分析与抗震设计,地震宏观震害,1,典型桥梁震害,2,桥梁震害特征,3,桥梁震害启示,4,1,桥梁震害分析,汶川地震,后，四川省交通厅组织全国,11,家设计单位对四川重灾区国省主干线公路上的桥梁进行震害调查和检测，共调查检测,公路桥梁,1657,座,。,1,桥梁震害分析,汶,川地震震区桥梁桥型比例表,桥 型,座数,所占比例,完好及轻微破坏,中度破坏,严重破坏,损毁,简支体系桥梁,1337,80.68%,82.87%,9.35%,7.03%,0.75%,拱 桥,286,17.26%,87.75%,7.00%,4.20%,1.05%,连续梁桥,33,2.00%,72.73%,12.12%,9.09%,6.06%,连续刚构,1,0.06%,/,/,100%,/,桥墩形式：,桥墩几乎均为双柱式桥墩，,5,座桥梁设独柱式桥墩，其中,4,座桥采用矩形独柱墩，,1,座桥采用圆柱形独柱墩。,桥梁宏观震害,1,：次生地质灾害对桥梁的破坏巨大,彻底关大桥映秀岸垮塌,3,孔,映秀至汶川公路一碗水顺河桥被崩塌体砸毁,4,孔,1,桥梁震害分析,映秀至卧龙公路鱼子溪,2,号桥被落石砸垮,映秀至汶川公路桃关岷江桥被落石砸垮,桥梁宏观震害,1,：次生地质灾害对桥梁的破坏巨大,1,桥梁震害分析,映秀附近严重破坏桥梁与断层带的相互位置关系图,穿越地表活动断裂带及断裂带附近,2km,范围内的桥梁容易发生毁灭性破坏,桥梁宏观震害,2,：近场地震的影响巨大,1,桥梁震害分析,G213,线百花大桥跨塌的第五联桥,百花,大桥距活动断层约,1.0Km,，第五联桥整体垮塌，同时残存部分,90,的桥墩出现压溃,现象。,桥梁宏观震害,2,：近场地震的影响巨大,映秀顺河桥穿过中央断裂带，全部倒塌,1,桥梁,震害,分析,斜桥移位普遍较大，在梁体产生纵桥向移位的同时也带来横桥向位移,百花,大桥位于小半径曲线上的第五联跨塌，,其它联,虽,破坏严重，但未发生垮塌,桥梁宏观震害,3,：弯、斜桥破坏比直线桥严重,1,桥梁震害分析,地震宏观震害,1,典型桥梁震害,2,桥梁震害特征,3,桥梁震害启示,4,1,桥梁震害分析,庙子坪大桥,：主桥为连续刚构，引桥为,T,梁，采用,板式橡胶支座,，桥墩较高，震后落梁。,百花大桥,庙子坪大桥,G213,1,桥梁震害分析,第,5,孔落梁,Detail A,Detail B,1,桥梁震害分析,1,桥梁震害分析,百花大桥位于岷江右岸，桥长,495.55m,，最大墩高,30.87m,。上部采用钢筋砼连续梁和,50m,简支,T,梁组合：,425+525+50,+,325+520+220,，平面位于,R=150,的圆曲线（左偏）、,L=192.601,的直线以及,R=66,的,圆曲线（,右偏）上。第,5,联桥跨，即,5-20,米连续梁整体倾覆，完全,破坏。,1,桥梁震害分析,联 号,第,5,联,第,6,联,墩编号,13,14,15,16,（固定）,17,18,19,（固定）,20,墩高,(m),30.3,29.9,29.7,26.9,22.2,18.1,7.1,桥台,1,桥梁震害分析,典型的桥墩底部破坏,倾斜,19,号墩,1,桥梁震害分析,桥墩,节点破坏,墩底,剪切破坏,1,桥梁,震害,分析,地震宏观震害,1,典型桥梁震害,2,桥梁震害特征,3,桥梁震害启示,4,桥梁震害分析,映秀岷江大桥简支梁桥，主梁横向移位,1.2m,桥梁震害,主梁移位,1,桥梁,震害分析,寿江大桥简支梁桥，主梁纵向移位,60cm,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,主梁移位,21,独秀峰大桥主梁纵横向移位，最大达,15cm,，,并,有明显转动,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,主梁移位,映秀顺河,桥,纵向落梁,1,桥梁,震害分析,支座滑移变形,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,支座失效,支座脱空,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,支座失效,支座与钢板错位,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,支座失效,支座,纵向滑移,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,支座失效,支座横向移位,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,支座失效,盆式支座限,位块破坏,桥梁震害,支座失效,1,桥梁,震害分析,盆式支座限,位块破坏,桥梁震害,支座失效,1,桥梁,震害分析,锚固螺栓剪断,支座位移过大,1,桥梁,震害分析,碰撞型,桥梁震害,挡块损坏,斜剪型挡块破坏的主要形式,1,桥梁,震害分析,水平剪切型,桥梁震害,挡块损坏,1,桥梁,震害分析,墩顶压溃湔江河大桥,桥梁震害,桥墩损坏,1,桥梁,震害分析,墩顶塑性铰湔江河大桥、南坝大桥,盖梁开裂湔江河大桥,盖梁开裂十分少见，但,在该桥,中，多个盖梁出现了此现象。,1,桥梁,震害分析,墩顶剪切破坏映秀顺河桥,墩底开裂,1,桥梁,震害分析,1,桥梁,震害分析,1995,年日本阪神大地震,洛马,-,普雷塔大地震,1999,年台湾集集地震,1,桥梁,震害分析,日本阪神（,1995,）,桥台前墙剪切破坏,桥台侧墙跨塌或剪切破坏,桥梁震害,桥台损坏,1,桥梁,震害分析,百花大桥,0,台肋板式桥台开裂,百花大桥,20,台胸墙破坏,小黄沟中桥桥台侧墙剪切裂缝,渔子溪,4,号桥桥台侧墙、前墙开裂,桥梁震害,桥台损坏,1,桥梁,震害分析,1,桥梁,震害分析,桥梁震害,基础损坏,地震宏观震害,1,典型桥梁震害,2,桥梁震害特征,3,桥梁震害启示,4,1,桥梁,震害分析,垮塌、移位、落梁、墩身破坏、桥台破坏、地基破坏、支座破坏、伸缩缝破坏,砸坏、挤压横移,桥梁震害,直接震害,间接震害,桥位选择,应,充分考虑地形和地质,条件,，尽量远离滑坡、崩塌地段，对于必须通过不良地质病害的桥位应进行处治。,桥位要,尽量远离断裂带,，尤其应避免与断裂带小角度交叉。同时选择易于修复的桥梁方案，并制定相应的应急预案。,在地震高烈度地区应,尽量少采用斜桥,，斜、弯桥在设计时应考虑多方向地震输入。,1,桥梁,震害分析,垮塌、移位、落梁、墩身破坏、桥台破坏、地基破坏、支座破坏、伸缩缝破坏,砸坏、挤压横移,桥梁震害,直接震害,间接震害,重视概念设计,，,选择合理的结构抗震体系,。,合理选择和布置支座,，尽可能由多个桥墩分担水平地震力。,综合应用,增大主梁搁置长度、设置纵横向挡块、设置防落梁装置,等方法，应对落梁震害。,合理设置墩柱的箍筋,，增强延性变形能力；,避免剪切破坏,。,1,桥梁,震害分析,抗震概念设计,1,P-M-,曲线,2,延性抗震原理,3,能力设计方法,4,2,抗震设计的重要概念,2,抗震设计的重要概念,抗震设计流程,抗震概念设计,确定地震作用,建立计算模型,E1,地震力与强度验算,确定,P-M-,曲线,E2,地震力与位移验算,能力保护构件计算,延性构造细节与抗震措施,概念设计包含,场地,与地基、桥梁结构型式、抗震耗能体系、抗震构造措施、减隔震,体系,等方面内容，既有定性分析，也有定量分析。,结构,抗震设计,概念设计,数值设计,2,抗震设计的重要概念,定义：,根据地震灾害和工程经验等归纳的抗震基本设计原则和设计思想，进行桥梁结构总体布置、确定细部构造的过程,。,理想的,桥梁抗震结构体系：,(1)几何线形：,直桥，各墩高度相差不大。,(2)结构布局：,上部结构连续，伸缩缝尽可能少；桥梁保持小跨径,；多个桥墩上设置弹性支座；,各个桥墩的强度和刚度在各个方向都相同；基础建造在坚硬场地上。,2,抗震设计的重要概念,桥梁概念设计流程：,初拟设计方案,简单计算模型,动力特性分析,地震反应估算,抗震薄弱部位分析,较好的抗震体系,延性设计,常规桥梁概念设计要点：,（1）一联内任意两桥墩,组合,刚度比宜,0.5,。,（,2,）一联内相邻桥墩组合刚度比宜,0.75,。,（,3,）相邻联基本周期比宜,0.7,。,（,4,）不满足以上要求的，宜采用,调整支座剪切刚度,、,调整墩柱尺寸或配筋率,的方法来改变桥墩组合刚度比或相邻联周期比。,（,3,）双柱墩或多柱墩在横桥向地震作用下，应考虑盖梁可能出现的正负弯矩交替作用。,2,抗震设计的重要概念,抗震体系,1,：桥梁的塑性变形、耗能部位位于桥墩,2,抗震设计的重要概念,抗震体系,2,：桥梁的耗能部位位于桥梁上下部连接构件,2,抗震设计的重要概念,抗震体系,3,：混合型，上下部连接构件和桥墩均,具有塑性变形和耗能的作用,抗震体系,4,：,墩柱、基础弹性，上部结构塑性变形,钢桥,2,抗震设计的重要概念,抗震概念设计,1,P-M-,曲线,2,延性抗震原理,3,能力设计方法,4,2,抗震设计的重要概念,2,抗震设计的重要概念,2,抗震设计的重要概念,条带法,基于钢筋和混凝土的弹塑性本构关系，利用材料力学方法获得截面的,P-M-,曲线，计算过程简单，方便快捷。,基本假定：,截面变形维持平截面与构件轴线垂直,不考虑钢筋与混凝土之间的,滑移,不考虑剪切应变,2,抗震设计的重要概念,MIDAS,中提供了多种钢筋和混凝土的弹塑性本构关系，对于常规桥梁推荐采用如下：,钢筋,双折线,混凝土,Mander,延性抗震,定义,2,抗震设计的重要概念,材料、构件或结构的延性，通常定义为在,初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形能力。,承受较大非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力,利用滞回特性吸收能量的能力,材料,的延性,:,发生了较大的非弹性变形，强度没有明显下降,构件,的延性：局部延性,结构,的延性：整体延性,在地震动（随机反复荷载）作用下，结构和构件的延性会有所降低。,延性抗震,恢复力,2,抗震设计的重要概念,截面尺寸：10,cm,10,cm,墩高：100,cm,保护层厚度：1.5,cm,实测恢复力曲线,2,抗震设计的重要概念,（1）曲率延性系数,Mmax,My,Mu,屈服点,开裂点,弯矩最大点,失效点,截面,弯矩曲率关系示意图,塑性铰区截面的极限曲率与屈服曲率之比,：,（2）位移延性系数,构件的最大,位移与屈服位移之比：,结构的位移延性系数 与结构的布置有关,钢筋混凝土截面的屈服曲率：,截面最外层受拉钢筋初始屈服时（适筋构件）,截面混凝土受压区最外层纤维初次达到峰值应变值时（超筋构件或高,轴压比,构件）,极限曲率：,被箍筋约束的核心混凝土达到极限压应变,临界截面的抗弯能力下降到最大弯矩值的85%。,延性抗震,延性指标,延性抗震,延性与变形能力,2,抗震设计的重要概念,变形能力,延性,y,u,变形,抗力,R,Ry,位移延性系数,u/,y,延性,、位移延性系数和变形能力,柔性,高墩与延性矮墩的比较,sy,ty,su,tu,变形,抗力,R,矮,墩的,力,-,位移,曲线,高,墩的,力,-,位移,曲线,s,6,t,3,一,个结构或构件可能有较大的延性，但最大位移延性系数却可能,较低！,一个结构或构件可能有较大的变形能力，但它实际可利用的延性却可能较低！,2.4,延性抗震,延性的意义,2,抗震设计的重要概念,给定：,纯粹依靠强度抗震不经济，希望利用延性抗震，即利用塑性铰减小地震力，并耗散能量。,使结构具有能够适应大地震激起的反复的弹塑性变形循环的滞回延性,地震输入能量,=结构的动能+弹性应变能+阻尼耗能+滞回,耗能,延性抗震是以结构出现一定程度的损坏为代价。,通过延性构件在地震动下发生的反复的弹塑性变形循环，耗散掉大量的地震输入能量，保证结构的抗震安全。,强度,变形,能量,滞,回耗能与弹性应变能示意图,为了,提高钢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横向约束钢筋来约束混凝土,。,影响,钢筋混凝土墩柱延性的因素：,桥墩截面、纵筋配置、轴压比、混凝土标号、箍筋含量及配置方案,延性抗震,钢筋混凝土柱延性设计,(,a),圆形箍筋或螺旋筋(,b),配置交叉拉筋的矩形箍筋 (,c),部分重叠的箍筋,2,抗震设计的重要概念,横向,钢筋的约束,作用,箍筋,对核心混凝土的约束作用,纵向钢筋,的约束作用,普通,约束混凝土的应力应变曲线,当混凝土中的应力较低时，混凝土不受约束。当混凝土中的应力接近单轴强度时，内部开裂不断发展，横向应变变得很大，于是横向钢筋受拉，混凝土就变成受约束的了。横向箍筋能有效地限制混凝土的横向膨胀，改善核心混凝土的应力应变关系，并阻止纵向钢筋屈曲,2,抗震设计的重要概念,2,抗震设计的重要概念,延性抗震,，必须保证结构具有的延性,（延性能力）,超过预期,地震动所,能激起的最大非弹性变形,（延性需求）,。,要,充分发挥延性能力，必须采用,能力设计方法,进行延性设计,给定：,延性能力,延性需求,规则桥梁：,简化的延性抗震设计,复杂桥梁：,非线性动力时程分析,抗震概念设计,1,P-M-,曲线,2,延性抗震原理,3,能力设计方法,4,2,抗震设计的重要概念,(a),脆性链子,(b),延性链子,P,P,脆性链子，强度为,P,ib,延性链子，强度为,P,d,脆性链子，强度为,P,ib,P,能力保护设计,原理的简单范例,P,基本原理：,在结构体系中的延性构件和能力保护构件之间建立强度安全等级差异（如同保险丝），以确保结构不会发生脆性的破坏模式。,能力设计方法,基本原理,2,抗震设计的重要概念,采用能力设计方法进行延性抗震设计，一般分为三步：,选定,潜在塑性铰位置，对塑性铰区截面进行强度和,延,性,设计,(2)延性构件中脆性破坏模式检算,(3)能力保护构件设计,结构抗震性能,传统,方法,能力设计方法,塑性铰出现位置,塑性铰的布局,局部延性需求,结构整体抗震性能,防止结构倒塌破坏概率,不明确,随机,难以估计,难以预测,有限,预定的构件部位,预先选择,与整体延性需求直接联系,可以预测,概率意义上的最大限度,抗震设计方法比较,2,抗震设计的重要概念,2,抗震设计的重要概念,能力设计方法,潜在塑性铰的位置,潜在,塑性铰位置的选择,选择结构中预期出现的塑性铰位置时，应能,使结构获得最优的耗能,，并尽可能使预期的塑性铰出现在,易于发现和易于修复,的结构部位。,设计地震力,设计,地震力与位移延性系数关系,延性,结构根据延性能力的发挥程度分为：,完全,延性结构,有限,延性结构,完全,弹性结构,桥梁,结构的延性类型选择：,普通公路桥梁：完全延性结构型式,重要性桥梁：有限延性结构型式,关键性桥梁：完全弹性结构型式,2,抗震设计的重要概念,能力设计方法,选择位移延性水平,支座,盖梁,墩柱抗剪,结点,基础,Add Your Text,2,抗震设计的重要概念,能力设计方法,能力保护构件,相关情况介绍,1,规则桥梁简化计算,2,复杂桥梁建模,3,减隔震设计,4,3,抗震设计与计算要点,高地震烈度区公路项目,3,抗震设计与计算,抗震设防烈度,7,度区,宝汉高速,西宁南绕城,抗震设防烈度,8,度,区,县东路泾河特大桥,武罐高速,高地震烈度区公路项目,3,抗震设计与计算,十天高速,渭,武,高速,平天高速,（,1,）,公路工程抗震规范,（,JTG B02-2013,）,（,2,）,公路桥梁抗震设计细则,（,JTG/T B02-01-2008,）,（,3,）,城市桥梁抗震设计规范,（,CJJ 166-2011,）,（,4,）,建筑抗震设计规范,（,GB50011-2010,）,设计规范,3,抗震设计与计算,设计软件,（,1,）结构力学,求解器,（,2,）,MIDAS,（,3,）,SAP2000,基于性能的抗震设计,是,08,细则的基本思想，采用两水平设防（,EI/E2,）、两阶段设计（弹性,/,延性），结构在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能达到一组预期的性能目标。,延性抗震：,通过结构选定部位的塑性变形（形成塑性铰）来抵抗地震作用,能力,保护,原则：,确保,塑性铰只在选定的位置出现，并且不出现剪切破坏等破坏模式,。,抗震设防理念,3,抗震设计与计算,3,抗震设计与计算,抗震设计流程,抗震概念设计,确定地震作用,建立计算模型,E1,地震力与强度验算,确定,P-M-,曲线,E2,地震力与位移验算,能力保护构件计算,延性构造细节与抗震措施,相关情况介绍,1,规则桥梁简化计算,2,复杂桥梁建模,3,减隔震设计,4,3,抗震设计与计算,08,细则中，参考国外规范对规则桥梁做了范围限定，具体的限制较多：,（,1,）跨数不多、跨径不大,（,2,）几何尺寸、质量、刚度无突变,（,3,）相邻桥墩刚度差异小,（,4,）桥墩长细比在一定范围,（,5,）桥址地形、地质情况好,山区高速的常规桥梁一般在,桥墩长细比和刚度比,方面不容易满足。,规则桥梁简化计算,3,抗震设计与计算,规则桥梁的地震反应以第一振型为主，可以略去高阶振型的响应，用,单振型反应谱法,分析。,规则桥梁的上部结构自重远大于下部结构自重（,5:1,以上），可以采用,单质点模型,。,规则桥梁简化计算,3,抗震设计与计算,规则桥梁,单墩模型（固定墩）,重力式桥墩,多质点模型，,柱式桥墩,单质点模型,采用板式橡胶支座的桥梁,按支座与墩身耦联刚度分配顺桥向水平地震力,规则桥梁简化计算,3,抗震设计与计算,单质点模型,：将质量集中布置在支座顶面，在质点上作用一个水平集中力,规则桥梁简化计算,3,抗震设计与计算,多质点模型,：将上部质量集中布置在支座顶面，下部质量分段布置在该段质心上，在支座顶面作用一个水平集中力,挠曲线,：采用结构力学求解器或有限元软件求解。考虑,地基,变形可采用以下两种方法：,有效嵌固法,土弹簧法,规则桥梁简化计算,3,抗震设计与计算,相关情况介绍,1,规则桥梁简化计算,2,复杂桥梁建模,3,减隔震设计,4,3,抗震设计与计算要点,车辆,地,震,风载,3,抗震设计与计算,动力特性,有限元模型,3,抗震设计与计算,刚度模拟,挠曲刚度、剪切刚度、轴向拉压刚度、扭转刚度；,质量模拟,包括平动质量和转动惯量；,边界条件模拟,支座、伸缩缝、其它结构、基础等。,主梁的模拟：,脊梁,式、二梁式、,梁式、三梁式,脊梁式,优点：把截面所有的挠曲、扭转刚度、质量、转动惯量集中在中间节点；,缺点：无法计入横梁的刚度及主梁的约束扭转刚度；,适用：闭口整体箱梁。,3,抗震设计与计算,二梁式,优点：节点数少，可充分考虑横梁的质量、刚度，主梁可提供部分约束扭转刚度；,缺点：断面的横向刚度失真；,适用：双分离主梁。,3,抗震设计与计算,(1),固定支座,铰接,(2),滑动支座,双线性弹塑性弹簧,聚四氟乙烯滑板式支座；,盆式橡胶支座（滑动支座,）,固定支座,单向滑动盆式橡胶支座,支座的模拟,滑板式支座,3,抗震设计与计算,Ke,(3),普通板式橡胶支座,线性弹簧,3,抗震设计与计算,(4),隔,震,支座：铅芯,橡胶,支座、高,阻尼橡胶,支座、,LNR,、,HDR,、,NDQZ,等,3,抗震设计与计算,基础的模拟,(1),扩大基础,、沉井基础、锚锭处理为固结；,(2),桩基础,一般采用以下两种模拟方法：,边界元上加弹簧刚度,桩单元加土弹簧,3,抗震设计与计算,时程分析的必要性：,对于复杂大跨桥型，,反应谱法与时程法的计算结果相差较大,，现行的反应谱分析方法有待于进一步发展。,为了进一步了解,地震作用下桥梁结构的性能,，考虑结构材料的塑性及几何变形的非线性是必要的,结构非线性：,几何非线性,大变形（缆索、梁、柱）,材料非线性,非线性应力应变关系,边界条件非线性,接触问题（支座、伸缩缝、挡块、地基）,3,抗震设计与计算,推倒法简介,静力弹塑性方法（,PUSH-0VER,）,推倒方法是一种与反应谱相结合的静力非线性分析方法，以弹性反应谱为基础，将结构简化为等效单自由度体系。,基本原理：,按一定的水平荷载加载方式，对结构施加单调递增的水平荷载，逐步将结构推至一个给定的目标位移来研究分析结构的性能，从而判断结构及构件的变形、受力、是否满足设计要求。,基本假定：,结构反应可由单一振型控制,;,在整个时程反应中,振型形状保持不变。,3,抗震设计与计算,PO,法计算方法：,(1),建立结构的计算模型、构件的物理参数和恢复力模型等；,(2),计算结构在竖向荷载作用下的内力；,(3),将地震力等效为与第一振型等效的水平荷载模式。在结构各层的质心处，沿高度施加以上形式的水平荷载。确定其大小的原则是：水平力产生的内力与前一步计算的内力叠加后，恰好使一个或一批杆件开裂或屈服；,(4),对于开裂或屈服的杆件，对其刚度进行修改后，再增加一级荷载，又使得一个或一批杆件开裂或屈服；,(5),不断重复步骤（,3,）、（,4,），直至结构达到某一目标位移或发生破坏，将此时的结构的变形和承载力与允许值比较，以此来判断是否满足“大震不倒”的要求。,3,抗震设计与计算,静力弹塑性方法适用条件：,面对结构，可直观地确定整体倒塌机制中各个,塑性铰的形成过程,;,(2),静力方法，能给出结构在地震作用下的性能；,(3),适用于结构振动以第一振型为主、基本周期在,2,秒以内的结构。,3,抗震设计与计算,相关情况介绍,1,规则桥梁简化计算,2,复杂桥梁建模,3,减隔震设计,4,3,抗震设计与计算要点,减,隔震技术是一种简便、经济、先进的工程抗震手段。,减震,是利用特制减震构件或装置，使之在强震时率先进入塑性区，产生大阻尼，大量消耗进入结构体系的能量,；,隔,震,则利用隔震体系，设法阻止地震能量进入主体结构,。,在,实践中，常常,把减震和隔震两种,体系合二为一,。通过,选择适当的减隔震装置与设置位置,可以达到,控制结构内力分布与大小,的目的。,3,抗震设计与计算要点,3,抗震设计与计算要点,采用减隔震技术的附加好处,：,1）通过合理设计减隔震系统，可改善地震力在下部结构各支座间的分布，以保护基础、墩台等，必要时还可保护上部结构。,2)有些减隔震支座在正常使用条件下，由温度、收缩、徐变等变形引起的抗力很小。（可在超多跨连续梁桥中采用）,3,抗震设计与计算要点,加速度反应谱,阻尼减少,周期延长,加速度谱,周期（,T,）,位移反应谱,阻尼减少,周期延长,位移谱,周期（,T,）,减隔震技术的,基本原理：,采用柔性支承延长结构周期，减小结构地震反应；,采用阻尼器装置耗散能量，限制结构位移；,保证结构在正常使用荷载作用下具有足够的刚度,3,抗震设计与计算要点,桥梁,减隔震,系统组成：,柔性支承装置（橡胶支座、滚轴、滑板、缆索悬吊）；,阻尼装置（滞回阻尼、摩擦阻尼、粘滞阻尼、液压摩擦阻尼）；,安全措施（运营荷载下的安全措施、提供活动空间的构造、防落梁构造）,耗能,装置的滞回曲线,A,弹塑性阻尼装置,B,摩擦阻尼装置,C,粘弹性阻尼装置,D,粘滞阻尼装置,3,抗震设计与计算要点,减,隔震技术与延性抗震设计的比较,原理类似：,通过,延长周期,避开地震能量集中的周期范围，并且,增大阻尼,耗散能量来达到减小地震反应的目的,实施的方法不同：,延性抗震设计,允许很大的地震能量传到主体结构，目标是为结构提供抗震能力；,减隔震技术,将地震能量转移到减隔震装置上，大大减小了传到主体结构的地震能量。,延性抗震设计,通过,选定结构部位,形成塑性铰以延长周期并耗能，,结构损伤不可避免,，震后修复比较麻烦；,减隔震技术,通过,设置减隔震装置,来延长周期并耗能，,可以避免结构损伤,，减隔震装置替换较简单。,3,抗震设计与计算要点,高阻尼橡胶支座滞回曲线,常用,减隔震装置简介,分层,橡胶支座的滞回曲线呈狭长形，可近似作线性处理。阻尼小（5,%10,%），一般与阻尼器一起使用。,1,分层,橡胶支座,（板式橡胶支座）,内部钢板,橡胶层,橡胶保护层,下翼缘板,上翼缘板,分层,橡胶支座的基本构造,2,高阻尼橡胶支座,采用特殊配制的橡胶材料制作，形状及构造与天然橡胶支座相同。材料粘性大，自身可以吸收能量。,滞回环的面积较大，恢复力模型可采用修正双线性模型。,3,抗震设计与计算要点,钢板,橡胶层,铅芯,橡胶保护层,铅芯橡胶支座,分层橡胶支座中部插入铅芯而形成的隔震装置。,铅芯：提供地震下的耗能能力和静力荷载下所需,刚度,铅芯橡胶支座滞回曲线,双线性恢复力,模型,3,铅芯橡胶支座,3,抗震设计与计算要点,4,粘性,材料阻尼器,3,抗震设计与计算要点,粘滞阻尼器,常常作为,大跨度桥梁振动控制的首选减振装置,粘滞阻尼器可消耗大量振动能量而又,不给桥梁结构附加任何刚度,，同时还允许桥梁产生因温度变化而缓慢发生的位移,粘滞阻尼器具有阻尼系数调整幅度大、应用范围广、稳定性好、施工维修方便等技术优势,3,抗震设计与计算要点,Lock-up,装置可以看成一个简单的速度开关，当速度,大于启动,值时，装置启动，变成刚性连杆，可改善结构,体系,的受力,3,抗震设计与计算要点,MIDAS,中对粘滞阻尼器的模拟,3,抗震设计与计算要点,5,钢阻尼器,低屈服点钢板剪切型桥梁阻尼器在工程中的应用,3,抗震设计与计算要点,5,钢阻尼器,低屈服点钢板剪切型,优势：,(1),曲线饱满,(2),良好的耗能能力,(3),多次往复加载无退化,钢板阻尼器滞回曲线,钢板阻尼器变形,3,抗震设计与计算要点,减隔震,桥梁设计要点,关键是减隔震装置的,恢复力模型合理,模拟！,计算减隔震桥梁地震作用效应时，宜取全桥模型进行分析，并考虑伸缩装置、桩土相互作用等因素,减隔震桥梁抗震分析一般宜采用非线性动力时程分析方法,减隔震设计的桥梁，应满足正常使用条件的要求。相邻上部结构之间须在桥台、桥墩等处设置足够的间隙，以满足位移需求。,减隔震设计的桥梁，其基本周期原则上应为不采用减隔震装置时基本周期的两倍以上。,3,抗震设计与计算要点,减隔震技术的适用条件,上部结构,连续，下部结构刚度较大，结构基本振动周期比较短；,桥梁下部结构高度变化不规则，刚度分配不均匀；,场地条件比较好，预期地面运动特性具有较高,的频率,；,不宜采用减隔震设计条件,地震,作用下，场地可能失效；,下部结构刚度小，桥梁的基本周期比较长；,位于软弱场地，延长周期可能引起地基和桥梁共振；,支座中可能出现负反力。,3,抗震设计与计算要点,减,隔震装置的选择,减,隔震设计时,，重点在,提高耗能能力和分散,地震力，,不可过分追求加长周期。,应选用作用机构简单的减隔震装置，并在其力学性能明确的范围内使用。,减,隔震装置还应满足正常运营荷载的要求,。,减,隔震装置的布置,(,1)布置在桥墩顶部，起降低上部结构惯性力的作用（较常用）,(2)设置在桥墩底部，大幅度地降低整个结构的动力,响应,（,高墩、墩身贡献较大时,）,(,3,)通过合理设置减隔震装置，还可以调整地震力在各下部结构间的分配。,如：在刚度较大的桥墩上放置刚度较低的橡胶支座。,3,抗震设计与计算要点,盖梁宽度拟定,1,盖梁计算模式,2,系梁的抗震作用,3,城规与公规的差异,4,4,对抗震设计的探讨,盖梁宽度拟定,条件,1,：,公路桥梁抗震设计细则,第,11.2.1,条；,条件,2,：,城市桥梁抗震设计规范,第,11.2.1,条；,条件,3,：支座或钢板尺寸；,条件,4,：墩柱尺寸。,4,对抗震设计的探讨,1,）,公路桥梁抗震设计细则,第,11.2.1,条,:,简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有一定的距离,(,图,11.2.1),。其最小值,a(cm),按下式计算,:,a70+0.5L (11.2.1),式中,:L,梁的计算跨径,(m),而,城规,，,6,度区，第,11.2.1,条：,a40+0.5L,；,7,度区，第,11.3.2,条：,a70+0.5L,2,）第,11.2.2,条,:,当满足式,(11.2.2-1),的条件时，斜桥梁,(,板,),端至墩、台帽或盖梁边缘的最小距离,a(cm)(,图,11.2.2),应按式,(11.2.2-2),和式,(11.2.1),计算，取大值。,(11.2.2-1),(11.2.2-2),式中,:L,上部结构总长度,(m),，对简支梁桥取其跨径,;,B,上部结构总宽度,(m);,斜交角,(0);,E,极限脱落转角,(0),，一般取,5,。,4,对抗震设计的探讨,4,对抗震设计的探讨,L,b,SIN(2,),b/L,a,伸缩,缝,宽,最小,宽度,最小,设计,值,20,16,45,0.5,0.80,64,16,145,180,25,16,45,0.5,0.64,80,16,177,190,30,16,45,0.5,0.53,96,16,209,210,35,16,45,0.5,0.46,113,16,241,250,40,16,45,0.5,0.4,129,16,273,280,简支梁计算结果,该条规定难以满足！,盖梁宽度拟定,1,盖梁计算模式,2,系梁的抗震作用,3,城规与公规的差异,4,4,对抗震设计的探讨,4,对抗震设计的探讨,关于盖梁计算模式的探讨,根据,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,(JTG D62-2004),第,8.2.1,条的规定，墩台盖梁与柱应按刚构计算。当盖梁与柱的线刚度,(EI/L),之比大于,5,时，双柱式墩台盖梁可按简支梁计算。,(a),简支梁模型,(b),刚构模型,地震作用下，盖梁应采用刚构模型进行计算分析。,推而广之，风荷载作用下，盖梁也应采用刚构模型。,柱式墩在横桥向地震作用下，应考虑盖梁可能出现的正负弯矩交替作用。,盖梁宽度拟定,1,盖梁计算模式,2,系梁的抗震作用,3,城规与公规的差异,4,4,对抗震设计的探讨,系梁的抗震作用：,不影响桥梁的纵向动力特性，对横向动力特性影响大，周,期减小,增大横向刚度，减小横向延性变形能力,系梁能改善墩柱稳定性，调整桩柱内力,系梁在地震作用下进入塑性可以形成耗能机制,4,对抗震设计的探讨,从结构抗震的角度，,系梁宜按延性构件设计,，在,E2,地震作用下，宜先于桥墩进入弹塑性状态，作为桥墩抗震第一道防线。,部分常规桥梁计算结果显示：,系梁与抗弯墩身刚度比在,0.4,0.6,范围内，桥梁抗震性能比较好,。目前常用的系梁尺寸，均超出这个范围的上限，实际工程中，,在满足稳定和弹性受力的前提下，应尽量减小系梁节目抗弯刚度，并重视节点设计。,4,对抗震设计的探讨,盖梁宽度拟定,1,盖梁计算模式,2,系梁的抗震作用,3,城规与公规的差异,4,4,对抗震设计的探讨,公路桥梁抗震设计细则,（,JTG/T B02-01-2008,）,简称,公规,城市桥梁抗震设计规范,（,CJJ 166-2011),简称,城规,4,对抗震设计的探讨,相同点：,均采用两水准设防、两阶段设计的抗震设计方法,对常规桥梁均采用延性抗震设计和减隔震设计两种策略,地震反应分析和抗震验算方法基本相同,差异：,抗震设计等级划分方式不同,地震动参数不同,桥墩和桩基础的抗震能力计算公式略有差异,抗震设计等级划分方式不同,：,城规,按照结构形式、在城市交通网络中位置的重要性及承担的交通量分为甲丁四类；,公规,根据公路等级及桥梁重要性和修复（抢修）的难易程度分为,A,D,类；,虽然两本规范的桥梁类别划分原则不同，但针对量大面广的常规桥梁（乙,/B,类和丁,/C,类），两者的抗震设防标准基本一致。,4,对抗震设计的探讨,地震动参数不同,：,某城市桥梁高架（,30m,跨径连续梁），双向六车道城市快速路，所在场地设计基本地震动加速度峰值为,0.1g,，抗震设防烈度,7,度，地震分区第一区，场地类型四类场地，区划图特征周期,0.35s,。,按照,公规,，参照高速公路标准，桥梁类别为,B,类，场地系数,Cs=1.4,，阻尼系数,Cd=1.0,，,E1,抗震重要性系数,Ci=0.5,，,E2,抗震重要性系数,Ci=1.7,。,按照,城规,，桥梁类别为乙类，,E1,抗震重要性系数,Ci=0.61,，,E2,抗震重要性系数,Ci=2.2,。,4,对抗震设计的探讨,公规,反应谱：,4,对抗震设计的探讨,城规,反应谱：,4,对抗震设计的探讨,公规,反应谱到,10s,，,城规,反应谱到,6s,反应谱平台宽度相同，高度不同，下降段线形不同,两规范反应谱的大小关系跟具体桥梁有关,反应谱不同：,4,对抗震设计的探讨,对长周期结构，两规范均采用等位移原则，但对长周期的定义不同，,公规,为,Tg,城规,为,1.25Tg,；,对于中短周期结构，按,城规,计算结果比,公规,大,弹塑性位移修正系数不同：,4,对抗震设计的探讨,两规范中，桥墩的位移能力均是根据塑性铰区的允许塑性转角计算的，而允许塑性转角又取决于截面的允许塑性曲率和等效塑性铰长度。除等效塑性铰长度计算公式外，两规范的位移能力计算公式是一致的。,公规,公式中考虑了截面尺寸的限制，这样可能得到较小的等效塑性铰长度。也就是说，根据,城规,计算的位移能力可能比根据,公规,计算的位移能力强。,等效塑性铰长度不同,：,4,对抗震设计的探讨,塑性铰区域斜截面抗剪强度不同：,城规,公规,4,对抗震设计的探讨,塑性铰区域斜截面抗剪强度不同：,公规,在考虑混凝土提供的抗剪能力方面非常保守，部分算例表明：,城规,考虑的混凝土抗剪能力贡献大约是,公规,的,10,倍，总的抗剪能力,城规,是,公规,的,2,倍。,4,对抗震设计的探讨,4.4.1 E2,地震作用下，非液化土中单桩的抗压承载能力可以提高至原来的,2,倍，单桩的抗拉承载力，可比非抗震设计时提高,25%,。,7.4.3,在验算桩基础截面抗弯强度时，截面抗弯可采用材料强度标准值计算。,-,城规,墩柱进入塑性工作后，两规范计算的桩基础的抗震需求与地震动输入无关。而抗震能力方面，按,城规,计算的单桩抗压和抗拉承载能力，分别是,公规,的,2,倍和,1.25,倍，单桩抗弯强度,城规,计算值约是,公规,的,1.5,倍。,桩基抗震能力不同：,4,对抗震设计的探讨,抗震设计等级划分方式不同，但抗震设防标准基本一致；,两规范的主管部门不同，导致地震动参数不同，体现在反应谱上；,反应谱差异，导致,E1,地震作用下墩柱弯矩需求不同，而抗弯能力相同；,反应谱和弹塑性位移修正系数差异，导致,E2,地震作用下墩柱水平力和位移需求不同；,由于等效塑性铰长度不同，按,城规,计算墩柱位移能力强；,按能力保护构件设计，墩柱塑性铰区域斜截面抗剪需求相同，按,城规,计算斜截面抗剪能力强；,按能力保护构件设计，桩基抗震需求相同，抗震能力不同，按,城规,计算抗压、抗拉、抗弯能力强。,城规,与,公规,差异小结,Thank You!,