弹性时程分析重点.pptx

1一、桥梁构造、材料概况一、桥梁构造、材料概况桥梁形式：桥梁形式：三跨混凝土悬臂梁桥梁长度：桥梁长度：L=30+50+30=110.0 m，其中中跨为挂孔结构，挂孔梁为普通钢筋混凝土梁，梁长16m，墩为钢筋混凝土双柱桥墩，墩高15m预应力布置形式：预应力布置形式：T构部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力跨中箱梁截面跨中箱梁截面墩顶箱梁截面墩顶箱梁截面第1页/共51页2一、桥梁构造、材料概况一、桥梁构造、材料概况第2页/共51页3材料材料混凝土混凝土 主梁采用JTG04（RC）规范的C50混凝土 桥墩采用JTG04（RC）规范的C40混凝土钢材钢材 采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860荷载荷载恒荷载恒荷载 自重，在程序中按自重输入，由程序自动计算一、桥梁构造、材料概况一、桥梁构造、材料概况第3页/共51页4预应力预应力 钢束(15.2 mm31)截面面积:Au=4340 mm2 孔道直径:130 mm 钢筋松弛系数(开),选择JTG04和0.3(低松弛)超张拉(开)预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm2 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:0.25 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:1.5e-006(1/mm)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:开始点:6mm 结束点:6mm 张拉力:抗拉强度标准值的75%，张拉控制应力1395MPa一、桥梁构造、材料概况一、桥梁构造、材料概况第4页/共51页5 该桥位于某7度区二级公路上，水平向基本地震加速度值 0.15g。按中国地震动反应谱特征周期区划图查的场地特征周期为：0.45s。经现场勘察测得场地土质和剪切波速如下：二、桥梁场地概况二、桥梁场地概况第5页/共51页6三、基本参数确定三、基本参数确定1 1、判别桥梁类型：、判别桥梁类型：二级公路大桥，故该桥为B类桥梁。第6页/共51页72 2、确定构造措施设防烈度：、确定构造措施设防烈度：在7度区，按8度构造措施设防三、基本参数确定三、基本参数确定第7页/共51页83 3、确定土层平均剪切波速：、确定土层平均剪切波速：土层平均剪切波速为：209.8m/s四、场地四、场地类别类别确定确定第8页/共51页94 4、确定工程场地覆盖层厚度：、确定工程场地覆盖层厚度：按此条规范确认为：11.5m。四、场地四、场地类别类别确定确定第9页/共51页105 5、确定场地类别：、确定场地类别：查得场地类别为类场地四、场地四、场地类别类别确定确定第10页/共51页116 6、根据土质判断是否需要抗液化措施：、根据土质判断是否需要抗液化措施：判别地基不液化，不需进行抗液化措施。五、液化判别五、液化判别第11页/共51页12E2地震作用下抗震分析难点第12页/共51页137 7、确定桥梁类型：、确定桥梁类型：确定为规则桥梁第13页/共51页148 8、确定分析方法：、确定分析方法：采用NTH法。第14页/共51页151、设计加速度时程的确定（选用实录波）第15页/共51页16设计加速度时程的确定设计加速度时程的确定一、选用实录地震波并进行适当调整；a.midas Civil中提供了近40种实录地震波b.用户定义c.导入 二、人工地震波；a、相关部门提供的人工地震波；b、clan和Sacks在1974年提出的用三角级数叠加来模拟地震动加速度；地震波的来源地震波的来源本例中主要讲解如何选择实录地震波。第16页/共51页17地震波的三要素地震波的三要素地震动三要素：频谱特性、有效峰值和持续时间。设计加速度时程的确定设计加速度时程的确定第17页/共51页18按反应谱面积控制先计算EPA、EPV，据此计算 并比较实录地震波持时峰值是否否是是是否与设计反应谱结果比较 ,双指标控制选用是否第18页/共51页19一、幅值的调整一、幅值的调整一般用加速度幅值调整设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）地震动幅值包括加速度、速度和位移的峰值、最大值或者某种意义上的有效值。加速度峰值PGA、速度峰值PGV和位移峰值PGD是地面运动强烈程度最直观的描述参数。加速度峰值是最早提出来的、也是最直观的地震动幅值定义。幅值的种类幅值的种类第19页/共51页20设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）因为峰值参数并非描述地震动的最理想参数，由高频成分所确定的个别尖锐峰值对结构的影响并不十分显著，所以美国ATC-30样本规范所采用的是有效峰值加速度EPA，对有效峰值加速度EPA的求法参见MIDAS/Civil 2006桥梁抗震设计功能说明，而我国规范及工程实际运用其实都是采用峰值加速度PGA（虽然建筑抗震设计规范的5.1.2条文说明中专门提到了有效峰值加速度，但概念其实就是峰值加速度PGA)。美国采用有效加速度峰值EPA，而我国实际采用的是加速度峰值而我国实际采用的是加速度峰值P PGAGA一、幅值的调整一、幅值的调整有效加速度峰值有效加速度峰值第20页/共51页21设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）以设计加速度反应谱最大值Smax除以放大系数（约2.25）得到。一、幅值的调整一、幅值的调整设计加速度峰值设计加速度峰值PGAPGA的求法的求法E1地震时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值：E2地震时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值：对于本例：对于本例：第21页/共51页22设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）一、幅值的调整一、幅值的调整调整加速度曲线调整加速度曲线式中：、分别是调整后的加速度曲线和峰值；、分别是原记录的加速度曲线和峰值；第22页/共51页23设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）本例选择程序自带实录地震波：1940,El Centro Site,270 Deg进行调整一、幅值的调整一、幅值的调整第23页/共51页24设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）打开工具地震波数据生成器GenerateEarthquake Response Spectra选择程序自带实录地震波：1940,El Centro Site,270 Deg加速度峰值PGA调整系数一、幅值的调整一、幅值的调整第24页/共51页25二、确定实录波的特征周期二、确定实录波的特征周期设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）因为拟相对速度反应谱PSV和拟绝对加速度的反应谱PSA之间有近似关系：则可得到特征周期：其中：为有效峰值加速度，为有效峰值速度。对选定的实录地震波，首先求EPV、EPA第25页/共51页26在MIDAS程序中提供将地震波转换为各种长周期谱的功能（工具地震波数据生成器，生成后保存为SGS文件），用户可以利用保存的SGS文件（文本格式文件）根据上面所述方法计算EPV、EPA设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）a、1978年美国ATC-3规范中的定义求EPA、EPV（频段固定）；b、1990年中国地震烈度区划图求EPA、EPV（频段不固定）；详细过程参见资料MIDAS/Civil 2006桥梁抗震设计功能说明二、确定实录波的特征周期二、确定实录波的特征周期1、确定EPV、EPA第26页/共51页271、幅值调整为0.54642、阻尼比输入0.053、输入长周期到10秒4、勾选X坐标对数化在设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）二、确定实录波的特征周期二、确定实录波的特征周期2、求EPA第27页/共51页281、幅值调整为0.54642、阻尼比输入0.053、输入长周期到10秒4、勾选X坐标对数化在设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）二、确定实录波的特征周期二、确定实录波的特征周期3、求EPV第28页/共51页29设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）采用1978年美国ATC-3规范中的定义求EPA、EPV（频段固定）；二、确定实录波的特征周期二、确定实录波的特征周期第29页/共51页30设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）该桥址场地特征周期为0.45s，与实录波特征周期0.519比较接近，故是录波的特征周期符合要求。三、比较实录波的特征周期与桥址特征周期三、比较实录波的特征周期与桥址特征周期第30页/共51页31设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）双指标选波采用两个频段控制：一是对地震记录加速度反应谱值在 平台段的均值进行控制，要求所选地震记录加速度谱在该段的均值与设计反应谱相差不超过10-20%；二是对结构基本周期T1附近 段加速度反应谱均值进行控制，要求与设计反应谱相差不超过10-20%。四、双指标控制四、双指标控制第31页/共51页32设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）四、双指标控制四、双指标控制第32页/共51页33设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）经比较：用0.5464系数调整了峰值的1940,El Centro Site,270 Deg实录波生成的长周期加速度反应谱符合E2设计加速度反应谱的双指标控制。四、双指标控制四、双指标控制第33页/共51页34设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）五、持时五、持时持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值 的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个之间的时段长度，k一般取0.30.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的510倍。第34页/共51页35设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）六、与设计反应谱计算结果比较六、与设计反应谱计算结果比较公路桥梁抗震设计细则：建筑抗震设计规范GB50011_2001条文说明：对桥梁结构，也可采用基底剪力结果比较第35页/共51页36设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）六、与设计反应谱基底剪力比较六、与设计反应谱基底剪力比较设计反应谱基底剪力：第36页/共51页37设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）六、与设计反应谱基底剪力比较六、与设计反应谱基底剪力比较时程基底正向剪力最大值：第37页/共51页38设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）六、与设计反应谱基底剪力比较六、与设计反应谱基底剪力比较时程基底负向剪力最大值：第38页/共51页39设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）六、与设计反应谱基底剪力比较六、与设计反应谱基底剪力比较某墩柱时程基底剪力：第39页/共51页40设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）七、最终确定所选波是否符合条件七、最终确定所选波是否符合条件根据以上各方面的控制比较，说明程序提供的1940,El Centro Site,270 Deg实录波经用0.5464系数调整了峰值后适合作为本桥E2地震作用下的设计加速度时程。第40页/共51页41设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）八、用户导入其它地震波或自定义地震波八、用户导入其它地震波或自定义地震波fn.thd.*UNIT,M,KN*TYPE,ACCEL*DATA0.0000,-0.00470.0200,-0.00570.0400,-0.00700.0600,-0.00840.0800,-0.00610.1000,-0.00630.1200,-0.0090*SGSw*TITLE,Earthquake Record*TITLE,*X-AXIS,Time(sec)*Y-AXIS,Ground Accel.(g)*UNIT&TYPE,GRAV,ACCEL*FLAGS,0,0*DATA0.0000,-0.00470.0200,-0.00570.0400,-0.00700.0600,-0.00840.0800,-0.00610.1000,-0.00630.1200,-0.0090*ENDDATA第41页/共51页42设计加速度时程的确定（选用实录波）设计加速度时程的确定（选用实录波）九、按以上原则继续选波九、按以上原则继续选波最终选择出符合条件的多条实录地震波第42页/共51页432、时程分析中恒载效应的考虑第43页/共51页44时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑一、时程分析中考虑恒载效应的必须性一、时程分析中考虑恒载效应的必须性根据在桥梁动力分析时，一般取成桥阶段分析，此时自重恒载已经对结构变形内力产生了影响。在动力分析时，必须考虑自重恒载的初始效应。第44页/共51页45时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑二、二、CivilCivil时程分析中考虑恒载效应时程分析中考虑恒载效应在midas Civil中，做时程分析时通过“程度荷载工况加载顺序”对话框考虑恒载效应，当前时程荷载工况可在前次荷载工况（可以是时程荷载、静力荷载、最后一个施工阶段荷载、初始内力状态）作用下的位移、速度、加速度、内力状态下继续分析。详细参见MIDAS/Civil 2006 桥梁抗震设计功能说明第45页/共51页46二、二、CivilCivil时程分析中考虑恒载效应时程分析中考虑恒载效应 考虑恒载效应考虑恒载效应 非线性振型叠加法：接续非线性振型叠加法非线性振型叠加法：接续非线性振型叠加法静力法静力法非线性直接积分法非线性直接积分法对于线性时程分析，其时程结果和静力结果是可以进行叠加的，本例主要讨论非线性时程分析情况。在Civil时程分析中，做接续分析时，只能接续相同类型的分析工况时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑非线性直接积分法非线性直接积分法第46页/共51页47二、二、CivilCivil时程分析中考虑恒载效应时程分析中考虑恒载效应非线性振型叠加法：（1）定义一个斜坡类型的无量纲加速度时程函数如图，在相对结构第一周期较长（如10倍）的时间段上，从0到1线性增加，且在相等的时间段上保持恒定。（2）定义一个非线性振型叠加法分析工况如图，分析时间为“RAMP”函数持续时间，振型阻尼输入高阻尼比：0.999，其它默认。（3）接续动力非线性振型叠加法分析工况。时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑第47页/共51页48二、二、CivilCivil时程分析中考虑恒载效应时程分析中考虑恒载效应时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑1、避开了结构基本周期的长时间加载2、高阻尼使结构后续振动迅速衰减3、无量纲加速度第48页/共51页49二、二、CivilCivil时程分析中考虑恒载效应时程分析中考虑恒载效应时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑直接积分法：（a）与振型叠加法一样定义函数，接续直接积分法分析；（b）使用静力法。（1）定义一个斜坡类型的无量纲函数。（2）定义非线性静力法分析工况，分析时间为1S，其它默认。（3）接续动力非线性直接积分法分析工况。（静力法具体内容参见用户手册）第49页/共51页50二、二、CivilCivil时程分析中考虑恒载效应时程分析中考虑恒载效应时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑1、函数为无量纲2、静力荷载工况都定义第50页/共51页51二、二、CivilCivil时程分析中考虑恒载效应时程分析中考虑恒载效应时程分析中恒载效应的考虑时程分析中恒载效应的考虑综述：（a）使用重力加速度g作为时程函数时，只能考虑能转换为质量的荷载效应，包括：模型自重、能转换为质量的荷载、节点质量。对于预应力荷载是不能考虑的；（b）使用静力法。可以考虑所有静力荷载工况，所以在使用直接积分法时，优先选择静力法来考虑恒载效应。第51页/共51页