桥梁抗震分析报告.doc

桥梁抗震分析报告1 工程概况1.1 概况综述该桥位于某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。然后进行现场勘查测得场地土质的和剪切波速，例如表1 场地体制勘探表层底深度（m）层厚（m）土质描述密度（kNs2/m4)剪切波速（m/s)3.03.0亚粘土0.0171354.01.0细砂0.0182705.51.5轻亚粘土0.0182706.71.2亚粘土0.0182708.51.8细砂0.01927011.53.3粘土0.01927011.8基岩1.2 场地类别确定（1） 根据公式计算土层平均剪切波速：209.8m/s，（2）然后确定工程场地覆盖层厚度：11.5m，（3）根据规范中桥梁场地类别划分表格，确定场地类别为类场地。（4）采用地震作用效应与永久作用效应组合进行地基抗震验算。（5）根据土质判断是否需要抗液化措施，经判断本场地地基不液化，不需要进行抗液化措施。1.3 桥梁概况本桥总体布置为40m+40m+40m的连续刚构桥，截面是单箱单室（如图2.1所示），桥宽9.3m，墩高10m，桥墩截面如图2.2所示。图1 跨中箱梁截面图2 桥梁布置图图3 V型桥墩构造图预应力布置形式：跨中部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力。1.4 技术指标荷载等级：城-A地震设防烈度：8度设计安全等级：二级结构重要性系数：1.01.5 材料（1） 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。（2） 钢材，采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860（3） 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：选择JTG04和0.3(低松弛) 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1395MPa2 研究内容、规范及标准2.1 研究内容本报告主要进行了以下三方面的工作：（1）桥梁动力特性分析。（2）桥墩柱在多遇地震（50年超越概率63%）作用下的弹性时程分析（强度验算）。（3）桥墩柱在罕遇地震（50年超越概率2%）作用下弹塑性时程分析（包括支座强度验算和延性验算）。为了模拟结构整体的地震响应，计算以全桥为对象，考虑两侧的简支跨的影响。为了简化建模及计算过程，将原来的曲线桥等效为直桥建模计算。本报告仅对预应力混凝土连续刚构桥进行分析验算，由于简支梁结构较简单，简支梁边墩的计算在本报告中不包括。2.2 计算程序运用桥梁专业分析软件Midas/Civil 7.4.1 对该桥进行空间动力特性分析，结构计算见图如图2.2所示。图2.2 结构空间动力计算简图2.3 参考规范及技术标准（1）铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005（2）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范TB10002.3-2005（3）铁路工程抗震设计规范GB50111-2006（2009年版）（4）公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02-01-2008（5）北京地铁14号线高架区间（K0+153K1+619）（01合同段）地铁14号线岩土工程勘察报告（6）北京地铁十四号线工程场地地震安全性评价报告2008.11，中国地震局地球物理研究所，编号TRIDES-AP-08032（7）地铁设计规范GB50157-20033 抗震设防目标根据地铁设计规范第9.2.19条规定，地铁结构物的地震作用应根据铁路工程抗震设计规范的相关规定进行计算。因此，本桥的抗震计算根据铁路工程抗震设计规范确定抗震设防目标，各阶段的设防目标具体如表3-1所示。表3-1 桥梁抗震设防目标抗震设防概率水准抗震设防部位抗震设防目标多遇地震50Y63.2%桥梁结构结构处于弹性工作阶段，地震后不损坏或轻微损坏，能够保持其正常使用功能。设计地震50Y10%桥梁上、下部连接构造结构整体处于非弹性工作阶段，地震后可能损坏，经修补，短期内能恢复其正常使用功能。罕遇地震50Y2%钢筋砼桥墩结构处于弹塑性工作阶段，地震后可能产生较大破坏，但不出现整体倒塌，经抢修后限速通车。4 地震动参数 4.1 设计地震加速度反应谱曲线4.2 设计地震动时程按照铁路工程抗震设计规范GB50111-2006(2009年版)第7.2.2条，地震可采用人工拟合地震波进行时程分析。在结构分析中采用地震安评报告提供的地震动时程。图4-1图4-3为工程场地地震安全性评价单位提供的多遇地震条件、设计地震条件以及罕遇地震条件下的地震波时程。（c）5063-3号波图4-2 多遇地震的地震动时程（c）5010-3号波图4-3 设计地震的地震动时程（a）5002-1号波图4-4 罕遇地震时的地震动时程5 抗震安全性验算要求 5.1 多遇地震作用时的强度要求多遇地震作用时结构要求处于弹性阶段，按铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005)进行强度检算。根据铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005)及其修订条文。采用C45砼桥墩在主力加附加力作用下弯曲受压及偏心受压混凝土容许应力b取15.0MPa，结构受力主筋采用HRB335级钢筋，容许应力s取180MPa。而根据铁路工程抗震设计规范（GB501112006）（2009年版）规定，主力加特殊荷载作用下，需虑地震力作用下建筑材料容许应力修正系数，如表5-1，b应取22.5MPa，s取270MPa。表5-1 建筑材料的容许应力修正系数材 料 名 称应 力 类 别修 正 系 数混凝土、片石混凝土和石砌体剪应力、弯曲拉应力1.0压应力1.5钢 材剪应力、拉、压应力1.55.2 罕遇地震作用时的支座强度根据铁路工程抗震设计规范（GB501112006）（2009年版）规定，采用延性设计的钢筋混凝土桥墩，其支座应按罕遇地震进行验算。对固定盆式支座、单向活动盆式支座的固定方向的水平剪切力进行承载能力抗震验算：固定盆式支座、单向活动盆式支座的固定方向的水平剪切力 式中： 罕遇作用效应和永久作用效应组合得到的固定盆式支座水平力设计值（kN）；固定盆式支座容许承受的最大水平力（kN）。支座验算时，按铁路工程抗震设计规范(GB501112006)(2009年版)规定，地震力作用下建筑材料容许应力修正系数按表5-1。5.3 罕遇地震作用时的变形要求钢筋混凝土桥墩在罕遇地震作用下的弹塑性变形分析，按铁路工程抗震设计规范（GB501112006）（2009年版）规定，进行桥墩延性验算。延性应满足下式的要求：u=u式中：u非线性位移延性比；u允许位移延性比，取值为4.8；max桥墩的非线性响应最大位移；y桥墩的屈服位移。6 桥梁地震反应分析6.1 结构有限元计算模型的建立6.1.1 有限元计算模型桥梁抗震分析采用Midas Civil 软件建立全桥力学模型进行分析计算，建模时主梁、桥墩采用空间梁单元来模拟，在承台底用弹簧刚度模拟群桩基础的刚度。为了模拟结构整体的地震响应，计算以全桥为对象。为了简化建模及计算过程，将原来的曲线桥等效为直桥建模计算。计算模型如图6-1所示：6.1.2 截面的弯矩-曲率关系以下为按梁单元模型计算得到的墩底截面弯矩-曲率关系。 （a）墩底顺桥向 （b）墩底横桥向图6-6 CY57墩底弯矩曲率关系曲线（a）墩底顺桥向 （b）墩底横桥向图6-7 CY58墩底弯矩曲率关系曲线图6-8 CY58墩顶顺桥向弯矩曲率关系曲线 （a）墩底顺桥向 （b）墩底横桥向图6-9 CY29墩底弯矩曲率关系曲线6.1.3 阻尼结构阻尼包括两方面：支座、墩脚屈服后的弹塑性滞回环耗能；构件材料的粘滞阻尼耗能。前者通过弹塑性单元的恢复力模型在直接积分过程中得到考虑。后者的粘滞阻尼耗能则采用瑞利比例阻尼。本次分析中粘滞阻尼效果采用瑞利阻尼数学模型考虑，质量和刚度因子取自初始弹性刚度对应的结构体系。即： 式中：,比例系数。Rayleigh阻尼中的系数和由两个特定固有频率，和对应得振型阻尼比，从下式计算得到： 因此，如果能够确定振型的阻尼比，则Rayleigh阻尼中系数和可以算出。一般情况下，认为控制频率和频率的阻尼比相等，即，代入上式，可得： 图6-22为本文计算所考虑的阻尼特性。图6-10 阻尼特性6.1.4 结构动力特性根据上述有限元模型，进行结构动力特性分析。特征值分析模态号频率周期容许误差(rad/sec)(cycle/sec)(sec)16.4010771.0187630.9815830.00E+00216.2940352.5932760.3856130.00E+00317.9015322.8491170.3509867.10E-16418.2664542.9071960.3439741.70E-16525.3004514.0266920.2483435.33E-16632.8678135.2310750.1911652.10E-16747.0926837.4950330.1334222.05E-16854.3570318.651190.1155914.62E-16958.0565749.2399910.1082251.35E-161067.20225510.6955710.0934972.01E-161172.79141811.5851140.0863180.00E+001279.0264312.5774470.0795072.91E-161398.96775215.7512070.0634871.86E-1414110.04291517.5138740.0570980.00E+0015112.97787717.9809880.0556141.43E-1616119.76411719.0610510.0524633.80E-1617131.16127820.8749660.0479043.44E-0718152.59274324.2858890.0411760.00E+0019162.00642425.7841230.0387842.77E-1620165.19386326.291420.0380358.00E-1621165.59889626.3558830.0379426.63E-1622165.65909526.3654640.0379280.00E+0023174.98424727.8496080.0359074.75E-1624178.16326728.3555650.0352668.02E-1625178.38115328.3902420.0352235.91E-0226183.57379229.2166760.0342274.92E-0127224.23974135.6888630.028025.89E-0228230.74618236.7243950.027231.15E-0129243.63094838.775070.025799.42E-0230254.84736540.5602180.0246553.13E-01表6-3、表6-4为结构自振特性计算结果，主要振型如图6-4、图6-5所示。表6-4 顺桥向结构自振特性振型阶数频率(HZ)周期(s)振型阶数频率(HZ)周期(s)11.371495 0.729131 167.140511 0.140046 31.875925 0.533070 2011.218716 0.089137 52.606119 0.383712 2111.892422 0.084087 83.515101 0.284487 2312.628004 0.079189 93.761971 0.265818 2716.033417 0.062370 104.561308 0.219235 2816.388689 0.061018 125.708938 0.175164 3016.794873 0.059542 136.095583 0.164053 3117.599472 0.056820 156.867800 0.145607 表6-5 横桥向结构自振特性振型阶数频率(HZ)周期(s)振型阶数频率(HZ)周期(s)21.734033 0.576690 178.904828 0.112299 41.970782 0.507413 1810.627338 0.094097 62.964618 0.337312 2414.381203 0.069535 73.029835 0.330051 2515.485677 0.064576 114.810892 0.207862 2615.769653 0.063413 146.561706 0.152399 2916.662784 0.060014 6-12 横桥向主要振型模态号TRAN-XTRAN-YTRAN-ZROTN-XROTN-YROTN-Z质量(%)合计(%)质量(%)合计(%)质量(%)合计(%)质量(%)合计(%)质量(%)合计(%)质量(%)合计(%)197.6997.690000000.220.22002097.690014.6114.610000.22003097.6966.1766.17014.611.261.2600.220040.3198066.17014.6101.2668.93691753.3967.9901.2606917067.9901.26069.1549.9549.95709816.9883.15067.990.421.68069.15049.9580.0598.04083.15067.9901.684.6673.81049.959098.04083.151.3669.3601.68073.81049.95100.0198.05083.15069.3601.680.7974.61049.9511098.05083.15069.3601.68074.6115.1765.1212098.05083.150.1269.4701.68074.61065.1213098.053.9687.12069.471.282.96074.61065.1214098.05087.121.4970.9