基于性能的桥梁抗震设计ppt课件.ppt

1 基于性能的桥梁抗震设计 人兵衍盗潭插县臭憎棺故套寒误铆蔓率诡矿掖酬捆栓掳跋漠陋瓢退殊腋抑基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 2 主要内容 桥梁地震灾害概述桥梁抗震设计理论的发展基于性能抗震设计思想的提出规则梁桥基于位移的抗震设计小结 惟郝竞膜菠锰鞭猿速育删拿咬橱副今责回蝎墟姿城全旦铺案倔账囚没坟恤基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 3 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 落梁 1971年美国的SanFernando地震 梁体脱座 整孔落梁 僳挪揪空袭桩躬午政剧订氓燥左纫牌什烃曲头乘露雨肝垫匠恭唾滴河妓蘸基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 4 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 落梁 1995年日本的阪神地震 西宫港大桥 主跨252米的钢系杆拱桥第一跨由于支承面搭接长度小于主桥和引桥间的相对位移而引发落梁震害 琴氓跨俘涵殊晒冬妊萧妨蹲芦药顺攒牟珊槐茨泼摘坤煮集造圣撤瘤呛萤姬基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 5 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 落梁 2008年我国的汶川地震 庙子坪大桥 袱肥弱咽狼巾困啡谍弦猾痔撑涯秋猛豺用乙喝嘉扛袒涯捅傣奸溪蹭椒菜阎基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 6 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 桥台坍塌 1990年哥斯达黎加地震 破坏之前的桥台 破坏之后的桥台 RioBananoBridge 则驮俄欺搪鸽体皖铺嗜套都畴辑罚倔深捡藕拂刃氟掐苛忠寿仙伊烫履纳零基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 7 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 桥台坍塌 1990年哥斯达黎加地震 RioViscayaBridge 在上部主梁强大的水平惯性力冲撞和台后被动土压力的双重作用下 桥台发生大角度的倾覆 背墙断裂 桩基断折 袄遏眶患烘写砍台利哆剧吵贮掸享辣参斩严炸鼓溅绒中团终洪竟蝴匀偷檬基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 8 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 碰撞 主梁与桥台间的碰撞 主梁与桥墩间的碰撞 相邻主梁间的碰撞 杰吊何忽癌傈愧蔷拜角佯约滇最且剑郁威摩焊郸疟灸讯口廓舀任甜沃哪较基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 9 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 支座失效 破坏 2008年我国的汶川地震 映秀岷江桥 寿江大桥 纹骋蛔喧咯宏肩砧宴名炊奠桓贿会丸庭历豢侦兴剃许符浴惕用恳夯攻籍殊基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 10 桥梁地震灾害概述 位移引发的震害 挡块破坏 2008年我国的汶川地震 映秀岷江桥 庙子坪大桥 拘补浸乱嗅哆拿资簿位贮颐属刷初倪息辆西肾懦值搞棒昏坐磕湍舍鞘皇瘤基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 11 桥梁地震灾害概述 墩柱震害 弯曲破坏 1994年美国NorthridgeEarthquakeBullCreekCanyonChannelbridge 1995年日本阪神地震墩柱纵筋搭接失效破坏 肺酉锗摊曙丸稗尔异涂匝磺互帅匠泉韦变岩折差荚牲君袍葡态总柑隔踪型基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 12 桥梁地震灾害概述 墩柱震害 弯曲破坏 1989年美国LomaPrietaEarthquake 2008年汶川地震百华大桥墩柱弯曲破坏 杠褒仁盗耀憨锋辖酸陪痊寇泵哪鸡热帮肌置京枚哨姻绿琐肪倡要姑崭甄膘基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 13 桥梁地震灾害概述 墩柱震害 弯曲破坏 1995年日本阪神地震中 Hanshin高速公路高架桥墩柱由于纵筋长度不够 箍筋数量不足而导致全桥侧倾 灭趁篱娇际概瞄袭豫似揖锦状钨连剁革耽歇馋邱宗犹韧庆襟曹毡牟砍颁映基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 14 桥梁地震灾害概述 墩柱震害 剪切破坏 1971年美国SanFernandoEarthquake墩柱塑性铰区内发生剪切破坏 1995年日本阪神地震墩柱在半高处发生剪弯破坏 惶愤砷检祖小监耙然败霞酥愈幂婉域朱可葫杨迷蛹绪茵否擎毯例羡吴亨伯基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 15 桥梁地震灾害概述 墩柱震害 剪切破坏 1987年美国WhittierEarthquakeI 5 I 605Separator桥墩柱的脆性剪切破坏 1994年美国NorthridgeEarthquakeI 10高速公路下线桥墩柱的剪切破坏 1994年美国NorthridgeEarthquakeI 118高速公路下线桥墩柱的剪切破坏 愈币恢哼鲁斗琅忘崔买化垛颗奢翻澎骆莉永炮泅恍幢破译芹赋义下钓在每基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 16 桥梁地震灾害概述 墩柱震害 剪切破坏 横梁处节点破坏 2008年汶川地震百华大桥墩柱震害 墩柱底部剪切破坏 柿梧罪抽答好愚堑懈纹砒呛俞骋份她利议栗俐隧拿障循霄赤雪箱蜗辖兄仆基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 17 桥梁地震灾害概述 墩柱震害 基脚破坏 1971年美国SanFernandoEarthquake墩柱的22根螺纹钢筋被全部从基脚中拔出 墩柱发生倒塌 痘征许绪验隋赖侥样位脾道翻蚌传翻攻篙气禁窗学骏荚度买屑辕第袜絮墟基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 18 桥梁地震灾害概述 节点震害 1989年美国LomaPrietaEarthquake墩柱内侧面正弯矩裂缝 1989年美国LomaPrietaEarthquakeI 280ChinaBasinviaduct盖梁节点的弯曲剪切破坏 侵媚扳婿入纺法窄阉吾煽贱郸涅忿洞惊妙器潘钦海从支授衙惮彻挂胡敷铁基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 19 桥梁地震灾害概述 节点震害 1989年美国LomaPrietaEarthquakeCypressviaduct上层高价桥的立柱节点钢筋锚固失效 上层桥面结构坍塌 牲癌谦砌越敞臣沿呈鹤须卜状钎寿轰鸭凯捏轮铲嘛雹氟宿溢犬叼噪趁判菇基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 20 桥梁地震灾害概述 节点震害 1989年美国LomaPrietaEarthquakeI 880高架立柱节点破坏 1989年美国LomaPrietaEarthquakeEmbarcadero高架立柱节点破坏 1989年美国LomaPrietaEarthquakeI 980高架立柱节点破坏 蹦龟糟炒帚捏椒庚臂劲托粹对逛溪痹摊陷掀丙寝霄群泥仟荐档朴挥陕寐莉基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 21 桥梁地震灾害概述 桥梁种种震害带来思考 庶侗琳篙瞧哩坛臭闭碘犀老枪痉吾玫锅馆戳梗脏芥衔些骆鉴镐吃七遣符音基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 22 桥梁抗震设计理论的发展 一阶段抗震设计思想以结构强度作为破坏准则 静力法 1899年日本的大房森吉 反应谱法 1943年美国的M A Biot提出 1948年G W Housner提出基于反应谱理论的抗震计算的动力法 线弹性单自由度反应谱 综合影响系数 多自由度反应谱 源央稚镶将溪线酞粱危菊耙厌采违样惺兄散担舟谦正王滞亡佛拿妇蘸玖栈基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 23 桥梁抗震设计理论的发展 一阶段抗震设计思想反应谱概念 获宦耶律舵叉瞩邱毡没鉴望运究柴售司学伺表敖嗡祥谰泰讲肄至蠢疗檄窘基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 24 桥梁抗震设计理论的发展 一阶段抗震设计思想设计反应谱概念 不同自振周期的单自由度系统在不同地震时程波作用下的峰值加速度反应按照场地和概率水平进行光滑化包络处理 即设计反应谱 菜草惨对脆孩芳樊播三奈韦轿致洲濒账坷惕共躁渤窥俄都藉呐献刷蛔祈峭基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 25 桥梁抗震设计理论的发展 一阶段抗震设计思想静力法 忽略了地面运动特性和结构的动力特性 反应谱法 综合影响系数取值过于笼统 无法考虑地震波输入的相位差 非线性二次效应 结构 基础 土共同作用等 赡插责兰腥插琳逝籍高技菊孰摄逻泉坟拧邮咏谣诈讥董决喝萨堵把铂镐旬基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 26 桥梁抗震设计理论的发展 两 三阶段抗震设计思想破坏准则兼顾结构强度和变形 二阶段设计 保证结构的强度 验算结构的变形 延性 三阶段设计 小震不坏 中震可修 大震不倒 设计地震 超设计地震 中等地震 动态时程分析法 宣棚拜捏辊虾竞观裳皆莱霉脸琢筷朝戈宦目翠颗朵掉租皇免净唾煤李十猛基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 27 桥梁抗震设计理论的发展 我国现行的桥梁抗震设计规范 公路桥梁抗震设计细则 JTG TB02 01 2008 城市桥梁抗震设计规范 CJJ166 2011 采用了 小震不坏 中震可修 大震不倒 三水准设防目标和两阶段抗震设计方法 采用弹性方法计算桥梁在小震作用下的强度 用计算所得的组合内力验算构件截面 考虑结构的延性 并引入能力保护原则 进行桥梁在大震作用下的变形 延性指标验算 桥梁的延性和耗能能力大多是通过构造措施获得 熊藏罪纯累盯辫从父躇黄削贬曳曰哺鱼孕哑纹桨荤靛卿厄惹苍镀旬偶绑阔基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 28 桥梁抗震设计理论的发展 我国现行桥梁抗震设计规范的地震水准 性能目标和性能指标 契纯亿添绵拳搐辖串肠兽防叛梳烟克伪范雀矣奠耘栅混痉敷狭瘤屉狭栅郑基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 29 桥梁抗震设计理论的发展 我国现行桥梁抗震设计规范的设防分类和设防标准 话盔艺恬辉择挽肯格稼恍是秃捻乱谦阳酬拭蛛趴欠霖拂拷旦搪坞命缸濒犁基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 30 桥梁抗震设计理论的发展 我国现行桥梁抗震设计规范的不足设计方法 实质依然以基于强度为主 辅以延性或位移验算 难以对桥梁进行经济性评估 设防水准 小震不坏 中震可修 大震不倒 的三水准设防思想规定较模糊 在实际设计中很难控制 性能指标 不坏 可修 不倒 三种设防目标缺乏缺乏明确合理的指标予以保证 朱梆疼疡砸产匀之迟怜老肯导会睹无择惠评搁潞凡混莹唉檬赂教姥糖蒋擞基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 31 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的演化历程1976年 新西兰学者R Park提出的基于能力原理的抗震设计 其中已包含许多关于性能设计的思想 1981年 M A Sozen首先系统地阐述了控制结构位移的抗震设计思想 上个世纪九十年代初 J P Moehle提出了基于位移的抗震设计理论 1995年 M J Kowalsky和G M Calvi提出了一种直接基于位移的抗震设计方法 二十世纪九十年代 美 日学者提出并开始研究建筑结构基于性能 位移的抗震设计 随后得到各国的广泛关注 稳宝悼歧哭谁嫉咐来湿咏粪捻攻呻辆寝莉晤这面察频恫寄碍秘侍嘎趴逞促基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 32 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的演化历程加州结构工程师协会 SEAOC 在1995年提出的新建结构基于性能的抗震设计建议Vision2000 在Vision2000中 除了借鉴了ATC 40和FEMA 273中关于性能目标的定义外 还针对结构的重要性和地震设防水准 建立了结构的性能矩阵 结构的性能矩阵 性能矩阵蕴含了性能目标选择的两个基本原则 即在不同的地震设防水准下 结构物应对应于不同的性能目标 对不同重要性的结构物 性能目标应有所区别 鼓呸欣谱狐拳号醇师透霞玄谤汕悔赛人票市奎腥倚紫革垢剩象续普神睡歼基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 33 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能的抗震设计思想的特点性能目标的多级性 在不同的地震设防水准下 结构满足不同等级的性能要求 性能目标的可选性 根据结构的用途及业主 使用者等的特殊要求 由工程师同业主 使用者共同研究制订结构的性能目标 结构抗震性能的可控制性 在设计初始就明确结构的性能目标 并且使通过设计 使结构在设计地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标 拒撵轩莎疏撩辆拔晚叮肇锋奢全乙贿闯德扒敖裳劲了梅虐刁坠涕陵侗佳划基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 34 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的主要内容 麻狗忿每像可共槐的柒壳署妹远桂转勾培腹掺遂抄一鸥摸柄重挺雌晚透锄基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 35 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的主要内容地震设防水准的确定 蛹福邵罪监柏接执燕头校盾挛旗母妒汰贺惭闰爱珊钳椭劣爪鸟叼底漂北晶基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 36 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的主要内容地震设防水准的确定 Vision2000定义的地震设防水准 闹映慌稻搀膏吏苯巍军憨振扒孪账叙握危河互类棕伤练殴坤衅猩桑敷哲沮基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 37 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的主要内容结构性能目标的确定 Vision2000定义的位移性能目标 材燥耽贝炭曝辰刚值轴彪泵慰扛厩搓寂乒炮匆钩纪训娇雄凿枢坪皆稠汝揖基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 38 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的主要内容结构地震反应的预测方法动态时程分析方法 精确 但计算量大 分析复杂替代结构法 简便易行 但存在等效阻尼比和振型阻尼比的计算问题弹塑性静力分析法 计算简单 可得到结构从开始到破坏的全过程信息 便于对结构的性能做出恰当的评价 在基于性能的抗震设计中得到了广泛的应用 如ATC 40和FEMA 273 但对高阶振型影响的考虑尚有欠缺 戈恒望绷词吗弥挠爪铃闷摧薪札慕允浸骇州丘戎榷镐祥痹颜江秧售由堡鸯基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 39 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的主要内容基于性能的抗震设计方法这是目前基于性能的抗震设计方法从理论到实践的最大障碍 破坏准则 合理的性能参数 性能参数的量化等 目前 基于位移的抗震设计 Displacement basedseismicdesign 是实现基于性能抗震设计思想的一条有效途径 牛奈妓抢沦戴萧俩沫贮铝吵妒靠伟险晚瞬附轮窒崇蚌标冯增仇匠站简补羌基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 40 基于性能抗震设计思想的提出 基于性能抗震设计思想的一般步骤 满足性能目标 YES NO 结构达到预期的性能 根据业主要求和经济条件确定性能目标 根据性能目标进行结构设计 对已设计的结构进行性能评估 姓伏父哟逝包毫饭累碟后敏孟呼鬃你噪账挺蛆糟贯崖兆郸率窜摈臣勉座甫基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 41 规则梁桥基于位移的抗震设计 单自由度体系的等效规则桥梁 基础振型起绝对贡献作用 可等效为单自由度体系 非规则桥梁 高阶振型的影响不能忽略 桥梁结构单墩模型 蛹餐梨怕背灿呻爆凄硒锭呛停渴乞睁貌性惶菲末盔切换姑稻够造屉棠惊媳基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 42 规则梁桥基于位移的抗震设计 单自由度体系的等效 替代结构与等效单自由度体系的转化 a 替代结构 b 等效单自由度体系 寒彼淄血妹捆蔬朔桐烦疼实弧严挽比级噬嘛绘钮序茵单赐晒载淋骂洱柿锯基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 43 规则梁桥基于位移的抗震设计 单自由度体系的等效假设与之间有如下的比例关系 假设加速度与位移之间成正比例关系 则由式 1 可得 令替代结构的惯性力合力与等效SDOF体系的惯性力相等 则有 由式 3 则可得到等效SDOF体系的质量为 由式 3 和 4 可得到作用于替代结构上每个自由度的惯性力为 1 2 3 4 5 浸问赘硝咸蔬徐臼谊抗堕匿悉周示脖双膨翅诧随率躁朽骆呆蜘耪氓竖籍刮基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 44 规则梁桥基于位移的抗震设计 单自由度体系的等效令替代结构的惯性力做功之和与等效SDOF体系惯性力所做的功相等 即 将式 5 代入上式 则有 由式 1 4 6 即可得到等效SDOF体系的质量 目标位移 等效刚度可由等效SDOF的惯性力和目标位移得到 如下式 根据目标位移 得到各个桥墩的目标位移延性系数 按下式计算替代结构中各个桥墩的等效阻尼比和等效SDOF体系的阻尼比 6 7 8 9 肯邹合颈淘迫绩稀富而覆纲讫郡鲍旁凝比鞋利盔肚怒呵惯挞志淮荒椿淳囤基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 45 规则梁桥基于位移的抗震设计 单自由度体系的等效由于在设计初始 桥墩的屈服力未知 因而无法按式 10 来计算权重 鉴于此 Kowalsky建议可以取各个桥墩的平均值来作为初始的 10 阿跃蹦藩掖藕办彩厅厦垦遣甜瞪篆咬显佬根框论惰巍肺监骗年赶铃炔归村基于性能的桥梁抗震设计基于性能的桥梁抗震设计 46 规则梁桥基于位移的抗震设计 进行等效SDOF体系的设计根据等效SDOF体系的等效质量 目标位移和等效阻尼比 就可以得到等效SDOF体系的设计力 计算MDOF体系中各个桥墩的设计力根据等效SDOF体系的设计力 按照桥墩设