桥梁抗震规范宣讲3-李建中1

桥梁抗震分析、验算与延性构造措施,李建中,同济大学,公路桥梁抗震设计细则宣讲,延性构造细节设计,抗震分析,强度与变形验算,汶川地震桥梁震害与抗震设计,1.1典型桥梁震害,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,落梁破坏,桥梁结构特点：采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上,庙子坪大桥,第5孔落梁,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,百华大桥,百华大桥位于岷江右岸，桥长495.55m，最大墩高30.87m。上部采用425（钢筋砼连续梁）+525（钢筋砼连续梁）+50（简支T梁）+325（钢筋砼连续梁）+520（钢筋砼连续梁）+220（钢筋砼连续梁）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（右偏）上。第5联桥跨，即5-20米连续梁整体倾覆，完全破坏,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,阪神地震中西宫港大桥引桥落梁,Spancollapse,1971SanFernandoearthquake.,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,1989LomaPrietaEarthquake,墩柱破坏,汶川地震百华大桥墩柱破坏,LomaPrieta震害,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,1995年日本阪神大地震HanshinExpressway,洛马-普雷塔大地震,1999年台湾集集地震,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,日本阪神（1995）,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,基础破坏,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,支座滑动、破坏及梁体位移,映秀岷江大桥,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,寿江大桥,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,其它桥梁,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,梁体间碰撞，挡块破坏,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,1.2桥梁震害原因与启示,支承连接部件失效,支承连接部件失效,固定支座：强度不足活动支座：位移能力不足橡胶支座：梁底与支座底滑动,墩、台支承宽度不足、防落梁措施设计不合理（限位装置）,落梁,梁体较大位移,梁、墩台间较大位移,伸缩缝、挡块破坏（碰撞问题）,足够搭接长度合理设计防落梁措施和限位装置,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,采用板式橡胶支座的桥梁，混凝土挡块在地震中破坏，可以有效减少下部结构所受地震力，但对于这种类型的桥梁抗震设计的关键怎样采用合理的梁体限位装置、设置足够的梁墩合理搭接长度控制梁体位移在不发生落梁的范围又不增加墩柱地震力。,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,在高烈度地震区尽可能采用整体性和规则性好的桥梁结构，结构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避免突然变化。从几何线形上看，尽量选用直线桥梁。,选择合理的连接形式，对桥梁抗震性能十分重要，对于高桥墩的桥梁，建议采用上部结构与下部结构有选择性的刚性连接（固接方式）；对于矮墩桥梁，上部结构和下部结构联结建议采用支座连接方式，并合理设置梁墩的搭接长度。,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,桥梁墩柱破坏,墩柱延性不足：横向约束箍筋配置不足；（抗弯破坏）构造缺陷：横向约束箍筋间距过大，搭接失效，纵筋过早切断，锚固长度不足；箍筋端部没有弯钩等,抗剪强度不足：横向箍筋配置不足；（剪切破坏）,延性抗震设计,能力保护设计,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,基础破坏,断裂通过基础移位、沉降避让,土破坏：,沙土液化防液化措施,桩身破坏：,能力保护设计,1桥梁地震桥梁震害与抗震设计,6抗震分析,适用范围：常规桥梁,单跨跨径不超过150m的混凝土梁；桥圬工或混凝土拱桥；墩高超过40m，墩身第一阶振型有效质量低于60,6.1一般规定,规则桥梁和非规则桥梁划分,表6.1.4桥梁抗震分析可采用的计算方法,6抗震分析,表6.1.3规则桥梁的定义,6抗震分析,截面特性取值取值,地震作用下，桥台台身地震惯性力可按静力法计算。,E1地震作用下，常规桥梁的所有构件抗弯刚度均按毛截面计算,E2地震作用下，延性构件的有效截面抗弯刚度应按下式计算，但其他构件抗弯刚度仍按毛截面计算,6抗震分析,延性构件,能力保护构件,桥墩,横梁（盖梁）、基础、墩柱抗剪、支座,梁墩相对位移,6.2梁桥延性抗震设计,6抗震分析,6抗震分析,6.3建模原则,模型建立,单元质量可采用集中质量代表；墩柱和梁体的单元划分应反映结构的实际动力特性；,支座单元应反映支座的力学特性,混凝土结构的阻尼比可取为0.05；进行时程分析时，可采用瑞利阻尼,计算模型应考虑相邻结构和边界条件的影响,6抗震分析,板式橡胶支座剪切刚度,活动盆式支座,梁柱单元的弹塑性单元,6抗震分析,考虑桩-土共同作用边界单元,边界条件模拟,6抗震分析,规则桥梁可按本细则第6.7节的要求选用简化计算模型：单墩模型,地震输入方向：直线桥，沿顺桥向和横桥向两个水平方向地震输入；曲线桥，沿相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向地震输入（用曲梁单元时，只需计算一联两端连线（割线）和垂直割线方向的地震输入），以确定最不利地震水平输入方向。,6抗震分析,6.4反应谱法,m1,m2,m3,Fj1,Fj2,Fj3,6抗震分析,SRSS方法组合,CQC方法组合,6抗震分析,地震动三要素振幅频谱：振幅-频率关系曲线持续时间,6.5时程分析方法,6抗震分析,时程分析的最终结果，当采用3组时程波计算时，应取3组计算结果的最大值；当采用7组时程波计算时，可取7组结果的平均值。在E1地震作用下，线性时程法的计算结果不应小于反应谱法计算结果的80%。,6抗震分析,6.7规则桥梁计算（简化为单墩模式),规则桥梁重力式桥墩顺桥向和横桥向的水平地震力,6抗震分析,板式橡胶支座的规则桥梁,6抗震分析,实体墩由墩身自重在墩身质点的水平地震力,柱式墩由墩身自重在板式橡胶支座顶面产生的水平地震力,6抗震分析,在E2地震作用下，可按下式计算墩顶的顺桥向和横桥向水平位移：,F,6抗震分析,6.8能力保护构件计算,能力保护,墩柱抗剪,盖梁,桥梁基础,应根据可能出现塑性铰处按实配钢筋，并采用材料强度标准值和轴压力计算出的弯矩承载能力,考虑超强系数来计算,6抗震分析,E2地震作用下，如桥梁墩柱未进入塑性，桥梁墩柱的剪力设计值、桥梁基础和盖梁的内力设计值可用E2地震作用的计算结果,6抗震分析,7强度与变形验算,7.1一般规定,地震,E1地震,E2地震,结构在弹性工作范围，无损伤,损伤、弹塑性变形、足够的塑性变形能力,墩抗剪、基础、盖梁、主拱圈等不损伤,桥墩延性构件,能力保护,7强度与变形验算,D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台，可只进行E1地震作用下结构的强度验算。,7强度与变形验算,7.2D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台强度验算,顺桥向和横桥向E1地震作用效应和永久作用效应组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算,为了简化计算，在进行D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩等的支座抗震验算时，虽然只进行E1地震作用下的地震反应分析，但采用一个支座调整系数来考虑E2地震作用效应，通过大量分析，建议取2.3。,7.3B类、C类桥梁抗震强度验算,强度验算,E1地震,桥墩、桥台强度,E2地震,矮墩,拱桥主拱圈、联接系和桥面系,能力保护构件,墩柱塑性铰区域抗剪,基础、盖梁等,7强度与变形验算,墩柱塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度验算：,7强度与变形验算,7.4B类、C类桥梁墩柱的变形验算,E2地震作用下，一般情况应验算潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动能力，但对于规则桥梁，验算桥墩墩顶的位移，对于高宽比小于2.5的矮墩，验算强度。,7强度与变形验算,E2地震作用下，桥墩潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动应满足：,7强度与变形验算,等效屈服曲率、极限破坏状态的曲率,7强度与变形验算,圆形截面和矩形截面截面屈服曲率和极限率简化公式：,矩形截面屈服曲率：,圆形截面极限曲率,矩形截截面极限曲率,圆形截面屈服曲率：,7强度与变形验算,E2地震作用下，规则桥梁可按下式验算桥墩墩顶的位移:,单柱墩容许位移,7强度与变形验算,双柱墩、排架墩，横桥向的容许位移可在盖梁处施加水平力F，进行非线性静力分析,7强度与变形验算,7.5B类、C类桥梁的支座验算,橡胶支座,支座厚度验算变形,抗滑稳定性验算,盆式支座,活动盆式支座,固定盆式支座,7强度与变形验算,8延性构造细节设计,图9.1.5高墩常用的空心截面类型,8.1墩柱结构构造措施,墩柱潜在塑性铰区域内加密箍筋的配置,加密区的长度：弯曲方向截面宽度的1.0倍，超过最大弯矩80的范围,加密箍筋的最大间距,箍筋的直径不应小于:10mm,螺旋式箍筋的接头必须采用对接，矩形箍筋应有135弯勾，并伸入核心混凝土之内6以上；,加密区箍筋肢距:25cm；,10cm或6或b/4；,8延性构造细节设计,塑性铰区域内加密箍筋的最小体积含箍率(7度、8度）,圆形截面,矩形截面,9度增加,墩柱潜在塑性铰区域以外箍筋的体积配箍率不应小于塑性铰区域加密箍筋体积配箍率的50%。,8延性构造细节设计,、,空心截面墩柱潜在塑性铰区域内加密箍筋的配置，应符合下列要求：应配置内外两层环形箍筋，在内外两层环形箍筋之间应配置