规范桥梁抗震设计详解课件

1、规范桥梁抗震设计详解北京MIDAS 规范桥梁抗震设计详解桥梁形式：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规范桥梁抗震设计详解规范桥梁抗震设计详解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

2、载荷载恒荷载恒荷载 自重，在程序中按自重输入，由程序自动计算规范桥梁抗震设计详解预应力预应力 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规范桥梁抗震设计详解 该桥位于某7度区二级公路上，水平向基本

3、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：0.4s。经现场勘察测得场地土质和剪切波速如下：规范桥梁抗震设计详解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。规范桥梁抗震设计详解2 2、确定设防烈度：、确定设防烈度：在7度区，按8度设防规范桥梁抗震设计详解3 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规范桥梁抗震设计详解4 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。规范桥梁抗震设计详解5 5、确定场地类别：、确定场地类别：查得场地类别为类场地规范桥梁抗

4、震设计详解6 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。规范桥梁抗震设计详解E1地震作用下抗震分析步骤规范桥梁抗震设计详解7 7、确定桥梁类型：、确定桥梁类型：确定为规则桥梁规范桥梁抗震设计详解8 8、确定分析方法：、确定分析方法：采用MM法。规范桥梁抗震设计详解规范桥梁抗震设计详解9 9、确定重要性系数、确定重要性系数 ：得该桥在E1地震作用下重要性系数为 ，在E2地震作用下重要性系数为43. 0iC3 . 1iCiC规范桥梁抗震设计详解1010、根据基本烈度（非设防烈度）确定场地系数、根据基本烈度（非设防烈度）确定场地系数0

5、. 1sCsC规范桥梁抗震设计详解1111、确定设计基本地震动加速度峰值、确定设计基本地震动加速度峰值A A：在设防烈度8度区，A值取为0.3g规范桥梁抗震设计详解1212、调整设计加速度反应谱特征周期、调整设计加速度反应谱特征周期调整后为：sTg4 . 0gT规范桥梁抗震设计详解1313、对阻尼比为、对阻尼比为0.050.05的标准反应谱进行修正的标准反应谱进行修正阻尼比为：0.05，计算阻尼调整系数得1dC规范桥梁抗震设计详解1414、生成反应谱、生成反应谱规范桥梁抗震设计详解 与静力分析模型的区别：不在精细地模拟，而重点是要真实、准确地反映结构质量、结构及构件刚度、结构阻尼及边界条件。

6、规范桥梁抗震设计详解质量：质量： 1、将建立的模型进行质量转换。 集中质量法：一般梁桥选择，计算省时，不能考虑扭转振型。 一致质量法：通用，耗时，可以考虑扭转振型。 2、将二期等反映铺装的荷载转换成质量。 3、对于没用荷载表示的附属构件，如路灯等，可在节点上施加相应的质量块。规范桥梁抗震设计详解 刚度：刚度：构件刚度在地震来往复作用下一般会降低，理论上应使用各个构件的相对动刚度，但选择静刚度满足工程要求。 阻尼：阻尼： 一般使用阻尼比 来反应整个桥梁的全部阻尼。1、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土梁桥阻尼比一般选择 2、钢桥阻尼比一般选择 3、钢混结合梁桥分别定义钢构件组组阻尼比 、混凝土构件组组

7、阻尼比 ，程序计算各阶振型阻尼比：4、钢混叠合梁桥可使用介于0.02-0.05之间的阻尼比如：0.0405. 002. 0规范桥梁抗震设计详解 边界条件：边界条件：各个连接构件（支座、伸缩缝）及地基刚度的正确模拟。支座：支座：普通板式橡胶支座：弹性连接输入刚度。 固定盆式支座：主从约束或弹性连接。活动盆式支座：理想弹塑性连接单元。滑板支座：双线性连接单元。摩擦摆隔震支座、钢阻尼器、液体阻尼器：程序专门的模拟单元。规范桥梁抗震设计详解 地基刚度的模拟：地基刚度的模拟： 在墩低加上弹簧支承，算出各个方向上的弹簧刚度。 真实模拟桩基础，利用土弹簧准确模拟土对桩的水平侧向力、竖向摩阻力。一般可用表征土

8、介质弹性的“M”法。规范桥梁抗震设计详解 桥梁参与组合计算的振型阶数的确定桥梁参与组合计算的振型阶数的确定两种方法确定结构自振特性：特征值求解和利兹向量求解。为了快速满足规范6.4.3，经常会用利兹向量法来计算参与组合计算的振型。规范桥梁抗震设计详解SRSS法和CQC法： 根据规范6.4.3，有SRSS法和CQC法以供选择。 当结构振型分布密集，互有耦联时，推荐用CQC。规范桥梁抗震设计详解根据规范5.1.1，该直线桥只需考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用。规范桥梁抗震设计详解 桥台高4 ，台背宽10 ，侧宽3 ，土的容重为 ，土的内摩擦角为： 根据规范5.5.2，土压力分布力 ，本例转化成集中

9、力台背为：412 。侧向为：124 mm3/20mkN43mkN /17.41kNmkN规范桥梁抗震设计详解一般冲刷线算起的水深为：5m。水的容重为： ，根据规范5.5.3，地震动水压力为0.92kN 3/10mkN规范桥梁抗震设计详解 按现行的公路桥涵设计规范相应的规范验算桥墩的抗按现行的公路桥涵设计规范相应的规范验算桥墩的抗弯强度弯强度规范桥梁抗震设计详解E2地震作用下抗震分析步骤规范桥梁抗震设计详解1 1、确定分析方法：、确定分析方法：采用MM法或NTH法。规范桥梁抗震设计详解2 2、E2E2反应谱的确定反应谱的确定 步骤与步骤与E1E1反应谱的确定相同，但需注意重要性反应谱的确定相同，

10、但需注意重要性系数系数 的取值不同，其他参数相同，得的取值不同，其他参数相同，得E2E2地震地震作用下反应谱如下。作用下反应谱如下。iC规范桥梁抗震设计详解3 3、空间模型建立及荷载施加、空间模型建立及荷载施加与与E1E1地震作用下的分析步骤相同地震作用下的分析步骤相同空间动力分析模型的建立(延性构件抗弯刚度需做相应折减）自振特性分析振型组合方法的确定地震作用分量组合的确定 地震主动土压力 地震动水压力规范桥梁抗震设计详解4 4、强度验算、强度验算 按现行的公路桥涵设计规范相应的规范验算桥墩的抗弯强度，但与E1的强度验算不完全相同,与加州交通部(CALTRANS)规范一致。规范桥梁抗震设计详解

11、4 4、强度验算、强度验算 求延性构件的有效求延性构件的有效截面抗弯刚度截面抗弯刚度effI 利用规范公式利用规范公式6.1.66.1.6计算计算查附录查附录A A得到得到effIeffI理论方法求解理论方法求解CIVILCIVIL程序计算程序计算通过轴压比、纵通过轴压比、纵筋配筋率查附录筋配筋率查附录规范桥梁抗震设计详解4.14.1、理论方法求解、理论方法求解 、1 1、确定、确定 曲线曲线 条带法（纤维模型、将材料的应力应变关系曲线转换成截面内力变形关系曲线） 基本假定：（1）平截面假定；（2）剪切应变的影响忽略不计；（3）钢筋与混凝土之间无滑移现象 一般采用逐级加变形的方法求 曲线。2

12、2、根据、根据 曲线确定屈服弯矩曲线确定屈服弯矩 、屈服曲率、屈服曲率 一般采用几何作图法（包括等能量法、通用屈服弯矩法等）将确定的 曲线近视简化为双折线型或三折线型骨架模型，规范7.4.4推荐的是几何作图法中的等能量法将 曲线转换为双折线骨架模型。yMyMMMMM规范桥梁抗震设计详解4.24.2、civilcivil程序计算程序计算 、1 1、用动力弹塑性模块中的纤维模型来求解屈服弯矩、用动力弹塑性模块中的纤维模型来求解屈服弯矩 。（1）混凝土的应力应变曲线需按照保护层混凝土和约束混凝土的本构关系分别确定。（2）程序会按照ACI或ACJ规范自动计算 曲线并转换成三折线骨架模型得到屈服弯矩 、

13、各折线的折减率等。2 2、用静力弹塑性模块中的铰属性来得到屈服弯矩、用静力弹塑性模块中的铰属性来得到屈服弯矩 。 yMyyMyMMyMyMyMi）对截面进行配筋设计后，将程序中美国联邦紧急管理厅出版的房屋抗震加固指南FEMA定义的基本铰属性，分配给定义好的单元，自动计算屈服面特性值，得到截面屈服弯矩 。ii)通过pushover分析得到铰的基本属性，计算截面屈服弯矩 。 两种方法规范桥梁抗震设计详解4.24.2、pushoverpushover分析方法分析方法规范桥梁抗震设计详解i i、根据铰的特性值椭圆内插计算、根据铰的特性值椭圆内插计算 yMmkNMy 3398规范桥梁抗震设计详解iiii

14、、利用、利用pushoverpushover分析计算分析计算 yMmkNMy 3376 由程序的pushover图形结果得规范桥梁抗震设计详解4.34.3、通过、通过 、 计算计算本例通过civil程序求解屈服弯矩，可见用静力弹塑性模块中的铰属性来得到屈服弯矩的两种方法相差甚少，均可采用 。用椭圆内插取墩底屈服弯矩：用椭圆内插取墩顶屈服弯矩：通过附录B，计算矩形截面屈服曲率： 得到墩底抗弯刚度： effImkNMy 3398003318.0100168.0975.1975.1Hyy470315111. 025. 3003318. 03398meEMIcyyeffyMymkNMy 3326规范桥

15、梁抗震设计详解5 5、变形验算、变形验算 规范7.4.2条是对截面层次上的曲率延性系数验算的变化形式 规范7.4.6条是对构件层次上的位移延性系数验算的变化形式规范桥梁抗震设计详解5 5、变形验算、变形验算 规则性桥梁，故仅需按74.6验算墩顶位移规范桥梁抗震设计详解6 6、变形验算、变形验算 计算得墩顶纵向水平位移 横向水平位移0 . 1ccmd16cmd6 .5计算计算E2E2作用下墩顶双向实际位移作用下墩顶双向实际位移规范桥梁抗震设计详解6 6、墩顶容许位移值计算、墩顶容许位移值计算横向容许位移采用pushover分析方法计算。 根据公式算得 ，纵桥向容许位移 cmLp30cmu54.1

16、0规范桥梁抗震设计详解6 6、横向容许位移计算、横向容许位移计算 因为塑性铰的容许转动能力对应的是塑性铰的极限状态，通过对结构做pushover分析得到墩的底部塑性铰在第52载荷步先达到极限状态。规范桥梁抗震设计详解6 6、横向容许位移计算、横向容许位移计算由规范7.4.8条知，此时对应的墩顶处处横向水平位移既为容许位移。规范桥梁抗震设计详解6 6、横向容许位移计算、横向容许位移计算cmu13查看能力曲线：规范桥梁抗震设计详解6 6、水平位移验算、水平位移验算墩顶纵桥向水平位移 ,验算不通过 横桥向水平位移 ，验算通过 cmcmud54.1016cmcmud136 .5规范桥梁抗震设计详解7

17、7、能力保护构件设计、能力保护构件设计本例中墩柱的抗剪作为能力保护构件 本例为连续刚构桥，故沿纵桥向端部为塑性铰区域；双柱墩，故沿横桥向端部为塑性铰区域规范桥梁抗震设计详解7 7、能力保护构件设计、能力保护构件设计规范桥梁抗震设计详解7 7、能力保护构件设计、能力保护构件设计规范桥梁抗震设计详解7 7、能力保护构件设计、能力保护构件设计 C点对应的为极限状态。规范桥梁抗震设计详解5 5、变形验算、变形验算点C为铰的极限状态点。查看下图可得：25.1yuMM墩底极限弯矩mknMu5 .42473398*25.1墩顶极限弯矩mknMu5 .41573326*25.1双向截面特性完全一样双向截面特性完全一样规范桥梁抗震设计详解7 7、能力保护构件设计、能力保护构件设计经过程序的pushover计算得到 ，由上页式（6.8.2-2）计算得到mkNMszc5 .4157mkNMxzc5 .4247kNVc3 .111995 .42475 .41572 .10纵桥向由轴压比和材料、截面属性计算的剪力设计值。纵桥向由轴压比和材料、截面属性计算的剪力设计值。截面属性双向同性，横桥向剪力设计值也为111