《论文_桥梁结构论文抗震性能论文(定稿)》

1、桥梁结构论文抗震性能论文:sap2000桥梁结构抗震性能评价摘 要：介绍了 sap2000程序中的pushover方法的基本原理和方 法，阐述了利用sap2000程序进行桥梁结构pushover分析的计算 步骤，结合桥梁破损极限状态的定量准则进行桥梁抗震性能评价，并 给出了一个应用实例。结果表明，sap2000程序可以较方便地实现 桥梁结构的pushover分析，并且可以对一般桥梁结构的抗震性能做 出合理的评价。关键词：pushover分析；桥梁；抗震性能；sap20001 pushover方法的基本理论1.1基本原理sap2000程序提供的pushover分析方法，主要基于两本手册， 一本是

2、由美国应用技术委员会编制的混凝土建筑抗震评估和修复 (atc-40),另一木是由美国联邦紧急管理厅出版的房屋抗震加固 指南(fema273/274)。混凝土塑性较木构关系和性能指标来口于 atc-40,钢结构塑性钱本构关系和性能指标来自于fema273/274, 而pushover方法的主干部分，即分析部分采用的是能力谱法，来自 于 atc-40o其主要步骤如下：(1)用单调增加水平荷载作用下的静力非线性 分析，计算结构的基底剪力-顶点位移曲线；(2)建立能力谱曲线和 需求谱曲线；(3)性能点的确定；(4)结果分析和性能评价。1.2能力谱和需求谱的建立pushover分析最终要形成结构的能力谱

3、曲线和需求谱曲线，并 确定两曲线的交点，能力谱曲线由pushover分析得到，需求谱曲线 由反应谱转换得到。能力谱由结构的荷载-位移曲线转换得来，见图1,具体转换过程 如下：结构的荷载位移曲线上任一点坐标设为（v t, r）；育用谱曲线上任一点的坐标设为（s ai ,s式屮：r m结构的第m 振型的振型参与系数；m i结构的第i层的质量；im 结构的第m振型在第i层的振陌；n-结构的层数。需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱。对弹性需求谱，可以 通过将典型（阻尼比为5%）力口速度s a反应谱与位移s d反应谱 画在同一坐标系上，根据弹性单口由度体系在地震作用下的运动方程 可知s a和s d之间

4、存在下面的关系：对弹塑性结构的ad格式的需求谱的求法，一般是在典型弹性需 求谱的基础上，通过考虑等效阻尼比§ e或延性比卩两种方法得到 折减的弹塑性需求谱oatc-40采用的是考虑等效阻尼比£ e的方法。 在图2中，d p为等效单自由度体系的最人位移，atc-40中等效阻 尼比§ e由最大位移反应的一个周期内的滞回耗能来确定，按下式 计算：式中：e d-结构单周期运动阻尼所消耗的能量，即滞回环所围 成的平行四边形的面积；e s结构最大应变能，等于图2所示阴影部 分三角形面积。为确定e e,需要首先假定a p、d p,有了 g e后，通过 对弹性需求谱的折减即可得到

5、弹塑性需求谱（见图3）。将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系屮（见图3）,两曲线的交点称为性能点，性能点所对应的位移即为等效单自由 度体系在该地震作用下的谱位移。将谱位移按式（1）转换为原结构 的顶点位移，根据该位移在原结构v i-a i曲线的位置，即可确立 结构在该地震作用下的塑性较分布、杆端截面的曲率、总侧移及层间 侧移等，综合检验结构的抗震能力。程序中的地震反应谱与我国建 筑抗震设计规范（gb50011-2001 ）的地震反应谱表达方式略有不 同，需经等效后换成程序中的系数。2在sap2000中实现pushover分析的步骤（1）建立结构的分析模型；（2）定义钱属性，选择默认

6、的较属 性或者自定义较属性，并将其指定给框架单元；（3）定义荷载工况: 定义结构设计时需要的所有静力与动力荷载工况；（4）运行设计所需 要的分析；（5）当较属性是基于程序计算的默认值时，必须进行混凝 土设计；（6）定义pushover分析所需要的荷载工况；（7）运行 pushover 分i? ； （8）查阅 pushover 分析结果。3桥梁破损极限状态划分根据以往的桥梁震害的经验，可以认为桥梁震害主要产牛于其下 部结构，即使上部结构有破坏，也往往是由下部结构破坏或墩顶过大 位移所致。因此，按照桥梁下部结构的破坏程度的不同，桥梁破损极 限状态划分为五级：（1）弹性完好极限状态：结构处于弹性工作

7、状态，对应延性系数p a<1 o(2) 轻微破损极限状态：这个阶段的位移延性系数取决于截面性 质、轴向荷载水平和结构延性性能，但通常|i a均值在2左右，对 应混凝土极限压应变：8 cu 2.004,钢筋极限拉应变：£s<0.015o(3) 损伤控制极限状态：该状态对应于结构已经接近达到或略超 过最大承载力，对应结构位移延性系数3wu a巫在欧洲通常认为 该状态的上限p a司，对应混凝土极限压应变e cu m5(004+09p s f y/300)； (scott公式：f y为箍筋屈服强度, p s为体积配筋率)。(4) 严重破坏极限状态：对应混凝土极限压应变。大于按上式

8、计 算结果，多个截面验算表明，此时结构构件截面抗力已进入下降段。(5) 塌破坏极限状态：倒塌破坏极限状态评价需考虑以下几个因 素：框架已成为机构体系，并且至少有一个塑性较转动达到极限塑 性转角；纵筋拉断，对i,"级钢筋(£ s=0.10;3) >p-a效应，当 柱承受的荷载能力减少至低于恒载的水平，结构将会发生倒塌；构 造措施。4实例4.1工程概况该曲线梁桥设计荷载为城一b级，设计车速为30km/h,按基本 烈度7度设防，重要性修正系数1.3,场地土为ii类。跨径为 31.4+31.4+31.4m,曲率半径为60m,对应的圆心角为90度，支座处 横梁厚2m,跨中处加一

9、道0.5m厚的横隔板，梁体为现浇箱梁，横截 面形式如图4。曲梁平面及桥墩布置如图5所示。桥面宽度l设为18m； 两端为门式框架墩（编号为，），中间为独柱墩（编号 为，），骗 h均在6m左右，统一取为6m；框架墩直径d为1.5m, 关于曲梁轴线对称布置，中心间距为4m；独柱墩直径1.8m,布置在 曲梁轴线上。主梁采用c50混凝土，弹性模量3.45e10pa,桥墩采用 c40混凝土，弹性模量325e10pa,钢筋混凝土密度为2500kg/m 3, 剪切模*1.35e10pao该桥支座均为盆式橡胶支座，除号桥墩顶部 设置了-个固定支座和横向活动支座外，其余各桥墩顶部均设置纵向 活动支座，支座的剪切刚

10、度为5e6n/mo4.2全桥抗震性能评价该桥在sap2000中进行建模，不考虑桩基础和场地土的影响； 结构在墩底固结；全桥采用框架结构，只考虑了纵向预应力筋布置。 其中三维坐标x方向是顺桥向，丫方向是横桥向，z方向是竖向。对 该桥进行推倒分析时，假定曲线梁两端的弦线连接方向为顺桥向，与 之相垂直的方向为横向，选取顺桥向和横桥向两个方向进行推倒分 析。桥梁震害调查发现:桥梁结构遭遇强震时，主要是墩柱发牛破坏。 因此，在分析模型中主梁不考虑材料的非线性性能，仅在桥墩的上下 端设定塑性较。在墩柱两端添加pmm较，主梁不添加塑性较；并设 定线性静力分析工况dead,非线性静力分析工况grv及非线性分析

11、 工况pushover用作pushover分析，其中grv工况为 pushover工况的初始条件；取号墩墩顶位移为检测位移来控制 pushover分析过程。本文考虑了地震烈度为6度、7度、8度，9度的情况，pushover 分析得到的结构的性能点见表1表2。不同地震烈度水平下的桥梁破 损极限状态见表3表4。可以看出，该桥具有足够的抗震能力。5结语木文介绍了运用sap2000程序进行桥梁结构pushover分析的 基本原理，结合桥梁破损极限状态的划分，对实际曲线梁桥进了抗 震性能评价。结果表明pushover方法简便易操作，可以对一般桥梁 结构的抗震性能做出合理的评价。当然，该方法还存在进步需要研 究的问题，比如塑性较特性的定义，侧向荷载的加载模式等。参考文献1 imbsen r a.penzien j.evaluation of