抗震设计重点知识讲解

1、1234目录桥梁震害特点抗震设计理论基础抗震概念设计抗震设计主要步骤1桥梁震害特点地震对桥涵产生的病害主要为落梁、挡块损坏、上部结构横向和纵向移位、支座和伸缩装置损坏、桥墩移位或桥墩局部部位混凝土压溃或系梁开裂、台后挡墙破坏、墩台隆起或沉陷、台后锥坡系统损坏(挡墙损坏或移位、台后填料垮塌）、桥梁整体垮塌等直接破坏，以及被塌方掩埋、巨石砸毁、堰塞湖淹没等次生灾害造成的间接损坏。l 上部结构震害自身震害：在发现的少数震害中，主要是钢结构的局部屈曲破坏。移位震害：在破坏性地震中极为常见，一般在设置伸缩缝的地方容易发生，这种震害表现为桥梁上部结构的纵向移位、横向移位以及扭转移位。碰撞震害：桥梁在地震中

2、的碰撞，相邻跨上部结构的碰撞、上部结构与桥台的碰撞以及相邻桥梁间的碰撞是比较典型的。l 桥梁支座震害桥梁支座历来被认为是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的一个环节，在历次破坏性地震中，支座的震害现象都较普遍。其原因主要是支座设计没有充分考虑抗震的要求，连接与支挡等构造措施不足，以及某些支座形式和材料本身的缺陷。支座的破坏形式主要表现为：支座移位、锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落、支座本身构造上的破坏。l 下部结构震害墩柱弯曲破坏：这种破坏在破坏性地震中是非常常见的震害形式，弯曲破坏是延性的，多表现为开裂、混凝土剥落压溃、钢筋裸露和弯曲等，并产生很大的塑性变形，主要是约束箍筋配置不足、纵向钢筋的搭

3、接或焊接不牢等引起的墩柱的延性能力不足。墩柱剪切破坏：墩柱的剪切破坏在历次大地震中都不少。剪切破坏是脆性的，往往会造成墩柱及上部结构的倒塌，震害较为严重。框架墩的震害：主要表现为盖梁破坏、墩柱破坏以及节点破坏；盖梁的破坏形式有剪切强度不足引起的剪切破坏、弯曲破坏以及钢筋锚固长度不足引起的破坏；节点主要表现为剪切破坏。桥台震害：桥台的震害在历次地震中也是较为常见的，地基丧失承载力等引起的桥台滑移、台身与上部结构的碰撞破坏和桥台倾斜是桥台震害的主要表现形式。l 基础震害桥梁基础震害是国内外许多地震的重要震害现象之一，大量震害资料表明：地基失效(如土体滑移和砂土液化）是桥梁基础产生震害的主要原因。扩

4、大基础的震害一般由地基失效引起，桩基础的震害，除了地基失效这一主要原因外，还有上部结构传下来的惯性力所引起的桩基剪切、弯曲破坏，更有桩基设计不当所引起的震害。山体滑落物砸坏桥梁全桥倒塌全桥损毁拱桥中墩纵向倒塌，全桥损毁桥墩压溃l 部分孔跨损毁部分墩、台损毁导致部分孔跨倒塌，部分孔跨落梁。大桥第10孔落梁大桥支座移位主桥挡块严重破损大桥支座脱落引桥挡块严重破损2抗震设计理论2.1 破坏准则强度破坏准则；位移破坏准则；延性破坏准则；能力准则；基于性能的破坏准则静力分析法反应谱分析法动力时程分析方法2.2 分析方法确定性分析方法非确定性分析方法静力法静力法以地震荷载代替结构在地震强迫振动下的激励外因

5、，作用于结构计算静力效应代替结构在地面运动激励下的动力效应。优点是简单。缺点是分析过程中对地面的运动特性和动力特性缺少考虑，将地震产生的动力视为静止的，桥梁的安全程度通过荷载效应与抗力效应进行对比得到。对地面的运动、场地地基考虑较少。静力法只对刚度较大，且较低矮的结构才是合适的。反应谱法反应谱是不同频率的单质点体系在一定阻尼系数的条件下输入不同地面运动后得到的位移反应、速度反应和加速度反应最大值的外包络曲线。应用反应谱计算结构地震反应首先要计算结构的动力特性和各阶振型参与系数，然后按各阶振型对某项反应的贡献程度进行线性叠加，得出这项反应的最大值。反应谱方法用于桥梁设计，对桥梁抗震性能进行较粗略

6、的评估。振型组合：完全二次组合法（CQC），平方和开方法（SRSS）等。反应谱法结构物的地震反应是弹性的，可以釆用叠加原理来进行振型组合；现有反应谱是基于结构所有支承处的地震动完全相同、基础与土壤无相互作用的假定下求得的，因而也只适用于这一条件。此外，现在给定的不少反应谱并不是一次地震动作用下的反应谱，而是所谓标准反应谱或平均反应谱，它们都是不同地震反应谱的包线，或是不区分某些有影响因素的结果；结构物最不利的地震反应为其最大的地震反应，而与其它动力反应参数无关如达到最大值附近的次数或概率。动态时程分析法动态时程分析法是随着强震记录的增多和计算机技术的广泛应用而发展起来的，是公认的精细分析方法。

7、动态时程分析法从选定的地震动输入地震动加速度时程出发，采用多节点多自由度的结构有限元动力计算模型建立地震动方程，采用逐步积分法对方程进行求解，计算地震过程中每一瞬时结构的位移、速度和加速度反应。动态时程分析法时程分析方法直接输入地震动记录，对动力方程进行求解，对于动力方程通常有两种解法：一是振型迭加法，二是积分法。振型迭加法解动力方程的关键是求解自由振动的频率和振型，然后利用振型矩阵变换，将原动力方程化为一组互不稱合的微分方程，逐个求解后再迭加而得到原方程的解。逐步积分法的特点是根据动力方程式引进某些假设，建立由t时刻结构状态向量加速度、速度、位移的到t+ t时刻的递推关系，从而由t=0时刻的

8、初始向量加速度、速度、位移出发，一步一步地求出各时刻状态向量。2.2 分析方法2.2 分析方法2.2 小结静力理论未考虑结构的动力特性，故适用于刚性结构，不适用于柔性结构。即只有当结构的基本周期远小于地震动卓越周期时，在地震作用下结构本身变形可以忽略的程度时，静力理论才成立。对于柔性结构，静力理论给出的结果与真实结果有较大的误差。静力理论只考虑了高频振动振幅的最大值，反应谱理论则考虑了频谱特性，持时只有在动力理论中才得到明确的反应。2.2 小结反应谱理论具有简单方便的优点，因此得到了广泛的应用。它适用于结构非线性反应不大、地震波输入变异性较小的中小跨度桥梁的地震力估算。对于大跨度桥梁或对一般桥

9、梁作比较精确的地震响应分析时，反应谱法显得过于粗略。2.2 小结对于大跨度桥梁主要采用动力时程反应分析法而很少用反应谱法，主要原因：现有的弹性反应谱法不能很好地考虑多点非一致激励对大型桥梁地震响应的影响，包括行波效应、部分相干效应和局部场地效应等；现有的弹性反应谱法无法对大型减隔震桥梁的非弹性地震反应进行计算。而减隔震作为桥梁抗震的常用措施之一，在进行抗震计算时是必须考虑其非弹性变形特性的。动力时程反应分析法虽然计算桥梁地震响应的精度更高，但其计算较为复杂，可以借用专业软件程序来完成。2.2 小结大跨度系杆拱桥地震反应分析中一般先采用反应谱方法进行分析，然后用动态时程分析方法校核。2.3 桩土

10、结构相互作用嵌固法；弹簧法；m法；2.3 桩土结构相互作用m法是指将桩基础与桥梁结构共同考虑，用沿深度变化的一系列弹簧来模拟桩周土体对基桩的作用，土体弹簧的设置采用上密下疏的原则。基于集中质量概念的桥梁群桩基础结构动力分析的法仍然有多种计算模式可以选用，包括单桩模型和多桩模型。2.3 桩土结构相互作用m法3抗震概念设计抗震设计概念设计参数设计主要分析方向是结构总体。对地震力进行计算、构件性能及结构和支座变形情况进行验算等。总体设计桥址的选择。尽量采用对称的结构形式和均匀的布置方案。跨径组合的对称性；墩高搭配的对称性；支撑体系的对称性。1、避免基础变位引起静力破坏静力破坏动力破坏2、选取整体型地

11、震破坏模式整体型局部型3、选取合理的结构体系及构件布置传递地震力的合理性和简洁性；质量和刚度的均匀性、对称性和冗余度；双向抗力和刚度、扭转抗力和刚度；保持结构的整体性以及整体稳定性；避免结构出现应力集中状态；主次构件分工明确、抗震能力层次分明；损伤易发现、可修复、可更换。大跨度拱桥抗震概念设计方法结构中设置赘余构件。拱肋采用高强材料。增强构件之间的连接，提高整体抗震性能(延性)。具有多道抗震防线、多条传力路径。4抗震设计的主要步骤1、判别桥梁类型：基本参数确定基本参数确定2、确定抗震措施等级：基本参数确定3、土层平均剪切波速：基本参数确定4、确定工程场地覆盖层厚度：5、确定场地类别：6、根据土质判别是否需要抗液化措施：基本参数确定基本参数确定7、确定是否为规则桥