大学课件-建筑结构抗震设计5.4 桥梁抗震延性设计

第五章桥梁结构抗震设计5.1

震害及其分析5.2

桥梁按反应谱理论的计算方法5.3

桥梁结构地震反应分析5.4

桥梁抗震延性设计一、概述

桥梁延性设计的重点将放在避免桥梁墩台破坏和提高其延性性能方面。根据震害事例分析：高柔的桥墩以弯曲型破坏为主，矮粗的桥墩以剪切型破坏为主，刚度介于两者之间的多为混合型破坏。5.4

桥梁抗震延性设计桥墩常见的破坏部位及其破坏形式为：（1）承台与桩的连接处；（2）墩身与基础的连接处；（3）墩身在靠近地面处断裂；（4）墩身在中部开裂、破坏；（5）墩帽与墩身连接处。φuµb

=

wu

wy挠度之比

二、桥梁结构延性的表述

1．延性系数

（1）材料的延性

µm

=εu

ε

y（2）截面的延性系数

(例如梁端截面)

µs

=

µs

φy（3）构件的延性系数可以用极限挠度和屈服（5）整体延性系数可用整体极限位移和整体屈服位移之比µg

=

∆u

∆

y（4）结构局部延性系数可用局部极限侧移和局部屈服侧移之比µl

=δu

δ

y<0.20Fu4.4.2.2

结

构

整

体

延

性

的

定

义ΔyΔuΔ理想弹塑性Fy理论图

4.4.2.3

F截

面

弯

矩

-曲

率

关

系φy

MM

maxM

uM

y

屈服点混凝土开裂点φ0φuφ最大点失效点整体延性系数有时是由局部延性系数所决定。屈服后位弹塑性位移的增加主要依靠塑性铰的转动。

截面延性系数和结构延性系数关系取决于结构构件的几何特性和塑性铰的位置。⎡ϕuϕ

y⎤

L

p

⎡

2．位移延性同塑性较区域曲率的关系（1）单柱式桥墩⎦⎢⎢⎣L

p

⎤

⎥

L

⎦∆u∆

y−1⎥

⎢1−0.5

⎥

L

⎣

3C=

1+µ

=式中C是变形增加系数,LP为等价塑性较长度,L是柱底到质量中心的距离。LLpLp/2质

量

中

心

Δ

yΔT

Δr

ΔsμΔu

Δb图5-40

位移延性同曲率延性关系的计算简图L/2L/2PΔyΔy梁双柱式桥墩的计算简图⎡ϕuϕ

y⎤

L

p

⎡

新西兰的规范规定塑性铰的长度为

Lp

H

=

0.5+0.05L

HL是桥墩高度，H是截面高度。（2）双柱式桥墩⎦⎢⎢⎣L

p

⎤

⎥

L

⎦∆u∆

y−1⎥

⎢1−

⎥

L

⎣

6C=

1+µ

=截面的屈服曲率可以根据下式求得：

φy

=

M

y

(EcIcr)(

)

[

]

{

}

N

s

s

gr

cr

I

I

µ

ρ

ρ

05

.

0

205

1

.

0

12

21

.

0

−

+

+

+

=开裂截面抗弯惯性矩惯性矩:2•

Icr为当受拉钢筋屈服时开裂截面的抗弯Igr

为毛截面的抗弯惯性矩;µN

为柱截面轴压比;ρs

为纵向钢筋配筋率地震沿横桥向和顺桥向作用时单柱式桥墩的可能塑性铰柱帽A地震作用柱桥梁上部结构潜在塑性铰区域地震作用

桩帽

桩

A(a)

横桥向作用

截面A-A(b)

顺桥向作用

桩帽桩柱帽A地震作用柱潜在塑性铰区域桥梁上部结构地震作用桥梁上部结构未显示地震沿横桥向和顺桥向作用时双柱式桥墩的可能塑性铰

A(a)

横桥向作用

截面A-A(b)

顺桥向作用最有效的方法是振型分析（反应谱方法）。除了应用于弹性响应计算外，也应用于非弹性响应计算。即基于弹性反应谱的近似振型分析方法。

用较软和高阻尼的“替代结构“进行弹性振型分析的设计方法，即通过改变频率和增加阻尼值可用弹性反应谱方法弥补非弹性性能。1、分析方法三、桥梁抗震的延性设计方法近似振型分析方法步骤用弹性反应谱的近似振型分析方法的步骤如下：1）确定桥梁结构的振型和频率；从位移反应谱确定最大振型位移；2）计算每一振型下的单元应变；采用振型组合方法（CQC,SRSS）计算单元的最大应变，结合单元的屈服应变给出单元的延性系数；3）根据延性求出单元的等效线性刚度何等效阻尼；重新求解振型和频率；4）计算结构反应所需最终值2、评价桥梁结构构件承载力或延性状态桥梁抗震设计分析结果通常要与结构构件强度或延性能力进行比较

使设计地震作用下的变形（强度）要求小于相应状态（正常使用极限状态和最终极限状态）的可以接受值

。

桥梁结构的构件（特别是墩，台）应该设计成剪切能力超过设计弯矩引起的剪力

墩、台要有足够约束箍筋以确保有充足的弯曲性能

根据结构特点和塑性铰出现部位的可视性与可修复性的不同，对允许的水平位移要有一定的限制。

塑性铰不希望它出现在桥梁的上部结构和基础结构的土层以下部分，而是出现在桥墩上。

3、塑性铰部位的设计选择和延性能力设计

由于桥墩的结构形式和地质条件的不同，在承受较大地震作用时，桥墩上可能出现塑性铰的部位往往会不同。

对于结构形式和抗震性能较好的桥墩以及产生塑性铰区可视性和可修复性较好的桥墩，设计完全延性（3≥μ≥1.5）；

结构形式较差和产生塑性铰的可视性与可修复性较差的结构如桥台等，则应按弹性或基本弹性（1.5≥μ≥1）设计。3、塑性铰部位的设计选择和延性能力设计（续）

塑性铰区域的转动延性为确保塑性铰区域的曲率或转动延性，按Eurocode8规定，箍筋数量根据含筋率来定义：ωw

=

ρw

fsy

/

f

'yfsy是钢筋的屈服设计强度，f

'c

是混凝土设计强度ρw

是含箍率。根据Erocode8的定义：矩形截面AcA0ωw

≥1.30×(0.15+0.01µϕ)(ηk

+0.08)

≥