公路桥梁抗震设计要点及计算

公路桥梁抗震设计要点及计算分析1、桥梁抗震设计理论的发展桥梁震害震害机理、原因分析对策（选线、设计、措施）抗震标准规范解析实验抗震设计理论的发展1、桥梁抗震设计理论的发展地震反应分析方法

静力计算动力计算

反应谱分析弹性动力时程分析非线性时程分析静力弹塑性分析实测地震记录的积累计算分析理论的提高对结构损伤破坏过程的深刻认识1、桥梁抗震设计理论的发展抗震设防方法

单水平设防多级设防多阶段设计

小震不坏、中震可修、大震不倒

两阶段或三阶段设计：强度设计、延性设计地震的随机性和复杂性经济因素1、桥梁抗震设计理论的发展抗震设计方法

强度设计延性设计

抗震结构减隔震结构主动/半主动控制2、公路桥梁抗震设计规范《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）桥梁抗震设计部分内容废止《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）2.1旧规范的局限性采用的设防水准均为50年基准期10%超越概率，重要结构物的设防等级用重要性系数来体现。单一水准设防，采用基于强度一阶段设计；弹性地震力采用综合影响系数折减考虑结构进入塑性的性能。2.1旧规范的局限性采用综合影响系数考虑结构进入塑性（延性），但塑性铰保证延性的细节构造不明确，综合影响系数取值模糊并且明显不合理。对于墩柱抗剪、基础抗震设计和验算没有规定，实际应用时存在错误，没有引入能力保护设计的思想。2.2新规范要点取消了综合影响系数：采用两水平设防，两阶段设计，并给出了明确的性能目标。第一阶段：E1地震作用下的弹性抗震设计；第二阶段：E2地震作用下的弹塑性抗震设计，采用延性抗震设计方法，并引入能力保护设计原则。地震作用部分的修订，反应谱周期到10秒，并给出了场地修正系数；给出了时程地震波的选用原则。2.2新规范要点增加了桥梁抗震分析建模原则和抗震分析方法增加桥梁减隔震设计，增加了局部细节设计和抗震构造措施内容尽可能吸收了美国、日本现行抗震设计规范的理念和方法，吸取了近十年桥梁震害的教训，弥补了89规范的不足。4、细则适用范围围适用于单跨跨径径不超过150m的混凝土梁桥、、圬工或混凝土土拱桥（常规桥梁）斜拉桥、悬索桥桥、单跨跨径超超过150m的特大跨径梁桥桥、拱桥可以参参照抗震设计原原则进行设计（特殊桥梁）适用于抗震设防防烈度6~9度地区的公路桥桥设计，大于9度应作专门研究究5桥梁抗震设防分分类6抗震设防目标采用两水平设防防、两阶段设计计的思想7抗震重要性系数数Ci桥梁分类E1E2重要性系数重现期重要性系数重现期A类1.0475年1.72000年B类0.43(0.5)75年（100年）1.3(1.7)1000年（2000年）C类0.3450年1.0475年D类0.2325年高速公路、一级级公路上大桥、、特大桥，重要要性系数取括号号内的值要点通过抗震重要性系数数调整设计地震动参数，不同抗震震分类桥梁对应应的E1、E2地震作用的重现现期不同两水平设防、两两阶段设计桥梁分类E1E2A类不应发生损伤有限损伤B类同上不倒塌或产生严重损伤，临时加固后可满足应急交通C类同上同上D类同上D类桥梁一水平设设防、一水平设设计8抗震设计过程抗震概念设计：桥位场地选择择、合理的结构构选型与布置、、恰当的抗震体体系抗震验算与设计计：E1作用下，强度设设计（分析、强强度验算）E2作用下，延性设设计（分析、变变形验算）抗震构造措施施9、抗震设计总总流程图9、常规桥梁总总体设计流程程9、常规桥梁结结构构件抗震震设计流程9、常规桥梁结结构构件抗震震设计流程10地震作用反应谱取值：：按E1和E2地震重要性系系数乘设计基基本地震动加加速度峰值A抗震设防烈度6789A0.05g0.10（0.15）g0.20（0.3）g0.40g表3.2.2抗震设防烈度度和水平向设设计基本地震震动加速度值值A10地震作用桥梁结构地震震作用考虑的的原则一般情况下，，公路桥梁可可只考虑水平平向地震作用用，直线桥可可分别考虑顺顺桥向和横桥桥向的地震作作用。设防烈烈度为为8度和9度时的的拱式式结构构、长长悬臂臂桥梁梁结构构和大大跨度度结构构，以以及竖竖向作作用引引起的的地震震效应应很重重要时时，应应同时时考虑虑顺桥桥向X、横桥桥向Y和竖向向Z的地震作用用。地震作用分分量组合采用反应谱谱法或功率率谱法同时时考虑三个个正交方向向的地震作作用时，可可分别单独独计算各方方向地震作作用产生的的最大效应应，然后组组合。10.1一般规定10地震作用当采用时程程分析法时时，应同时输入入三个方向向分量的一一组地震动动时程计算算地震作用用效应。进行直线桥桥梁地震反反应分析时时，可分别别考虑沿顺顺桥向和横横桥向两个个水平方向向地震输入入。进行曲线桥桥梁地震反反应分析时时，可分别别沿相邻两两桥墩连线线方向和垂垂直于连线线水平方向向多方向地地震输入，，以确定最最不利地震震水平输入入方向。地震作用可可以用设计计加速度反反应谱、设设计地震动动时程和设设计地震动动功谱表达达。给出的是是S谱值，不不同于原原来的动动力放大大系数beta谱值最大周期期10秒大于Tg段都是以以1/T的斜率下下降10地震作用用水平设计计加速度度反应谱谱10T(s)0.1Tg0SmaxS10.2设计加速速度反应应谱10地震作用用公路工程程抗震设设计规范范（JTJ004-89）中给出出动力放放大系数数β谱建筑抗震震设计规规范（GB50011-2001）中给出出水平地地震影响响系数α谱10地震作用用水平设计计加速度度反应谱谱最大值值10地震作用用场地特征征周期Tg场地特征征周期Tg，按场址址位置在在《中国地震震动反应应谱特征征周期区区划图》上读取后后，根据据场地类类别，按按下表取取值。10地震作用用阻尼调整整系数10地震作用用竖向设计计加速度度反应谱谱竖向设计计加速度度反应谱谱由水平平设计加加速度反反应谱乘乘以下式式给出的的竖向/水平谱比比函数R基岩场地地的R=0.65土层场地地的10地震作用用做过地震震安全性性评价的的桥址，，设计地地震动时时程要根根据专门门的工程程场地地地震安全全性评价价的结果果确定。。未作地震安全全性评价的桥桥址，可根据据本细则设计计加速度反应应谱，合成与与其兼容的设设计加速度时时程；也可选选用与设计地地震震级、距距离大体相近近的实际地震震动加速度记记录，通过时时域方法调整整，使其反应应谱与本细则则设计加速度度反应谱兼容容。为考虑地震动动的随机性，，设计加速度度时程不得少少于三组（条条），且应保保证任意二时时程间由下式式定义的相关关系数ρ的值小于0.110.3地震动时程11抗震分析适用范围：常常规桥梁11.1一般规定单跨跨径不超超过150m的混凝土梁桥桥、圬工或混混凝土拱桥等等常规桥梁的的抗震分析，，墩高不超过过40m，墩身第一阶阶振型有效质质量大于60%。11抗震分析地震作用B类C类D类规则非规则规则非规则规则非规则E1SM/MMMM/THSM/MMMM/THSM/MMMME2SM/MMTHSM/MMTH————表中：TH：代表线性和和非线性时程程计算方法SM：单模态反反应谱和功功率谱方法法MM：多模态反反应谱和功功率谱方法法表6.1.4桥梁抗震分分析可采用用的计算方方法11抗震分析截面特性取取值11抗震分析E1地震作用下下，常规桥桥梁的所有有构件抗弯弯刚度均按按毛截面计计算。E2地震作用下下，延性构构件的有效效截面抗弯弯刚度应按按下式计算算，但其他他构件抗弯弯刚度仍按按毛截面计计算。11抗震分析11.2梁桥延性抗抗震设计11抗震分析单元质量可可采用集中中质量代表表；墩柱和和梁体的单单元划分应应反映结构构的实际动动力特性；；支座单元应反映映支座的力学特特性混凝土结构的阻阻尼比可取为0.05；进行时程分析析时，可采用瑞瑞利阻尼计算模型应考虑虑相邻结构和边边界条件的影响响。11抗震分析11.3建模原则11抗震分析惯性力阻尼力弹性力11抗震分析经典解法二阶线性微分方方程杜哈梅积分将外荷载视为由由时间间隔非常常短的冲击荷载载组成的结构反应为对各各冲击荷载反应应之和Responsetoimpulse1Responsetoimpulse2ResponsetoimpulseTotalResponse11抗震分析数值方法可适用于线性和和非线性领域中心差分法、、常加速度法、、线性加速度法法Newmark-法、Wilson-法不同参数对应的的逐步积分法11抗震分析11抗震分析11.4反应谱法SRSS方法组合CQC方法组合11抗震分析振幅频谱持续时间11抗震分析11.5时程分析方法地震动三要素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。11抗震分析在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%。优点：带有统计特性；给出结构地震反应的最大值；缺点：目前只适用于线性分析；各振型都是取最大值计算的；11抗震分析反应谱法时程分析法优点：适用于线性和非线性的情况；给出随时间变化的结构反应；缺点：地震波有随机性，计算结果也带有随机性；和其他工况组合时麻烦一些。11抗震分析11.6能力保护构件计算12强度与变形验算算12.1一般规定12.2B类、C类桥梁抗震强度验算12强度与变形验算算12强度与变形验算算12强度与变形验算