桥梁抗震基本要求、场地和地基

桥梁抗震基本要求、场地和地基与地震作用•地震桥梁震害分析.89规范存在的问题新规范编写要点•基本要求.场地和地基•地震作用1桥梁地震桥梁震害与抗震设计1.1典型桥梁震害.落梁破坏◊庙子坪大桥桥梁结构特点：采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上1桥梁地震桥梁震害与抗震设计1桥梁地震桥梁震害与抗震设计1989LomaPrietaEarthquakeSpancollapseJ971SanFernandoearthquake.1桥梁地震桥梁震害与抗震设计破坏91汶川地震百华大桥墩柱破坏LomaPrieta震害1桥梁地震桥梁震害与抗震设计洛马-普雷塔大地震1995年日本阪神大地震HanshinExpressway1999年台湾集集地震1桥梁地震桥梁震害与抗震设计日本阪神(1995)1桥梁地震桥梁震害与抗震设计•基础破坏1桥梁地震桥梁震害与抗震设计◊其它桥梁1桥梁地震桥梁震害与抗震设计•梁体间碰撞，挡块破坏1.•支承连接部件失效4足够搭接长度合理设计防落梁措施和限位装置梁体较大位移支屈接部件失效1桥梁地震桥梁震害与抗震设计伸缩缝、挡块破坏（碰撞问题）墩、台支承宽度不足、防落梁措施设计不合理（限位装置）固定支座：强度不足活动支座：位移能力不足橡胶支座：梁底与支座底滑动墩较移、间位梁台大1桥梁地震桥梁震害与抗震设计•桥梁墩柱破坏◊墩柱延性不足：横向约束箍筋配置不足；（抗弯破坏）构造缺陷：横向约束箍筋间距过大，搭接失效，纵筋过早切断，锚固长度不足；箍筋端部没有弯钩等延性抗震设计◊抗剪强度不足：横向箍筋配置不足;（剪切破坏）能力保护设计1桥梁地震桥梁震害与抗震设计.基础破坏◊

土破坏：断裂通过基础移位、沉降避让沙土液化防液化措施◊桩身破坏：能力保护设计289规范局限性与新规范编写要点2.189规范局限性0.35(2.86)拱桥nn.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性能桥墩计算高度H(in)HvlOI0<//<2020<//<30梁柔性墩柱式桥墩、排架桩墩、薄壁桥墩0.30(3.33)0.33(3)0.35(2.86)墩实体天然基础和沉井基础上的实体桥墩0.20(5)0.25(2.86)0.30(3.33)桥多排桩基础上的桥墩0.25(4)0.30(3.33)0.35(2.86)桥台0.35(2.86)289规范局限性与新规范编写要点nn•基于强度的抗震检算局限性4计算弹性周期n弹性地震力凡。综合影响系数设计地震力今書?為速度反应取4’=/新，进行截面设计289规范局限性与新规范编写要点-nn•采用综合影响系数考虑结构进入塑性（延性），但塑性钗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、基础抗震计算和验算没有规定，实际应用时存在错误。没有引入能力保护设计思想；__X289规范局限性与新规范编写要点nn美国规范桥数类型R连接构件R薄壁墩（顺桥向）2上部结构与桥台之间的连接构件0.8钢筋混凝土排架桩墩•无斜桩•有一根或多根斜桩23上部结构一跨内的伸缩缝0.8独柱式桥墩3柱式桥墩、薄壁墩或排架桩墩与盖梁或上部结构之间的连接构件1.0钢或钢和混凝土复合排架桩墩•无斜桩•有一根或多根斜桩53柱式桥墩或薄壁墩与基础之间的连接构件1.0注：对于c、D类桥，其基础设计力的修正系数取为&或釆用能力保护方法计算基础设计力；在计算桥墩的剪力设计值时，修正系数*・1或采用能力保护方法计算剪力设计值.289规范局限性与新规范编写要点nnn2.2新规范编写要点.适用于抗震设防烈度为6度、7度、8度和9度地区的城市桥梁抗震设计。抗震设防烈度大于9度地区的桥梁和有特殊要求的大跨径或特殊桥梁，其抗震设计应作专门研究，按有关专门规定执行。•主要针对量大面广的梁桥和跨度不超过150m的拱桥，斜拉桥、悬索桥和大跨度拱桥可参照本规范给出的抗震设计原则进行设计.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289规范局限性与新规范编写要点nn■增加了对桥梁抗震体系的要求，给出了概念设计原则•增加了桥梁延性抗震设计和能力保护原则，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■增加了抗震分析建模原则和抗震分析方法•尽可能地吸收了美国、日本现行抗震设计规范的理念和方法，吸取近几十年桥梁震害的教训，弥补了89规范的不足3.基本要求3.1桥梁抗震设防分类.分为甲类、乙类、丙和丁四类四个抗震设防类别，分别对应不同的抗震设防标准和设防目标。史桥梁抗震设防类别适用范围甲类悬索桥、斜拉桥以及大跨度拱桥乙类除甲类桥梁以外的交通网络中枢纽位置的桥梁和城市快速路上的桥梁丙类城市主干路和轨道交通桥梁丁类除甲、乙和丙三类桥梁以外的其它桥梁3.基本要求.抗震设防标准◊设防目标采用两水平设防、两阶段设计的思想，取消综合影响系数E1地震作用E2地薄作用损伤状态损伤状衣立艮卩使用甲立即使用有限损伤乙丙立艮卩使用立即使用不致倒塌E£3E3■CJ桥梁类别结构怠体反应在弹性范基本无损伤局部可发生可修复的损伤不产生产重的结构损伤震后使用要求结构总体反应在弾性范基本无损伤養后使用要求结构总体反应在弹性范基本无损伤结构总体反应在弹性范基本无损伤不需修复或经简単修复可继续使用经抢修可恢复使用，永久性修复后恢复正常运营功能经临时加固，可供紧急救援车辆使用*3.基本要求3.2地震影响◊乙类、丙类和丁类桥梁E1和E2的水平向地震动峰值加速度A的取值，应根据现行《中国地震动参数区划图》查得的地震动峰值加速度，乘以表3.2.2中的E1和E2地震调整系数◊甲类桥梁所在地区遭受的E1和E2地震影响，应按地震安全性评价确定，相应的E1和E2地震重现期分别为475年和2500年。3,基本要求3.2.2各麴潮粧2嘘鰹纖蹴美EI雌側E2iffi6成7度源9度6度7度8度9度乙类0.610.610.610.612.2(2.05)2.IK1.7)1.550.460.460.46—2.2(2.05)2.0(1.7)1.55瑾0.350350.350.35———El地震作用是在《建筑结构抗震设计规范》中的多遇地震（重现期63年）的基础上，考虑如下表3.2.1中的重要性系数得到的：乙、丙和丁类桥梁的E2地震作用直接釆用《建筑结构抗震设计规范》中的罕遇地震（重现期2000年~2450年）。1【』3.基本要求3.3抗震设计方法分类◊根据场地地震基本烈度和桥梁抗震设防分类，乙、両和丁类桥梁的抗震设计方法分为：A、B和C三类。1A类：应进行E1和E2地震抗震分析和抗震验算，满足抗震体系以及相关构造和抗震措施的要求；2B类：应进行E1地震作用下的抗震分析和抗震验算；满足相关构造和抗震措施的要求；3C类：应满足相关构造和抗震措施的要求，不需进行抗震分析和抗震验算。表3.3.3桥梁抗震设计方法类别地震烈度乙旳「6度BCC7度、8度和9度地区AAB3.基本要求3.4桥梁抗震体系◊桥梁结构抗震体系应满足以下要求：(1)有可靠和稳定传递地震作用到地基的途径;(2)有效的位移约束，能可靠地控制结构地震位移，避免发生落梁破坏;(3)有明确、可靠、合理的地震能量耗散部位;(4)应避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。3.基本要求O桥梁结构抗震体系类型•类性1：上部、基础弹性，墩柱延性设计3.基本要求•类性2：墩柱、基础、上部结构弹性，支座弹缩性-减隔震设计3.基本要求梁墩相对位移延性构件能力保护构件桥墩基础、墩柱抗剪、支座横梁（盖梁）、3.基本要求3.基本要求◊釆用板式橡胶支座的桥梁结构，如在地震作用下，支座抗滑性能不满足，应釆用墩梁限位装置，或进行桥梁减隔震设计。◊地震作用下，如桥梁固定支座水平抗震能力不满足，应通过计算设置连接梁体和墩柱间的剪力键，由剪力键承受支座所受地震水平力或进行桥梁减隔震设计。◊如釆用A类抗震设计方法的桥梁抗震体系不能满足对结构抗震体系的要求，应通过深入的研究，使结构在地震作用下性能满足表3.1.2的要求，并应进行专题论证3.基本要求3.5抗震概念设计O对于梁式桥，一联内桥墩的刚度比宜满足以下要求(1)任意两桥墩刚度比:例•>0.5(2)相邻桥墩刚度比:>0.753.基本要求◊梁式桥（多联桥）相邻联的基本周期比宜满足下式E33.6抗震设计流程4场地和地基4.1场地与《建筑结构抗震规范》同平均剪切波速(m/s)场地类别InmIV>5000>250<5>5>140<3>3,<50>50<140<3>3,<15>15,<80>804.2液化土、4.3地基的承载力与《建筑结构抗震规范》同4场地和地基4.4桩基◊E2地震作用下，非液化土中，单桩的抗压承载能力可以提高至原来的2倍，单桩的抗拉承载力，可比非抗震设计时提高25%。O4当桩基内有液化土层时，液化土层的承载力（包括桩侧摩阻力）、土抗力（地基系数）、内摩擦角和内聚力等，可根据液化抵抗系数予以折减。折减系数JiJ；5地震作用5.1一般规定n•桥梁结构地震作用考虑的原则◊

一般情况下，城市桥梁可只考虑水平向地震作用，直线桥可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。◊设防烈度为8度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，以及竖向作用引起的地震效应很重要时，应同时考虑顺桥向X、横桥向Y和竖向Z的地震作用。地震作用分量组合◊采用反应谱法或功率谱法同时考虑三个正交方向的地震作用时，可分别单独计算各方向地震作用产生的最大效应，然后组合E

+矿+房4场地和地基5.2设计加速度反应谱与《建筑结构抗震设计规范》同4场地和地基5.3设计地震动时程•做过地震安全性评价的桥址，设计地震动时程要根据专门的工程场地地震安全性评价的结果确定。•未作地震安全性评价的桥址，可根据本规范设计加速度反应谱，合成与其兼容的设计加速度时程；也可选用与设定地震震级、距离大体相近的实际地震动加速度记录，通过时域方法调整，使其反应谱与本细则设计加速度反应谱兼容。•为考虑地震动的随机性，设计加速度时程不得少于三组（条），且应保证任意二时程间由下式定义的相关系数p的值小于0.桥梁抗震分析、验算与延性构造措施.抗震分析.强度与变形验算•延性构造细节设计6抗震分析6.1_«定•适用范围：常规桥梁单跨跨径不超过150m的混凝土梁；桥埼工或混凝土拱桥；墩高超过40m,墩身第一阶振型有效质量低于60%6抗震分析•规则桥梁和非规则桥梁划分表6.1.4桥梁抗震分析可采用的计算方法采用A类抗震设计方法采用B类抗震设计方法规则非规则规则非规则EISM/MMMM/THSM/MMMM/THE2SM/MMMM/TIISM/MMMM/TH6抗震分析2346跨与跨间最大跨长比321.5轴压比跨与跨间桥墩最大刚度比442支座类型曲线桥梁圆心角"及半径&下部结构类型地基条件普通板式橡胶支座、盆式支座（铉接约束）等。使用滑板支座、减隔震支座等属于非规则桥梁桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩。一不易液化、侧向滑移或易冲刷的场地，远离断层表6.1.3规则桥梁的定义参数值<90m<30m单跨肥<30。且一联累计0<90°,同时曲梁半径fi>206（。为桥宽）2<0.3大于2.5且小于105参数单跨最大跨径__«__单墩高度与直径、或宽度比6抗震分析6.2建模原则y元质量可采用集中质量代表;墩柱和梁体的单元划分应反映结构的实际动力特性；刚臀0支座单元应反映支座的力”学特性7混凝土结构的阻尼比可取为0.05;进行时程分析时，可采用瑞利阻尼0计算模型应考虑相邻结构和边界条件的影响非曲性如簧桥梁动力空间计算模型[c]=a0[M]+a}[K]6抗震分析0板式橡胶支座剪切刚度〜活动盆式支座0梁柱单元的弹塑性单元ak_

04F(x)6抗震分析0考虑桩-土共同作用边界单元0边界条件模拟6抗震分析•规则桥梁可按本细则第6.5节的要求选用简化计算模型•地震输入方向：7直线桥，沿顺桥向和横桥向两个水平方向地震输入；0曲线桥，沿相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向地震输入,以确定最不利地震水平输入方向。6抗震分析6.3反应谱法N7EE1.86.003.00PMod(•)rrrrrrmr5.0QnGU!CompariMMiofMdcraliongpvny(4-”)f<nI。必<recnnkslM»*(iinF。2.5.maxmaxmaxT4tmaxT<图37反应谱概念6抗震分析IM]{O}+[C]{x(O}+[K][x(t)}=-[M][I}u{t}风)}=六渺}/缺)J=1Yj

(0+2孕jYj(t)+命(t)=-7ju(t)={，}；W]{/}7j~•SRSS方法组合F=&.CQC方法组合6抗震分析6.4时程分析方法[M]{Ax(O)+[C]{Ax(t)}+[KJ{*(£)}=一W]{/}A«40•地震动三要素•振幅•频谱：振幅-频率关系曲线•持续时间6抗震分析.地震作用下，桥台台身地震惯性力可按静力法计算。•截面特性取值取值0E1地震作用下，常规桥梁的所有构件抗弯刚度均按毛截面计算0E2地震作用下，延性构件的有效截面抗弯刚度应按下式计算,但其他构件抗弯刚度仍按毛截面计算A-EcXleffMy族V巾曲率6抗震分析0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；当釆用7组时程波计算时，可取7组结果的平均值。0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%。6抗震分析6.4规则桥梁计算0简支梁桥NEk,p=SM,—£"Rii-1连续梁一联中一个墩采用顺桥向固定支座，其余均为顺桥向活动支座0规则性连续梁6抗震分析6.6能力保护构件计算应根据可能出现塑性较处按实配钢筋，并采用材料强度标准值和轴压力计算出的弯矩承载能力,考虑超强系数来计算•能力保护墩柱抗剪J盖梁I桥梁基础6抗震分析%=E7强度与变形验算7.2E1地震作用下抗震验算E1地震~T~采用B类抗震设计用A类抗震设计方法验算桥墩、桥台的强度方法设计支座验算桥墩、桥台与基础的强度•采用B类抗震设计方法设计的桥梁，支座抗震能力可按以下方法验算;XE=d

+Xh+E］讪=怂十£｝顽

+0.5£^r7强度与变形验算7.3E2地震作用下抗震验算儿=1・0•在进行桥墩位移验算时，按弹性方法计算出的地震位移应乘以考虑弹塑效应的地震位移修正系数I—IQ0T*——<1.07强度与变形验算'1、T*—>1.0TT*—+亠21.0TR,=1-7强度与变形验算•E2地震作用下，应按下式，验算顺桥向和横桥向桥墩墩顶的位移或桥墩潜在塑性钗区域塑性转动能力：0A类桥梁墩柱的变形验算佥;•E2地震作用下，一般情况应验算潜在塑性絞区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动能力，但对于规则桥梁，验算桥墩墩顶的位移，对于高宽比小于2.5的矮墩，验算强度。7强度与变形验算㈤

Mi'uibcr(b)Moments(c)CurwaLiirps(d)Prflrclion^HG-5.29Inciiistiederornuitkinofnhndgecolvmn.Q,=Lp0,_&)/KL,=0.08H+0.022/0>0.044fvds写•E2地震作用下，桥墩潜在塑性较区域沿顺桥向和横桥向的塑，性转动应满足：7强度与变形验算毎写7强度与变形验算•等效屈服曲率、极限破坏状态的曲率圆形截面和矩形截面截面屈服曲率和极限率简化公式:写7强度与变形验算形截面屈服曲率:代・。=2.213•勺矩形截面屈服曲率：內・H=1.957.釦圆形截面极限曲率仍・。二(2.826x10-3+6.850孩)一(8.575xICT'+18.638・巧,。=(1.635x10-3+1.179・勺)+(28.739・£；+0.656•知+0.010)・矩形截截面极限曲率虹H=

(4.999x10一3+11.825•弓“)—(7.004x10一3+44.486如0=(5.387x10-4+1.097•屯)+(37.722•£「+0.039&+0.015)-7强度与变形验算与＜△“7单柱墩容许位移△”=；H2x°v+(H_¥)xQ,figure^.1LocalDisplacemenICapneit%-CantileverColumn\*/FiNcdBase0双柱墩、排架墩，横桥向的容许位移可在盖梁处施加水平力F,进行非线性静力分析McxnentDiagram1MomentDiagram2ld«ali»dFrameKijiure4.1GlobalForceDenectHinRelationship|4|J7JForceCapacity■玷的■Fi*F?DispUcementCopMity=必,)=与♦勺♦与7强度与变形验算7强度与变形验算•墩柱塑性茨区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度验算:V0<^(V+V)K=0.157强度与变形验算•应根据本规范第6.6节计算的基础弯矩、剪力和轴力设计值和永久作用效应组合后，应按现行《公路桥涵地基与基础设计规范》进行基础强度验算•根据本规范第6.6节计算的盖梁弯矩设计值、剪力设计值和永久作用效应组合后，应按现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》验算盖梁的正截面抗弯强度和斜截面抗剪强度。7强度与变形验算.桥梁的支座验算z橡胶支座支座厚度验算<==>抗滑稳定性验算变形X。tan/二X。0盆式支座活动盆式支座固定盆式支座8延性构造细节设计8.1墩柱结构构造措施殺向舫的的東作用压应变，£c8延性构造细节设计.墩柱潜在塑性较区域内加密箍筋的配置0加密区的长度：弯曲方向截面宽度的1.0倍，超过最大弯矩80%的范围7加密箍筋的最大间距10cm或6《或b/4;0箍筋的直径不应小于：10HillIRACI0螺旋式箍筋的接头必须采用对接，矩形箍筋应有135。弯勾，并SectionE-ESeeUonF-FSectionG-CFIG.3.17Solid*scciioncolumnoptScctUnD-D(notrecommended)伸入核心混凝土之内6以上;0加密区箍筋肢距：25cm；8延性构造细节设计.塑性校区域内加密箍筋的最小体积含箍率（7度、8度）圆形截面矩形截面9度增加尺曲二[°・14%+5.84(7,-0.1)(p,-0.01)+0.028]^>0.004Jyh月讪=101%+4.17饥-0.1)0-0.01)+0.02]-^>0.004Jyh•墩柱潜在塑性较区域以外箍筋的体积配箍率不应小于塑性较区域加密箍筋体积配箍率的50%。8延性构造细节设计•空心截面墩柱潜在塑性较区域内加密箍筋的配置，应符合下列要求:0应配置内外两层环形箍筋，在内外两层环形箍筋之间应配置足够的拉筋:如8.1・6所示；7加密箍筋的配置应满足8.1.1条和8.1.2条的规定。8延性构造细节设计•墩柱的纵筋应尽可能地延伸至盖梁和承台的另一侧面，纵筋的锚固和搭接长度•塑姓钗加密区域配置的箍筋应延续到盖梁和承台内,延伸到盖梁和承台的距离不应小于墩柱长边尺寸的1/2,并不小于50cm减隔震设计周期延长周期（T）9桥梁减隔震设计9.1桥梁减隔震原理和一般规定•基本原理加速度谱加速度反应谱位移反应谱采用柔性支承延长结构周期，减小结构地震反应;采用阻尼器装置耗散能量，限制结构位移；保证结构在正常使用荷载作用下具有足够的刚度•减隔震技术的适用条件倉上部结构连续，下部结构刚度较大，结构基本振动周期比较短;义桥梁下部结构高度变化不规则，刚度分配不均匀；义场地条件比较好，预期地面运动特性具有较高的卓越频率;1:1.不宜采用减隔震设计条件弋地震作用下，场地可能失效;义下部结构刚度小，桥梁的基本周期比较长;弋位于软弱场地，延长周期可能引起地基和桥梁共振;泓支座中可能出现负反力。.减隔震设计的桥梁，应满足正常使用条件的要求。相邻上部结构之间须在桥台、桥墩等处设置足够的间隙，以满足位移需求。.减隔震设计的桥梁，其基本周期原则上应为不采用减隔震装置时基本周期的两倍以上。10.2减隔震装置♦整体型减隔震装置|3110.2减隔震装置.整体型减隔震装置A铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座恢复力模型：常用双线性表示.分层橡胶支座中部插入铅芯而形成的隔震装置。铅芯：提供地震下的耗能能力和静力荷载下所需刚度（初始剪切刚度G约130MPa温度变形（长期）铅芯橡胶支座在不同荷载作用下的抗力比较温度、徐变等蠕变变形引起的支座抗力很低铅芯橡胶支座恢复力模型:双线性恢复力模型*高阻尼橡胶支座-10C()31X1KM)200(9顷)挡应变（％〉高阻尼橡胶支座滞回曲线-七300-200(-9cm)采用特殊配制的橡胶材料制作，形状及构造与天然橡胶支座相同。橡胶材料粘性大，自身可以吸收能量。滞回环的面积较大，恢复力模型可采用修正双线性模型。1:11015宿、罗二2*摩擦摆隔震支座不稳定随遇稳定以_/*稳定FPI是将滑动支座和钟摆的概念相结合构成一种新的隔震装置。支座可以在任何方向滑动，其尺寸主要由最大设计位移控制。-250.0IsolationSystemDisplacement(IN)2.53球面不锈钢滑板6上座板21抗剪螺栓4四氟滑板7防尘密封装置双曲面球型减隔震支座结构示意图双曲面球型减隔震支座的应用情况151序号项目应用的设计单位1苏通长江大桥江苏省交通设计院2佛山平胜大桥湖南省交通设计院3上海长江大桥上海市政设计院4玉蒙铁路工程铁二院同济大学与洛阳725所共同研制装板板位座座限中下258支座设计计算F-

—D+jiW（sgn£））

4//WD2卩71D：R

+p了W、2刀kD+jLiWDr__X•分离型减隔震装置*橡胶支座+金属阻尼器钢阻尼器工作机理a弯曲梁b悬臂弯曲梁c扭梁*橡胶支座+摩擦阻尼器D义橡胶支座+粘性材料阻尼器美国Taylor公司开发的阻尼器F=C-sgn(V)-|V9.2抗震概念设计常规体系：大跨度桥梁漂浮体系过大的梁端位移塔梁固结体系桥塔、基础地震反应增大基础、桥塔边墩、辅助墩粘滞阻尼器伸缩缝等连接装置10斜拉桥、悬索桥和大跨度拱桥给出了抗震概念设计原则；给出了建模