T∕CCTAS 307-2026 桥梁结构地震响应非线性分析技术要求

桥梁结构地震响应非线性分析技术要求(此版本未经出版审核，仅供参考，以最终出版发布为准)2026-06-01实施2026-06-01实施I 12规范性引用文件 13术语和定义 14地震作用 15分析模型的基本要求 26主体结构建模 26.1混凝土结构建模 26.2钢结构建模 37减隔震及限位装置建模 37.1一般规定 37.2支座建模 37.3阻尼器建模 37.4挡块建模 48基础建模 49轨道结构建模 410分析和输出 4附录A(资料性)混凝土本构模型 5附录B(资料性)钢筋、钢材本构模型 附录D(资料性)阻尼器模型 附录F(资料性)铁路桥梁结构轨道结构模型 22本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国交通运输协会新技术促进分会提出。本文件由中国交通运输协会标准化技术委员会归口。本文件起草单位：西南交通大学，清华大学，北京工业大学，西南石油大学，中铁二院工程集团有限责任公司，中铁大桥勘测设计院集团有限公司，中铁第一勘察设计院集团有限公司，中国地震局工程力学研究所，四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司，成都亚佳工程新技术开发有限公司，成都市大通路桥机械有限公司。本文件主要起草人：邓开来，王海深，宋彦臣，曾显志，刘伟，苑仁安，卢皓，王涛，陈列，谢海清，屈爱平，汪珍，徐腾飞，段佳宏，赵灿晖，康炜，杨少军，赵健业，王啸霆，张启祥，乔雷涛，文强，金怡新、张鹤，左辛瑞，邵诗颖。1本文件适用于铁路、公路、城市桥梁结构地震响应仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB50111-2006铁路工程抗震设计规范(2009年版)4.1对于规则直线桥梁结构，应进行顺桥向和横桥向的地震响应分析。4.2对于曲线桥梁结构，应进行自振模态分析。选取水平振动方向的主方向及其正交方向作为地震动4.3地震动强度取值应符合抗震设计规范要求，铁路4.4地震动可采用天然地震动或人工地震动，对于已进行了工程场地地震安全性评价的桥梁，应采用4.5分析时可选用三组地震动取结果包络值，或选取七组及以上的地震动结果的平均值。4.6桥址处设防烈度超过VII度但不超过IX度时，水平分量与竖向分量的强度比宜取为1:0.65。4.7桥址处设防烈度超过IX,或断层距小于20km时，水平分量和竖向分量的强度比宜取为1:1。4.8所选取的地震动有效持时不应小于5倍结构第一阶自振周期(Ti)与20s的较大值，且能量应在24.9地震动记录的采样时间间隔不宜大于0.02s,数值积分算法的最大时间增量步长不应大于地震动4.10桥梁结构跨越活动断层时，断层上下盘输入的地震动应计入拟静变位效应。5.1桥梁结构地震响应非线性分析模型应反映材料非线性、几何非线性、边界非线性三方面特征。5.2分析模型截取范围宜延伸至桥台，或外延至少一联桥梁结构，且模型中应包含基础部分。5.3分析模型应准确模拟桥梁结构的几何尺寸、材料性能、边界条件、连接关系等，正确表征桥梁结5.4当构件剪跨比不大于2.5,或非线性行为由剪应变或多维应变引起，可采用二维或三维单元模型，且沿有效尺度方向的单元数不小于4。5.5当构件剪跨比大于2.5时，可选用一维单元进行模拟，并满足下列要求：a)采用经典梁单元模型时，沿构件长度单元数应大于6;b)采用纤维模型时，沿构件长度单元数宜大于6,并定义构件剪切行为；5.7节点域、连接构造等局部响应作为输出结果时，宜对局部结构采用三维单元进行建5.8桥梁结构模型中包含不同尺度单元时，应设置不同尺度单元间的荷载传5.9拱桥、斜拉桥和悬索桥模型应计入成桥过程的变形和应力累积，作为地震响应分析的初始状态。5.10钢筋混凝土拱圈本构模型应计入拱圈中的动轴力效应。5.11钢箱拱圈的板件截面宽厚比大于40时，宜采用二维单元计入局部失稳效应。5.12长径比小于100的构件，宜采用一维梁单元模拟，沿构件长度方向单元数大于4。5.13混凝土结构、组合结构的梁桥和拱桥阻尼比宜取0.05;钢结构梁桥的阻尼比宜取0.02。5.14混合结构梁桥和拱桥的阻尼比宜考虑混凝土、钢结构比例，在0.02至0.05之间插值确定。5.15斜拉桥阻尼比宜取0.02~0.03,悬索桥阻尼宜取0.02;5.16设置瑞利阻尼时，宜采用Ti和Tn(结构第n阶自振周期)计算阻尼参数，前n阶累积振型质量5.17应根据实际桥梁结构的信息，对在a)钢筋、混凝土的材料本构模型可选用单轴材料本构模型，混凝筋单轴本构模型见附录B.1;b)混凝土材料本构模型参数，应计入箍筋、钢管或外包纤维材料等的约束效应；d)一维单元构件中内嵌钢骨、外包钢管等具有明显抗弯刚度的部件，可采用共节点单元的方式e)异形复杂截面一维单元构件可按截面积、惯性矩和外边缘尺寸等效原则，选择经典截面进行f)劲性骨架混凝土拱肋等复杂截面一维单元构件，可采用多组共节点单元进行模拟。6.1.2采用二维、三位单元的混凝土构件建模，符合下列规定：a)钢筋、混凝土的材料本构模型应选用三维材料本构模型，混凝土本构模型见附录A.2,构模型见附录B.2;3c)二维单元构件中局部加密钢筋可采用共用节点的梁单元进行模拟；d)三维单元构件中钢筋、钢板等部件可采用内嵌一维、二维单元的方式进行模拟；a)材料本构模型见附录B.1;b)一维单元钢构件沿长度方向单元数量应不少于8;c)开口截面一维单元构件应选择开口单元属性，并计入构件初始缺d)对于异形复杂截面一维单元构件，可按照截面面积、惯性矩和外边缘尺寸等效原则，选择经6.2.2采用二维、三维单元的钢构a)材料本构模型见附录B.2和附录B.3;b)二维单元构件沿平面内两个方向单元数量应不少于8,并计入初始缺陷；c)二维单元构件沿厚度方向积分点数量应不少于5。7.2.1支座分析模型应包含竖向、水平方向的力学模型；对于转动方向有约束作用的支座，应计入其a)根据支座竖向结构特征，选择对应力学模型及关键参数，其中橡胶支座见附录C1,摩擦摆隔震支座见附录C.2;b)地震过程中支座竖向荷载变化不超过(1±0.3)倍重力代表值(Wo)时，可选取支座竖向荷载-位移曲线中，重力荷载代表值对应的切线刚度作为支座竖向刚度。c)地震过程中支座竖向荷载变化超过(1±0行为，并加入脱空、再冲击效应。a)应根据支座水平结构特征，选择对应力学模型及关键参数，其中橡胶支座见附录C.1,摩擦摆隔震支座见附录C.2;b)支座水平方向力学模型与竖向荷载相关时，应反映水平力c)对于安装限位装置的固定支座，应反映限位装置的失效全过程行为，见附录C.3。a)位移型阻尼器可采用双线性模型、三线性模型，见附录D.1;b)速度型阻尼器可采用刚度、阻尼串联或并联模型，见附录D.2;c)其他类型阻尼器可根据其构造特征，采用多种基本模型的串联、并联或其他组合形式。4a)挡块单元应分别建立在主梁两侧，并赋予单向力学模型，钢筋混凝土挡块见附录E.1,型钢挡块见附录E.2;b)挡块与主梁之问存在问隙时，应计入主梁对挡块的冲击效应；c)挡块单元应设置其失效的荷载或变形阈值。8.1桥梁结构分析模型应包含基础结构。8.2土层自身动力效应可忽略时，宜a)沿桩长方向，相邻土弹簧间距不应超过桩径的2.5倍；b)土弹簧本构模型可采用非线性P-y曲线。c)土层模型竖向边界应上至地表，底面至设计地震作用基准面；水平向边界至结构侧壁的距离不应少于桥梁结构水平宽度3倍；d)采用有限元法等数值方法求解土结相互作用问题时，宜引入虚拟人工边界条件。9.1铁路桥梁应计入轨道结构对桥梁的作用效应，其中WJ-8扣件横向本构模型见附录F.1。a)采用隐式求解算法时，应确保各增量步数值求解收敛；c)当输出结果包含桥梁结构震后残余状态时，分析总时长应在地震动有效持时基础上，再增加10.2桥梁结构地震响应非线性分析需要输出地震动时程激励下，随时间变化的位移、速5(资料性)混凝土本构模型A.1混凝土单轴本构模型σ=(1-d.)Eε式中：α——混凝土单轴受拉应力-应变曲线下降段的参数；f,r——混凝土单轴抗拉强度代表值，单位为兆帕(MPa),8t,——与混凝土单轴抗拉强度代表值f相应的混凝土峰值抗拉应变；A.1.2非约束的素混凝土，可采用如下单轴受压应力-应变曲线，按式(A.5)~(A.9)计算：fc,r——混凝土单轴抗压强度代表值，单位为兆帕(MPa),取值见表A.2;68c,r—与混凝土单轴抗压强度代表值f,r相应的混凝土峰值抗压应变；d.——混凝土单轴受压损伤演化系数。表A.2混凝土单轴受压应力-应变曲线的参数取值A.1.3在往复荷载作用下，受压混凝土卸载及再加载应力路径可按式(A.10)~(A.13)计算：式中：&—受压混凝土卸载至零应力点时的残余应变；E,——混凝土卸载及再加载的变形模量，单位为兆帕(MPa);0m——混凝土从受压骨架线开始卸载时的应力，单位为兆帕(MPa);E——混凝土从受压骨架线开始卸载时的应变；E。——混凝土受压峰值应力对应的应变。A.1.4对考虑箍筋约束效应的圆形约束混凝土，核心区混凝土受压应力-应变曲线可采用Mander模型，其中Mander模型见图A.1,按式(A.14)-(A.19)计算：图A.1约束混凝土Mander模型 fcc8fe=k₂f(A.27)∑4——箍筋面积之和，单位为平方毫米(mm²);44②(A.32)9S=pIS=pI+σ 。(2)—有效内聚压应力，单位为兆帕(MPa);K——混凝土塑性势函数的偏心率；σ+0—单轴受拉强度，单位为兆帕(MPa)。A.2.5计入钢管对混凝土的约束效应，圆钢管混凝土核心区混凝土受压应力-应变曲线可按式(A.45)~强度等级A.2.6计入钢管对混凝土的约束效应，方、矩形钢管混凝土核心区混凝土受压应力-应变曲线可按式(A.(资料性)B.1.1钢筋、钢材有屈服点时，应力E₅——钢筋、钢材弹性模量，单位为兆帕(MPa);8uy——钢筋、钢材硬化起点应变；k——钢筋、钢材硬化段斜率参数。B.1.3往复荷载作用下，钢筋、钢材单轴应力-应变滞回曲线可采用简化的折线形式表达，按式(B.3)式中：&——再加载路径起点对应的应变；06—再加载路径终点对应的应力，单位为兆帕(MPa);B.2钢筋、钢材三维本构模型式中：gP¹—等效塑性应变；D——材料弹性张量，单位为兆帕(MPa)。F=f(σ-α)-σ⁰≤0S=pI+σS偏应力张量，单位为兆帕(MPa);式中：C——运动硬化模量，单位为兆帕(MPa);B.3钢筋、钢材延性损伤本构模型B.3.1对于需要考虑钢筋、钢材损伤失效的情况，其延性损伤本构模型见图B.1:EE"——完全破坏时的等效塑性应变； (资料性)支座模型C.1橡胶支座C.1.1叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座以及高阻尼橡胶支座应采用拉压不等强的竖向本构模型。C.1.3铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶