第五章 桥梁工程抗震设计1 (2).ppt

1、第五章 桥梁工程抗震设计与加固,（1）桥梁抗震设计基本原则和基本原理 （2）抗震设计总则 （3）抗震设计的基本要求 （4）抗震概念设计 （5）参数设计 （6）抗震构造设计 （7）抗震加固,5.1 桥梁抗震设计基本原则和基本原理,地震对结构的破坏效应，系统地揭示出结构设计和施工中的错误，甚至是最微小的错误。历史地震中结构震害的历次调查结果，都证实了这一说法。 值得关注的是，近年来世界各地发生的几次破坏性地震中，经过抗震设计的现代桥梁再次遭受地震的严重破坏。 对桥梁震害的调查分析结果，再次证实了人们早已认识的震害规律：不合理的结构抗震体系，设计和细部构造两方面的缺陷，是造成结构遭受地震严重破坏的根

2、本原因。同时，再次突出了结构缺乏延性这一基本缺陷的严重性。,桥梁抗震设计基本思路：,（1）抗震设计的重点不在理论分析上，而在于设计本身。 （2）通过设计，应使桥梁结构在任何地震动下都能按照设计工程师预期的模式反应。 （3）能够利用桥梁结构的变形能力和耗能能力去适应预期的大地震，而且任何部位都不出现大的地震力。 （4）对桥梁结构所有潜在的临界部位进行精心的细部构造设计，使它们得到加强。,5.1.1 抗震设计基本原则,从历次桥梁震害经验教训和当前公认的理论认识中，总结出桥梁抗震设计必须遵循的以下几条基本原则： （1）场地选择原则； （2）体系的整体性和规则性原则； （3）结构和构件的强度与延性的均

3、衡原则； （4）能力设计原则； （5）多道抗震防线原则,5.1.2 抗震设计基本原理,一、能力设计原理 从20 世纪70 年代后期起，延性概念在结构抗震设计中不断得到重视。为了最大限度地避免地震动的不确定性，保证结构在大震下能以延性的形式反应，新西兰学者提出了结构延性抗震设计中的一个重要原理能力设计原理。 基于能力设计原理的设计方法（能力设计法），在新西兰最先得到了应用；其他国家也先后在各自的结构抗震设计规范中，采纳应用了能力设计原理的一些基本概念。,能力设计原理的基本概念在于：在结构体系中的延性构件（软铁环）和能力保护构件（铸铁环）之间，确立适当的强度安全等级差异，确保结构不发生脆性破坏模式

4、。,上图阐释了两种不同的设计思路：等安全度设计和不等安全度设计。 常规的静力强度设计方法属于前者，即所有构件的设计都是基于统一的强度安全系数，没有考虑在不同性质的构件之间形成适当的强度安全等级差异； 能力设计法则属于后者，即通过延性构件和能力保护构件（在结构设计中，把脆性构件以及不希望发生非弹性变形的构件，统称为能力保护构件）之间的强度安全等级差异，确保结构不会发生脆性的破坏模式。,延性抗震设计类型1： 上部、基础弹性， 墩柱延性设计,延性抗震设计类型2： 上部、墩柱、基础弹性， 支座弹缩性-减隔震设计,二、能力设计法,基于能力设计原理的设计方法，称为能力设计法。 能力设计法的特征是：基于能力

5、设计的抗震结构，应在主要抗侧力体系中选择合适的构件，通过对这些构件合理的设计和细部构造设计，使其具有在大变形下的耗能能力。其它结构构件则设计成具有足够的强度，以保证预先选择的耗能机制能发挥作用。 能力设计法将控制概念引入结构抗震设计，有目的地引导结构破坏机制，避免不合理的破坏形态。,下表对传统静力强度设计方法与能力设计法进行了比较。,能力设计法的主要设计步骤如下：,（1）在概念设计阶段，选择合理的结构布局； （2）确定预期的弯曲塑性铰位置，保证结构能形成一个适当的塑性耗能机制； （3）通过计算分析，确定潜在塑性铰区截面的需求延性及设计弯矩； （4）对具有潜在塑性铰区截面的延性构件，进行抗弯设计

6、；,（5）估算延性构件塑性铰区截面实际的最大抗弯强度； （6）按塑性铰区截面的弯曲超强强度，进行延性构件的抗剪设计及能力保护构件的强度设计； （7）对塑性铰区域进行细致的构造设计，确保潜在塑性铰区截面的延性。,视频,美国新海湾大桥工程( 单塔自锚式抗震悬索桥 ),5.2 抗震设计总则及基本要求,5.2.1 抗震设防及其指导思想 1、抗震设防：对结构进行抗震设计并采取抗震措施。 2、指导思想：预防为主；减轻结构震害，避免人员伤亡，减少经济损失，使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行。 3、设防依据：抗震设防烈度 4、设防范围：6 度及以上地震区,5.2.2 抗震设计基本要求,一、设防标准 通常

7、情况下，建设工程从选址到使用寿期内的防震措施可分为三个阶段：抗震设计、保证施工质量与合理的维护保养。 抗震设计是至关重要的龙头环节。抗震设计要遵从一定的标准，这就是抗震设防标准。它包括工程设防分类、设防地震、抗震设防目标和场地选择等内容。,抗震设防标准是科学性和政策性（社会性）的结合。 科学性就是要严格按照现行的有关规范要求进行工程场地地震安全性评价工作，使得评价结果较好地符合实际，具有较好的可重复性。 政策性则要考虑到工程类型、重要程度、投资强度风险程度等。我国还属于发展中国家，财力物力有限，国家总的防灾政策决定了抗震设防标准不宜过高。随着科学技术的进步和国民经济的发展，以及人们防灾意识的加

8、强，抗震设防标准也在逐渐提高。,1、工程设防分类,指根据工程结构遭遇地震破坏后可能产生的经济损失和社会影响程度，以及在抗震救灾中的作用，对其所做的抗震重要性类别划分。 一般分为四类，也有的行业工程分为二类或三类。,2、设防地震,指针对不同重要性类别的工程，采用特定安全水准的地震作用强度为设防依据。这个特定安全水准的地震作用强度，常以一定概率水平下的地震烈度或地震动参数来表达。 在现行的多种抗震设计规范中称为“设防烈度”，有的规范（水工、水运）称为“设计烈度”，也有称为“设防地震”或“设计地震”的。,3、抗震设防目标,指工程结构通过抗震设计所要达到的宏观防震目标，设防目标同设计方法有关。 比如，

9、对于建筑来说是三级设防，其目标可简述为“小震不坏、中震可修、大震不倒”； 公路桥梁原技术规范规定只是进行一级设防，即在设防地震作用下，如有局部损坏，经一般处理后仍可正常使用。现技术规范要进行二级设防和二级抗震设计。,4、场地选择,指在地震区选择建设场地时，宜选择有利地段，避开不利地段，当无法避开时应采取适当的抗震措施。这是经济合理的抗震设防前提，往往比其他抗震措施的作用还大。 因为地震对建设工程的破坏，除地震动引起工程结构的破坏外，还有场地条件的因素，诸如地震引起的地表错动与地裂，地基土的不均匀沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。 对有利，不利和危险地段的划分，应按地震活动性、构造活动性，边坡稳定性和场地地基条件等进行综合评定。,二、两阶段设计,为实现三水准抗震设防的目标，至少应基于两级地震水平 即E1地震和E2地震，分别对结构进行抗震设计两 阶段设计。之所以这样考虑，基于下面的理由： 1）在E1地震和E2地震作用下，不论是结构的反应还是结构的性能，都是完全不相同的，需要分别进行设计。 2） E1地震在结构正常使用年限内一般发生一到两次，因此，为保证结构安全，要求结构的反应处于弹性范围。,3） E2地震虽然发生的概率很低，但由