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mAAA城镇桥梁抗震设计规范讲座 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 桥梁是生命线系统工程中的重要组成部分，在抗震救灾中，公路交通运输网更桥梁是生命线系统工程中的重要组成部分，在抗震救灾中，公路交通运输网更是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园、减轻次生灾害的重要环节。是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园、减轻次生灾害的重要环节。1998 1998年年3 3月月1 1日中华人民共和国防震减灾法颁布实施，对我国的防震减灾工日中华人民共和国防震减灾法颁布实施，对我国的防震减灾工作提出了更为明确的要求和相应的具体规定。作提出了更为明确的要求和相应的具体规定。在此期间，国内外桥梁抗震技术有了长足进展，而且，从国外的情况来看，美在此期间，国内外桥梁抗震技术有了长足进展，而且，从国外的情况来看，美国、日本等发达国家都有专门的桥梁抗震设计规范。因此，在广泛吸收、消化国内国、日本等发达国家都有专门的桥梁抗震设计规范。因此，在广泛吸收、消化国内外先进的桥梁抗震设计成熟新技术基础上，首次编写我国城市桥梁抗震设计规范外先进的桥梁抗震设计成熟新技术基础上，首次编写我国城市桥梁抗震设计规范，供城市桥梁抗震设计时遵循。，供城市桥梁抗震设计时遵循。本规范所指城市梁式桥包含双向主干道立交工程和城市轨道交通高架桥，由于本规范所指城市梁式桥包含双向主干道立交工程和城市轨道交通高架桥，由于在抗震分析方法、计算模型等方面增加了多振型反应谱和时程方法，因此对于公在抗震分析方法、计算模型等方面增加了多振型反应谱和时程方法，因此对于公路工程抗震设计规范路工程抗震设计规范(JTJ 004-89)(JTJ 004-89)只适用跨度只适用跨度150m150m内的梁桥不再作要求。本规范内的梁桥不再作要求。本规范中跨度大于中跨度大于150m150m的拱桥定义为大跨度拱桥，而跨度小于等于的拱桥定义为大跨度拱桥，而跨度小于等于150m150m的拱桥定义为中、的拱桥定义为中、小跨度拱桥。小跨度拱桥。自自上上世世纪纪9090年年代代以以来来，我我国国桥桥梁梁建建设设发发展展非非常常快快，修修建建了了大大量量斜斜拉拉桥桥、悬悬索索桥桥、拱拱桥桥等等大大跨跨径径桥桥梁梁。因因此此本本规规范范给给出出了了斜斜拉拉桥桥、悬悬索索桥桥、大大跨跨度度拱拱桥桥等等的的抗抗震震设设计计原原则供参考。则供参考。3 3 城市桥梁抗震设计的基本要求城市桥梁抗震设计的基本要求 城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）3.1.2 本规范采用两级抗震设防，在本规范采用两级抗震设防，在E1和和E2地震作用下，根据本规范地震作用下，根据本规范第第3.1.1条的重要性分类，各类桥梁抗震设防目标见表条的重要性分类，各类桥梁抗震设防目标见表3.1.2。桥梁桥梁类别类别E1地震作用地震作用E2地震作用地震作用震后使用要求震后使用要求损伤状态损伤状态震后使用要求震后使用要求损伤状态损伤状态甲甲立即使用立即使用结构总体反应在弹性，结构总体反应在弹性，基本无损伤基本无损伤不需修复或经简单不需修复或经简单修复可继续使用修复可继续使用轻微损坏。轻微损坏。乙乙立即使用立即使用结构总体反应在弹性，结构总体反应在弹性，基本无损伤基本无损伤经抢修可恢复使用，经抢修可恢复使用，永久性修复后恢复永久性修复后恢复正常运营功能正常运营功能有限损伤有限损伤丙丙立即使用立即使用结构总体反应在弹性，结构总体反应在弹性，基本无损伤基本无损伤经临时加固，可供经临时加固，可供紧急救援车辆使用紧急救援车辆使用不产生严重的不产生严重的结构损伤结构损伤丁丁立即使用立即使用结构总体反应在弹性，结构总体反应在弹性，基本无损伤基本无损伤_不致倒塌不致倒塌表表3.1.2 3.1.2 城市桥梁抗震设防目标城市桥梁抗震设防目标城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）序号序号项项 目目城市桥梁抗震规范（讨论稿）城市桥梁抗震规范（讨论稿）公路桥梁抗震设计细则公路桥梁抗震设计细则1设防类别设防类别以城市道路性质定义以城市道路性质定义 以桥梁跨径以桥梁跨径2设防目标设防目标结构总体反应状态和损伤程度结构总体反应状态和损伤程度结构损伤程度结构损伤程度3地震重现期地震重现期 甲甲 类类 E1：475年年 E2：2500年；年；E1：63年基础上乘以重要性系数。年基础上乘以重要性系数。乙、丙、丁类乙、丙、丁类 乙为乙为1.7、丙为、丙为1.3、丁为、丁为1.0 E2：2000年年 2450年年 A 类类 E1：475年年 E2：2000年年B、C类类 E1：50100年年 E2：4752000年年 D 类类 E1：25年年4抗震体系抗震体系对能力保护构件的能量耗散构件、防止落梁、减隔对能力保护构件的能量耗散构件、防止落梁、减隔震设计计算方法等提出了相应规定和震设计计算方法等提出了相应规定和未规定抗震体系未规定抗震体系减、隔震设计仅做出原则规定减、隔震设计仅做出原则规定5抗震概念设计抗震概念设计对一联桥梁中桥墩墩刚度比、相邻桥墩刚度比和相对一联桥梁中桥墩墩刚度比、相邻桥墩刚度比和相邻联的基本周期做出规定邻联的基本周期做出规定 未作规定未作规定6水平加速度水平加速度反应谱周期反应谱周期取取6秒秒取取10秒秒现行桥梁抗震规范对比现行桥梁抗震规范对比 城市桥梁抗震设计规范中建模原则、计算方法、规则桥梁抗震分析、城市桥梁抗震设计规范中建模原则、计算方法、规则桥梁抗震分析、E1、E2地震作用下的抗震验算、能力保护构件计算以及抗震构造细节、减隔震设计、地震作用下的抗震验算、能力保护构件计算以及抗震构造细节、减隔震设计、特殊桥梁抗震设计，均与公路桥梁抗震设计细则相同。特殊桥梁抗震设计，均与公路桥梁抗震设计细则相同。3.1.3 3.1.3 各类城市桥梁的抗震设防标准，应符合下列要求：各类城市桥梁的抗震设防标准，应符合下列要求：1 1 甲类桥梁，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地甲类桥梁，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6 68 8 度时，应符合本地区度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为抗震设防烈度提高一度的要求，当为9 9 度时，应符合比度时，应符合比9 9 度抗震设防更高的要求。度抗震设防更高的要求。2 2 乙和丙类桥梁，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一乙和丙类桥梁，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为般情况下，当抗震设防烈度为6 68 8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为求，当为9 9度时，应符合比度时，应符合比9 9度抗震设防更高的要求。度抗震设防更高的要求。3 3 丁类桥梁，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。丁类桥梁，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。4 4 立体交叉跨线桥梁的抗震设防标准不应低于下线桥梁。立体交叉跨线桥梁的抗震设防标准不应低于下线桥梁。3.2 3.2 地震影响地震影响3.2.1 3.2.1 甲类桥梁所在地区遭受的甲类桥梁所在地区遭受的E1E1和和E2E2地震影响，应按地震安全性评价确定，地震影响，应按地震安全性评价确定，相应的相应的E1E1和和E2E2地震重现期分别为地震重现期分别为475475年和年和25002500年；乙类、丙类和丁类桥梁所在地区年；乙类、丙类和丁类桥梁所在地区遭受的遭受的E1E1和和E2E2地震影响地震影响,应采用所在地区抗震设防烈度相应的设计基本地震加速度应采用所在地区抗震设防烈度相应的设计基本地震加速度和反应谱特征周期以及本规范第和反应谱特征周期以及本规范第3.2.23.2.2条第条第2 2款规定的款规定的E1E1和和E2E2地震调整系数来表征。地震调整系数来表征。3.2.2 3.2.2 各类桥梁的地震影响，应符合下列要求：各类桥梁的地震影响，应符合下列要求：1 1 甲类桥梁甲类桥梁E1E1和和E2E2地震峰值加速度应按地震安全性评价结果取值；地震峰值加速度应按地震安全性评价结果取值；2 2 其它各类桥梁其它各类桥梁E1E1和和E2E2地震峰值加速度地震峰值加速度A A的取值，应根据抗震设防烈度的设计的取值，应根据抗震设防烈度的设计基本地震加速度值，乘以表基本地震加速度值，乘以表3.2.23.2.21 1中的中的E1E1和和E2E2地震调整系数得到。地震调整系数得到。城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）城市桥梁抗震设计规范（讨论稿）横桥向横桥向 顺桥向顺桥向(a)(a)单柱墩单柱墩横桥向横桥向 顺桥向顺桥向(b)双柱墩双柱墩图图3.4.2 墩柱塑性铰区域墩柱塑性铰区域3.4.3 3.4.3 采用抗震体系为类型采用抗震体系为类型的桥梁，其横梁（盖梁）、基础、支座和墩柱抗剪的的桥梁，其横梁（盖梁）、基础、支座和墩柱抗剪的设计内力值应按能力设计方法根据墩柱塑性铰区域截面的超强弯矩确定。设计内力值应按能力设计方法根据墩柱塑性铰区域截面的超强弯矩确定。3.4.4 3.4.4 在预期的在预期的E2E2地震作用下，若桥梁结构所有构件均在弹性范围工作，也应满足地震作用下，若桥梁结构所有构件均在弹性范围工作，也应满足相关构造和抗震措施要求。相关构造和抗震措施要求。3.4.5 3.4.5 采用板式橡胶支座的桥梁结构，如在地震作用下，支座抗滑性能不能满足采用板式橡胶支座的桥梁结构，如在地震作用下，支座抗滑性能不能满足7.2.27.2.2条和条和7.4.57.4.5条要求，应采用墩梁位移约束装置，或按本规范第条要求，应采用墩梁位移约束装置，或按本规范第9 9章的要求进行桥梁章的要求进行桥梁减隔震设计。减隔震设计。3.4.6 3.4.6 地震作用下，如桥梁固定支座水平抗震能力不满足地震作用下，如桥梁固定支座水平抗震能力不满足7.2.27.2.2和和7.4.67.4.6条要求，可条要求，可采用以下二种方法之一进行抗震设计：采用以下二种方法之一进行抗震设计：1 1 通过计算设置抗震挡块通过计算设置抗震挡块(剪力键剪力键)，由抗震挡块，由抗震挡块(剪力键剪力键)承受支座所受地震水平力；承受支座所受地震水平力；2 2 可按本规范第可按本规范第9 9章的要求进行桥梁减隔震设计。章的要求进行桥梁减隔震设计。3.4.7 3.4.7 桥台不宜作为抵抗梁体地震惯性力的构件，宜采用滑动支座，桥台上的横向桥台不宜作为抵抗梁体地震惯性力的构件，宜采用滑动支座，桥台上的横向抗震挡块（或剪力键）宜设计为在抗震挡块（或剪力键）宜设计为在E2E2地震作用下可以破坏。地震作用下可以破坏。3.4.8 3.4.8 如采用如采用A A类抗震设计方法的桥梁抗震体系不能满足类抗震设计方法的桥梁抗震体系不能满足3.4.23.4.2条对结构抗震体系的条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3.1.23.1.2要求，经专家论证，要求，经专家论证，业主同意后可采用。业主同意后可采用。序号序号抗震设计体系抗震设计体系主要特征主要特征使用状况使用状况1 1弹性上部结构和延性下部结构弹性上部结构和延性下部结构在墩柱、桥台中产生塑性铰在墩柱、桥台中产生塑性铰目前常用（规范方法）目前常用（规范方法）2 2延性上部结构和弹性下部结构延性上部结构和弹性下部结构允许桥面发生相对于下部结允许桥面发生相对于下部结构的位移构的位移适用于钢上部结构，适用于钢上部结构，仅应急使用仅应急使用3 3弹性上部结构和弹性下部结构弹性上部结构和弹性下部结构在上下部结构之间使用隔震在上下部结构之间使用隔震和耗能装置和耗能装置新兴技术新兴技术1 1、桥梁抗震体系、桥梁抗震体系3.53.5桥梁抗震概念设计桥梁抗震概念设计123墩柱的强度墩柱的强度弹性的上部结构和弹性的上部结构和延性的下部结构延性的下部结构限位措施限位措施墩柱延性、变形墩柱延性、变形地地 震震 力力加大截面加大截面提高材料特性提高材料特性塑塑 性性 铰铰大位移大位移2 2、桥梁抗震概念设计、桥梁抗震概念设计合理的抗震体系合理的抗震体系强强 度度变变 形形抗震目标抗震目标完善的抗震设施完善的抗震设施桥梁抗震概念设计桥梁抗震概念设计 主梁主梁墩柱墩柱基础基础（1 1）刚度平衡）刚度平衡a）任意）任意两个桥墩刚度比两个桥墩刚度比桥面等宽：桥面等宽：桥面变宽：桥面变宽：梁式桥布置原则梁式桥布置原则b b）相邻桥墩刚度比）相邻桥墩刚度比桥面等宽：桥面等宽：桥面变宽：桥面变宽：分别为考虑支座、挡块（剪力剪）后采用截面有效刚度计算出的第分别为考虑支座、挡块（剪力剪）后采用截面有效刚度计算出的第i 和第和第j 桥桥 墩的等效刚度（含顺桥向和横桥向）。墩的等效刚度（含顺桥向和横桥向）。分别为第分别为第i 和第和第j 桥墩顶等效梁体质量。桥墩顶等效梁体质量。桥面等宽桥面等宽桥面变宽桥面变宽（2）周期匹配）周期匹配TjTi 梁式桥（多联）相邻联梁式桥（多联）相邻联基本周期基本周期比基本周期基本周期比主梁主梁墩柱墩柱基础基础 对于梁式桥，一联内各桥墩刚度相差较大和相邻联基本周期相差较大的情况，对于梁式桥，一联内各桥墩刚度相差较大和相邻联基本周期相差较大的情况，宜调整一联内各墩刚度比和相邻联周期比。顺桥向，当各桥墩刚度相差较大时，宜宜调整一联内各墩刚度比和相邻联周期比。顺桥向，当各桥墩刚度相差较大时，宜在各墩顶设置合理剪切刚度的弹性支座（橡胶支座），来调整各墩的等效刚度；也在各墩顶设置合理剪切刚度的弹性支座（橡胶支座），来调整各墩的等效刚度；也可改变墩柱尺寸或纵向配筋率。可改变墩柱尺寸或纵向配筋率。桥梁抗震概念设计桥梁抗震概念设计 基于确定性计算的能力需求比法，对桥梁各构件的强度和变形能力进行验基于确定性计算的能力需求比法，对桥梁各构件的强度和变形能力进行验算算,同时对其抗震设施进行核查。同时对其抗震设施进行核查。位置位置强度强度变形变形塑性铰区域塑性铰区域盖梁和桥墩节点盖梁和桥墩节点地基基础地基基础支座支座承台承台桥梁抗震概念设计桥梁抗震概念设计方方 法法周期周期刚度刚度相邻基础使用不同孔径的钻孔桩相邻基础使用不同孔径的钻孔桩调整桥墩的有效长度调整桥墩的有效长度修正固定端修正固定端降低或重分布上部结构质量降低或重分布上部结构质量改变桥墩的截面和纵向钢筋的配筋率改变桥墩的截面和纵向钢筋的配筋率增加桥墩或重新定位增加桥墩或重新定位修正伸缩缝位置修正伸缩缝位置 通过结构本身动力特性调整方法通过结构本身动力特性调整方法 结合抗震概念设计原则，进行恒载和活载下结合抗震概念设计原则，进行恒载和活载下的结构设计，确定结构参数（的结构设计，确定结构参数（3.5节）节）结构重要性分类结构重要性分类(3.1节节)是否甲类桥梁是否甲类桥梁斜拉桥、悬索桥和斜拉桥、悬索桥和拱桥（第拱桥（第10章）章）场地划分场地划分(第第4章章)是是否否抗震设计方法分类与选用抗震设计方法分类与选用(3.3节节)C类类B类类A类类抗震细节构造抗震细节构造(第第8章章)地震影响地震影响(3.2节节)抗震体系抗震体系类型类型I抗震措施抗震措施(第第11章章)结束结束桥梁地震响应分析与验算桥梁地震响应分析与验算(图图3.6.1-2)桥梁抗震体系桥梁抗震体系(3.4.1)桥梁抗震体系桥梁抗震体系（3.4节）节）桥梁抗震体系桥梁抗震体系(3.4.1、3.4.53.4.7)抗震体系抗震体系类型类型II减隔震减隔震（第（第9章）章）图图3.6.1-1 6度及以上地区桥梁总体设计流程度及以上地区桥梁总体设计流程图图3.6.1-2 桥梁地震响应分析与验算桥梁地震响应分析与验算5、地震作用、地震作用设计地震分组设计地震分组场地类别场地类别I IIIIIIIIIIIIVIV第一组第一组0.250.250.350.350.450.450.650.65第二组第二组0.300.300.400.400.550.550.750.75第三组第三组0.350.350.450.450.650.650.900.90特征周期值特征周期值(s)(s)水平设计加速度反应谱水平设计加速度反应谱 1 1、曲线下降段的衰减指数按下式确定：曲线下降段的衰减指数按下式确定：式中式中 曲线曲线下降段的衰减指数；下降段的衰减指数；结构实际阻尼比。结构实际阻尼比。2 2 直线下降段下降斜率调整系数按下式直线下降段下降斜率调整系数按下式确定：确定：式中式中 当桥梁结构的阻尼比按有关规定不等于当桥梁结构的阻尼比按有关规定不等于0.05时时 设计加速度反应谱设计加速度反应谱S 倾斜段的斜率，小于倾斜段的斜率，小于0 0 时取时取0 0。3 3 阻尼调整系数应按下式确定阻尼调整系数应按下式确定:设计地震分组：见建筑设计抗震规范设计地震分组：见建筑设计抗震规范（GB500112001）附录）附录A设计加速度反应谱设计加速度反应谱强制性条文强制性条文 城市桥梁抗震设计应考虑以下作用：城市桥梁抗震设计应考虑以下作用：1 1 永久作用，包括结构重力（恒载）、预应力、土压力、水压力；永久作用，包括结构重力（恒载）、预应力、土压力、水压力；2 2 地震作用，包括地震动的作用和地震土压力、水压力等；地震作用，包括地震动的作用和地震土压力、水压力等；3 3 在进行支座抗震验算时，应计入在进行支座抗震验算时，应计入5050均匀温度作用效应；均匀温度作用效应；4 4 对于轨道交通桥梁，应分别按有车、无车进行计算；当桥上有车时，顺桥向不计算对于轨道交通桥梁，应分别按有车、无车进行计算；当桥上有车时，顺桥向不计算 活载引起的地震力；横桥向计入活载引起的地震力；横桥向计入5050活载引起的地震力，作用于轨顶以上活载引起的地震力，作用于轨顶以上2m2m处，活处，活 载竖向力按列车竖向静活载的载竖向力按列车竖向静活载的100100计算。计算。城市桥梁抗震设计时的作用效应组合应包括上述要求的各种作用之和，组合方式应包城市桥梁抗震设计时的作用效应组合应包括上述要求的各种作用之和，组合方式应包括各种作用效应的最不利组合。括各种作用效应的最不利组合。5.3.15.3.1 已进行地震安全性评价的桥址，设计地震动时程应根据地震安全性评价的结果确定。已进行地震安全性评价的桥址，设计地震动时程应根据地震安全性评价的结果确定。5.3.25.3.2 未进行地震安全性评价的桥址，可以以本规范设计加速度反应谱为目标拟合设计加未进行地震安全性评价的桥址，可以以本规范设计加速度反应谱为目标拟合设计加速度时程；也可选用与设定地震震级、距离、场地特性大体相近的实际地震动加速度记录，通速度时程；也可选用与设定地震震级、距离、场地特性大体相近的实际地震动加速度记录，通过时域方法调整，使其加速度反应谱与本规范设计加速度反应谱匹配。过时域方法调整，使其加速度反应谱与本规范设计加速度反应谱匹配。为减小拟合的设计加速度时程之间的相关性，设计加速度时程不得少于三组，且应保证任为减小拟合的设计加速度时程之间的相关性，设计加速度时程不得少于三组，且应保证任意两组间同方向时程由式（意两组间同方向时程由式（5.3.25.3.2）定义的）定义的相关系数相关系数 的绝对值小于的绝对值小于0.10.1。分别为两组时程波第分别为两组时程波第j 式中，式中，时间步的加速度值。时间步的加速度值。地震主动土压力和动水压力同公路桥梁抗震设计细则地震主动土压力和动水压力同公路桥梁抗震设计细则抗震分析抗震分析图图6.2.21 桥梁动力空间计算模型桥梁动力空间计算模型 在建立一般非规则桥梁动力空间模型时应尽量建立全桥计算模型，但对于桥梁在建立一般非规则桥梁动力空间模型时应尽量建立全桥计算模型，但对于桥梁长度很长的桥梁，可以选取具有典型结构或特殊地段或有特殊构造的多联梁桥（一长度很长的桥梁，可以选取具有典型结构或特殊地段或有特殊构造的多联梁桥（一般不少于般不少于3联）进行地震反应分析。这时应考虑邻联结构和边界条件的影响，邻联联）进行地震反应分析。这时应考虑邻联结构和边界条件的影响，邻联结构和边界条件的影响可以在所取计算模型的末端再加上一联梁桥或桥台模拟。结构和边界条件的影响可以在所取计算模型的末端再加上一联梁桥或桥台模拟。图图6.2.2-2 边界条件和后继结构的模拟边界条件和后继结构的模拟 在在E2地震作用下桥梁可以进入非线性工作范围，因此，在进行结构非线性时地震作用下桥梁可以进入非线性工作范围，因此，在进行结构非线性时程地震反应分析时，梁柱单元的弹塑性可以采用程地震反应分析时，梁柱单元的弹塑性可以采用Bresler建议的屈服面来表示建议的屈服面来表示(如下如下图图6.2.4),也可采用非线性梁柱纤维单元模拟。也可采用非线性梁柱纤维单元模拟。式中：式中：Pu单轴极限压力单轴极限压力 Pt单轴屈服压力单轴屈服压力 P0单轴屈服拉力单轴屈服拉力My0绕绕y轴纯弯屈服弯矩轴纯弯屈服弯矩Mz0绕绕z轴纯弯屈服弯矩轴纯弯屈服弯矩 My绕绕y轴加载弯矩轴加载弯矩Myp绕绕y轴破坏弯矩轴破坏弯矩 Mz绕绕z轴加载弯矩轴加载弯矩Mzp绕绕z轴破坏弯矩轴破坏弯矩是常数，可以通过求出两是常数，可以通过求出两个主轴的轴力个主轴的轴力弯矩相互弯矩相互作用图的几个控制点并利作用图的几个控制点并利用线性拟合来获得。用线性拟合来获得。b1、b2、b3s s1、s s2、s s3 0 进入塑性工作状态进入塑性工作状态当当图图6.2.4 典型钢筋混凝土墩柱截面的屈服面典型钢筋混凝土墩柱截面的屈服面混凝土应力、应变关系符号含义混凝土应力、应变关系符号含义 fc 混凝土圆柱体抗压强度。混凝土圆柱体抗压强度。e ec0 混凝土抗压应变。混凝土抗压应变。fcc 约束混凝土压应力峰值，可取约束混凝土压应力峰值，可取1.25 fc e ecc 对应于约束混凝土压应力峰值的应变对应于约束混凝土压应力峰值的应变 e esp保护层混凝土极限应变保护层混凝土极限应变 e ecu约束混凝土极限压应变约束混凝土极限压应变钢筋应力、应变关系符号含义钢筋应力、应变关系符号含义 fy 钢筋的抗拉强度设计值钢筋的抗拉强度设计值 fsb 钢筋抗拉极限强度值钢筋抗拉极限强度值 fsu 钢筋极限抗拉强度钢筋极限抗拉强度 e ey 钢筋抗拉屈服应变设计值下限钢筋抗拉屈服应变设计值下限 e esh 钢筋抗拉屈服应变设计值上限钢筋抗拉屈服应变设计值上限 e esu 对应钢筋极限抗拉强度时的应变对应钢筋极限抗拉强度时的应变 e esb 钢筋极限拉应变，可取钢筋极限拉应变，可取混凝土应力混凝土应力应变应变 钢筋应力钢筋应力应变应变 混凝土、钢筋本构关系混凝土、钢筋本构关系钢筋混凝土弹塑性钢筋混凝土弹塑性P-M-ff钢筋混凝土基本假定钢筋混凝土基本假定（1 1）平截面假定；）平截面假定；（2 2）剪切应变的影响忽略不计；）剪切应变的影响忽略不计；（3 3）钢筋与混凝土之间无滑移现象）钢筋与混凝土之间无滑移现象 对于矩形截面、圆形截面桥墩等效屈服对于矩形截面、圆形截面桥墩等效屈服曲率曲率ff y、极限状态的曲率、极限状态的曲率ff u u可按规可按规范附录计算。范附录计算。一般情况下可按理想弹塑性一般情况下可按理想弹塑性P-M-ff曲线，最不利轴力组合计算等效屈服曲率。曲线，最不利轴力组合计算等效屈服曲率。非线性梁柱纤维单元模拟非线性梁柱纤维单元模拟 当桥墩的高度较高时，桥墩的几何非线性效应不能忽略，参考美国当桥墩的高度较高时，桥墩的几何非线性效应不能忽略，参考美国CALTRANSCALTRANS抗抗震设计规范，墩柱的计算长度与矩形截面短边尺寸之比大于震设计规范，墩柱的计算长度与矩形截面短边尺寸之比大于8 8时，或墩柱的计算长时，或墩柱的计算长度与圆形截面直径之比大于度与圆形截面直径之比大于6 6时，应考虑时，应考虑P D D 效应。效应。图图6.2.6 6.2.6 活动盆式支座恢复力模型活动盆式支座恢复力模型 反应谱分析方法在结构抗震领域得到不断完善与发展，并在工程实践中得到反应谱分析方法在结构抗震领域得到不断完善与发展，并在工程实践中得到广泛应用。国内外许多专家学者对反应谱法进行了大量研究，并提出了种种振型广泛应用。国内外许多专家学者对反应谱法进行了大量研究，并提出了种种振型组合方法。组合方法。其中最简单而又最普遍采用的是其中最简单而又最普遍采用的是SRSS(Square Root of Sum of Squares)法，法，该法对于频率分离较好的平面结构具有很好的精度，但是对于频率密集的空间结该法对于频率分离较好的平面结构具有很好的精度，但是对于频率密集的空间结构，由于忽略了各振型间的耦合项，故时常过高或过低地估计结构的反应。构，由于忽略了各振型间的耦合项，故时常过高或过低地估计结构的反应。1969年，年，Rosenblueth 和和Elorduy提出了提出了DSC(Double Sum Combination)法来法来考虑振型间的耦合项影响，之后考虑振型间的耦合项影响，之后Humar和和 Gupta 又对又对DSC法进行了修正与完善。法进行了修正与完善。1981年，年，E.L.Wilson 等人把地面运动视为一宽带、高斯平稳过程，根据随机等人把地面运动视为一宽带、高斯平稳过程，根据随机过程理论导出了线性多自由度体系的振型组合规则过程理论导出了线性多自由度体系的振型组合规则CQC法，较好地考虑了频率法，较好地考虑了频率接近时的振型相关性，克服了接近时的振型相关性，克服了 SRSS 法的不足。法的不足。反应谱分析方法反应谱分析方法 时程分析方法时程分析方法 地震加速度时程应按本规范第地震加速度时程应按本规范第 5.3节的规定选取。一组时程分析结果只是结构节的规定选取。一组时程分析结果只是结构随机响应的一个样本，不能反映结构响应的统计特性，因此，需要对多个样本的分随机响应的一个样本，不能反映结构响应的统计特性，因此，需要对多个样本的分析结果进行统计才能得到可靠的结果。析结果进行统计才能得到可靠的结果。因此，时程分析的最终结果，当采用因此，时程分析的最终结果，当采用3组地震加速度时程计算时，应取各组计组地震加速度时程计算时，应取各组计算结果的最大值；当采用算结果的最大值；当采用7组及以上地震加速度时程计算时，可取结果的平均值。组及以上地震加速度时程计算时，可取结果的平均值。地震作用下，线性时程法的计算结果不宜小于反应谱法计算结果的地震作用下，线性时程法的计算结果不宜小于反应谱法计算结果的80%。图图6.5.2 柱式墩计算简图柱式墩计算简图6.6 能力保护构件计算能力保护构件计算 在在E2地震作用下，对于截面尺寸较大的桥墩，在地震作用下，对于截面尺寸较大的桥墩，在E2地震作用下可能不会发生地震作用下可能不会发生屈服，这样采用能力保护方法计算过于保守，可直接采用屈服，这样采用能力保护方法计算过于保守，可直接采用E2地震作用计算结果。地震作用计算结果。在判断桥墩是否屈服时，屈服弯矩可以采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥在判断桥墩是否屈服时，屈服弯矩可以采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥设计规范中偏心受压构件的抗弯承载能力近似代表，但计算偏心受压设计规范中偏心受压构件的抗弯承载能力近似代表，但计算偏心受压构件的抗构件的抗弯承载能力时应采用材料标准值弯承载能力时应采用材料标准值。6.6.2 6.6.2 桥梁盖梁、基础、支座和墩柱抗剪作为能力保护构件设计时，其弯矩桥梁盖梁、基础、支座和墩柱抗剪作为能力保护构件设计时，其弯矩和剪力设计值，应取与墩柱塑性铰区域截面超强弯矩所对应的弯矩和剪力值。和剪力设计值，应取与墩柱塑性铰区域截面超强弯矩所对应的弯矩和剪力值。钢筋混凝土构件的剪切破坏属于脆性破坏，是一种危险的破坏模式，对于抗震结钢筋混凝土构件的剪切破坏属于脆性破坏，是一种危险的破坏模式，对于抗震结构来说，墩柱剪切破坏还会大大降低结构的延性能力，因此，为了保证钢筋混凝土墩构来说，墩柱剪切破坏还会大大降低结构的延性能力，因此，为了保证钢筋混凝土墩柱不发生剪切破坏，应采用能力保护设计原则进行延性墩柱的抗剪设计。根据能力保柱不发生剪切破坏，应采用能力保护设计原则进行延性墩柱的抗剪设计。根据能力保护设计原则，墩柱的剪切强度应大于墩柱可能在地震中承受的最大剪力（对应于墩柱护设计原则，墩柱的剪切强度应大于墩柱可能在地震中承受的最大剪力（对应于墩柱塑性铰处截面可能达到的最大弯矩承载能力）；桥梁基础是桥梁结构最主要的受力构塑性铰处截面可能达到的最大弯矩承载能力）；桥梁基础是桥梁结构最主要的受力构件，地震作用下，如发生损伤，不但很难检查，也很难修复，因此作为能力保护构件件，地震作用下，如发生损伤，不但很难检查，也很难修复，因此作为能力保护构件设计；桥梁支座若在地震中发生损伤或破坏，虽然震后可以维修和替换，但改变了结设计；桥梁支座若在地震中发生损伤或破坏，虽然震后可以维修和替换，但改变了结构传力途径，因此，按类型构传力途径，因此，按类型结构抗震体系设计的桥梁结构，应把支座作为能力保护结构抗震体系设计的桥梁结构，应把支座作为能力保护构件设计，具有稳定传力途径，以达到桥梁墩柱等延性构件发生弹塑变形、耗散地震构件设计，具有稳定传力途径，以达到桥梁墩柱等延性构件发生弹塑变形、耗散地震能量的设计目标。能量的设计目标。墩柱的实际抗弯承载能力要大于其设计承载能力，这种现象称为墩墩柱的实际抗弯承载能力要大于其设计承载能力，这种现象称为墩柱抗弯超强现象（柱抗弯超强现象（OverstrengthOverstrength）。引起墩柱抗弯超强的原因很多，但）。引起墩柱抗弯超强的原因很多，但最主要的原因是钢筋在屈服后的极限强度比其屈服强度大许多和钢筋实最主要的原因是钢筋在屈服后的极限强度比其屈服强度大许多和钢筋实际屈服强度又比设计强度大很多。际屈服强度又比设计强度大很多。如果墩柱塑性铰的抗弯承载能力出现很大的超强，所能承受的地震如果墩柱塑性铰的抗弯承载能力出现很大的超强，所能承受的地震力超过了能力保护构件，则将导致能力保护构件先失效，预设的塑性铰力超过了能力保护构件，则将导致能力保护构件先失效，预设的塑性铰不能产生，桥梁发生脆性破坏。不能产生，桥梁发生脆性破坏。为了保证预期出现弯曲塑性铰的构件不发生脆性的破坏模式（如剪切破坏、粘结破为了保证预期出现弯曲塑性铰的构件不发生脆性的破坏模式（如剪切破坏、粘结破坏等），并保证脆性构件和不宜用于耗能的构件（能力保护构件）处于弹性反应范围，坏等），并保证脆性构件和不宜用于耗能的构件（能力保护构件）处于弹性反应范围，在确定它们的弯矩、剪力设计值时，采用墩柱抗弯超强系数在确定它们的弯矩、剪力设计值时，采用墩柱抗弯超强系数f f 0 0来考虑超强现象。来考虑超强现象。同济大学结合我国同济大学结合我国“钢筋混凝土和预应力桥涵设计规范钢筋混凝土和预应力桥涵设计规范”对超强系的取值也进行了对超强系的取值也进行了研究，结果表明：当轴压比大于研究，结果表明：当轴压比大于0.20.2时，超强系数随轴压比的增加而增加，当轴压比小于时，超强系数随轴压比的增加而增加，当轴压比小于0.20.2时，超强系数在时，超强系数在1.11.1 1.31.3之间。这里建议之间。这里建议ff0 0 取取1.21.2。对于截面尺寸较大的桥墩，在对于截面尺寸较大的桥墩，在E2E2地震作用下可能不会发生屈服，这样采用能力保护地震作用下可能不会发生屈服，这样采用能力保护方法计算过于保守，可直接采用方法计算过于保守，可直接采用E2E2地震作用计算结果地震作用计算结果。图图6.6.4 6.6.4 相应于墩柱达到超强弯矩时的相应于墩柱达到超强弯矩时的轴力计算模式轴力计算模式6.6.6 6.6.6 固定支座和板式橡胶支座所受地震水平力可按能力保护方法计算；按能力保固定支座和板式橡胶支座所受地震水平力可按能力保护方法计算；按能力保护方法计算时，支座在顺桥向和横桥向所受地震水平力可分别直接取护方法计算时，支座在顺桥向和横桥向所受地震水平力可分别直接取6.6.56.6.5条墩柱沿条墩柱沿顺桥向和横桥向合剪力值。顺桥向和横桥向合剪力值。7 抗震验算抗震验算 城市梁式桥和立交工程的抗震验算重点是桥墩、桥台、基础及支座等。城市梁式桥和立交工程的抗震验算重点是桥墩、桥台、基础及支座等。7.2 E1地震作用下抗震验算地震作用下抗震验算 7.2.3 A7.2.3 A类抗震设计方法设计的桥梁，顺桥向和横桥向类抗震设计方法设计的桥梁，顺桥向和横桥向E1E1地震作用效应，按地震作用效应，按 5.5.2 5.5.2条款组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩、桥台条款组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩、桥台 的强度。的强度。7.2.1 7.2.1 采用采用 B B类抗震设计方法设计的桥梁，顺桥向和横桥向类抗震设计方法设计的桥梁，顺桥向和横桥向E1E1地震作用效应，地震作用效应，按按5.5.25.5.2条款组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩、条款组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩、桥台、盖梁和基础等的强度。桥台、盖梁和基础等的强度。7.3 E2地震作用下抗震验算地震作用下抗震验算7.3.1 E27.3.1 E2地震作用下，一般情况可按式地震作用下，一般情况可按式7.3.4-17.3.4-1验算桥墩墩顶的位移，对于高宽验算桥墩墩顶的位移，对于高宽比小于比小于2.52.5的矮墩，可不验算桥墩的变形，但应按本规范第的矮墩，可不验算桥墩的变形，但应按本规范第7.3.27.3.2条验算强度。采条验算强度。采用非线性时程进行地震反应分析的桥梁可按式用非线性时程进行地震反应分析的桥梁可按式7.3.4-27.3.4-2验算转角。验算转角。7.3.2 7.3.2 对于矮墩，顺桥向和横桥向对于矮墩，顺桥向和横桥向E2E2地震作用效应和永久作用效应组合后，应地震作用效应和永久作用效应组合后，应按现行的公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩的强度。按现行的公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩的强度。E2地震作用下，由于延性构件可以进入塑性工作，因此主要验算其极限变形地震作用下，由于延性构件可以进入塑性工作，因此主要验算其极限变形能力是否满足要求，对于采用非线性时程进行地震反应分析的桥梁；由于可以直能力是否满足要求，对于采用非线性时程进行地震反应分析的桥梁；由于可以直接得到塑性铰区域的塑性转动需求，因此可直接验算塑性铰区域的接得到塑性铰区域的塑性转动需求，因此可直接验算塑性铰区域的转动能力；转动能力；对于矮墩，一般不作为延性构件设计，因此需要验算强度。对于矮墩，一般不作为延性构件设计，因此需要验算强度。地震作用下，矮墩的主要破坏模式为剪切破坏，为脆性破坏，没有延性。因地震作用下，矮墩的主要破坏模式为剪切破坏，为脆性破坏，没有延性。因此此E2E2地震作用效应和永久荷载效应组合后，应按现行的公路桥涵设计规范验地震作用效应和永久荷载效应组合后，应按现行的公路桥涵设计规范验算桥墩的强度。算桥墩的强度。所谓矮墩指计算长度与矩形截面计算方向的尺寸之比小于所谓矮墩指计算长度与矩形截面计算方向的尺寸之比小于2.52.5的桥墩，或墩的桥墩，或墩柱的计算长度与圆截面直径之比小于柱的计算长度与圆截面直径之比小于2.52.5的桥墩。的桥墩。地震作用下，当结构自振周期较长时，采用弹性方法计算出的弹性位移与采地震作用下，当结构自振周期较长时，采用弹性方法计算出的弹性位移与采用非线性方法计算出的弹塑性位移基本相等，即等位移原理；但当结构周期比较短用非线性方法计算出的弹塑性位移基本相等，即等位移原理；但当结构周期比较短时，需要对弹性位移进行修正才能代表弹塑性位移。本条款直接引用美国时，需要对弹性位移进行修正才能代表弹塑性位移。本条款直接引用美国AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismi