公路桥梁抗震设计细则讲解.ppt

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1、Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.新公路桥梁抗震设计细则讲解新公路桥梁抗震设计细则讲解Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co.,Ltd.北京迈达斯技术有限公司北京迈达斯技术有限公司Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co.,Ltd.主要内容主要内容Copyright 2000-200

2、7MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害 落梁破坏落梁破坏u庙子坪大桥庙子坪大桥采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上。采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害u百花大桥百花大桥小半径曲线桥、桥墩刚度变化大小半径曲线桥、桥墩刚度变化大Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害Copyr

3、ight 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害 墩柱破坏墩柱破坏汶川地震中的百花大桥汶川地震中的百花大桥Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害 基础破坏基础破坏Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.

4、,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害 支座滑动、梁体位移过大支座滑动、梁体位移过大汶川地震中的寿江大桥汶川地震中的寿江大桥Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.1 1.1 桥梁震害桥梁震害汶川地震中的其他桥梁汶川地震中的其他桥梁 支座滑动、梁体位移过大支座滑动、梁体位移过大Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.1.2 1.2 桥梁震害原因与启示桥梁震害原因与启示支承连接部件失效支承连接部件失效Copyright 2000-2007MIDA

5、S Information Technology Co.,Ltd.桥梁墩柱破坏桥梁墩柱破坏1.2 1.2 桥梁震害原因与启示桥梁震害原因与启示Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.基础破坏基础破坏1.2 1.2 桥梁震害原因与启示桥梁震害原因与启示Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.铁路工程抗震设计规范2006-12-01实施公路桥梁抗震设计细则2008-10-01实施2.1 2.1 新规范发布新规范发布Copyright 2000-2007MI

6、DAS Information Technology Co.,Ltd.2.2 892.2 89规范局限性规范局限性采用的设防水准均为采用的设防水准均为50年基准期年基准期10%超越概率，重要结构物的超越概率，重要结构物的设防等级用重要性系数来体现。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。合影响系数折减考虑结构进入塑性的性能。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.采用综合影响系数考虑结构进入

7、塑性（延性），但塑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。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。应用时存在错误，没有引入能力保护设计的思想。2.2 892.2 89规范局限性规范局限性Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.2.3 2.3 新规范要点新规范要点主要适用于单跨跨径不超过主要适用

8、于单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥，大跨径桥梁只给出抗震设计的原则和要点。拱桥，大跨径桥梁只给出抗震设计的原则和要点。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。明确的性能目标。u第一阶段：第一阶段：E1地震作用下的弹性抗震设计；地震作用下的弹性抗震设计；u第二阶段：第二阶段：E2地震作用下的弹塑性抗震设计，采用延性抗震设计地震作用下的弹塑性抗震设计，采用延性抗震设计方法，方法，并引入能力保护设计原则。并引入能力保护设计原则。地震作用部分的修订，反应谱周期到地震作用

9、部分的修订，反应谱周期到10秒，并给出了场地修正秒，并给出了场地修正系数；给出了时程地震波的选用原则。系数；给出了时程地震波的选用原则。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.增加了桥梁抗震分析建模原则和抗震分析方法。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。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，弥补了了近十年桥

10、梁震害的教训，弥补了89规范的不足。规范的不足。2.3 2.3 新规范要点新规范要点Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.抗震设防标准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，取消综合影响系数响系数3 3 新规范基本要求新规范基本要求表表3.1.1 各设防类别桥梁的抗震设防目标各设防类别桥梁的抗震设防目标Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.3 3 新规范基本要求新规范基本要求 桥

11、梁抗震设防分类桥梁抗震设防分类Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.桥梁抗震设防措施等级桥梁抗震设防措施等级3 3 新规范基本要求新规范基本要求Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.表表3.1.4-2 各类桥梁的重要性系数各类桥梁的重要性系数Ci注：高速公路和一级公路上的大桥、特大桥，其抗震重要性系数取注：高速公路和一级公路上的大桥、特大桥，其抗震重要性系数取B类括号内的值。类括号内的值。3 3 新规范基本要求新规范基本要求Copyright 20

12、00-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.表表 抗震抗震设设防烈度和水平向防烈度和水平向设计设计基本地震基本地震动动加速度加速度值值A抗震抗震设设防烈度防烈度6789A0.05g0.10（0.15）g0.20（0.3）g0.40g按照规范取值，按按照规范取值，按E1和和E2地震重要性系数乘设计基本地震动地震重要性系数乘设计基本地震动加速度峰值加速度峰值A地震安全性评价地震安全性评价3 3 新规范基本要求新规范基本要求 确定地震作用基本要求确定地震作用基本要求Copyright 2000-2007MIDAS Information Technolog

13、y Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用桥梁结构地震作用考虑的原则桥梁结构地震作用考虑的原则u一般情况下，公路桥梁可只考虑水平向地震作用，直线桥一般情况下，公路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。可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。u设防烈度为设防烈度为8度和度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大度时的拱式结构、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，应同时考虑顺桥向时考虑顺桥向X、横桥向、横桥向Y和竖向和竖向Z的地震作用。的地震作用。地震作用分量组合地震作用分量组合u采用反应谱法

14、或功率谱法同时考虑三个正交方向的地震作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，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。然后组合。一般规定一般规定Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用u当采用时程分析法时当采用时程分析法时，应同时输入三个方向分量的一组地震动应同时输入三个方向分量的一组地震动时程计算地震作用效应。时程计算地震作用效应。u进行直线桥梁地震反应分析时，可分别考虑沿顺桥向和横桥向进行直线桥梁地震反应分析时，可分

15、别考虑沿顺桥向和横桥向两个水平方向地震输入。两个水平方向地震输入。u进行曲线桥梁地震反应分析时，可分别沿相邻两桥墩连线方向进行曲线桥梁地震反应分析时，可分别沿相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向多方向地震输入，以确定最不利地震水平和垂直于连线水平方向多方向地震输入，以确定最不利地震水平输入方向。输入方向。地震作用可以用设计加速度反应谱、设计地震动地震作用可以用设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计地震动功谱表达。时程和设计地震动功谱表达。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.给出的是给出的是S谱值，不同于原来的动力放大

16、系数谱值，不同于原来的动力放大系数beta谱值谱值最大周期最大周期10秒秒大于大于Tg段都是以段都是以1/T的斜率下降的斜率下降5 5 地震作用地震作用水平设计加速度反应谱水平设计加速度反应谱10 T(s)0.1Tg0SmaxS5.2 设计加速度反应谱设计加速度反应谱Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用 公路工程抗震设计规范（公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89JTJ 004-89）中给）中给出动力放大系数出动力放大系数谱谱 建筑抗震设计规范（建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）

17、中给）中给出水平地震影响系数出水平地震影响系数 谱谱 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用水平设计加速度反应谱最大值水平设计加速度反应谱最大值Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用场地特征周期场地特征周期Tg 场地特征周期场地特征周期TgTg，按场址位置在，按场址位置在中国地震动反应谱特征周期区划中国地震动反应谱特征周期区划图图上读取后，根据场地类别，按下表取值。上读取后，根据场地类别，按下表取值。

18、Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用阻尼调整系数阻尼调整系数Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用竖向设计加速度反应谱竖向设计加速度反应谱竖向设计加速度反应谱由水平设计加速度反应谱乘以下竖向设计加速度反应谱由水平设计加速度反应谱乘以下式给出的竖向式给出的竖向/水平谱比函数水平谱比函数R基岩场地的基岩场地的土层场地的土层场地的Copyright 2000-2007MIDAS Information T

19、echnology Co.,Ltd.5 5 地震作用地震作用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。地震安全性评价的结果确定。未作地震安全性评价的桥址，可根据本细则设计加速度反应谱，合成未作地震安全性评价的桥址，可根据本细则设计加速度反应谱，合成与其兼容的设计加速度时程；也可选用与设计地震震级、距离大体相近与其兼容的设计加速度时程；也可选用与设计地震震级、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

20、计加速度反应谱兼容。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保证任意二时程间由下式定义的相关系数的值小于的值小于5.3 地震动时程地震动时程Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.6 6 抗震分析抗震分析适用范围：常规桥梁适用范围：常规桥梁6.1 一般规定一般规定单跨跨径不超过单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥等常规桥梁的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥等常规桥梁的抗震分析，

21、墩高不超过的抗震分析，墩高不超过40m，墩身第一阶振型有效质量大于，墩身第一阶振型有效质量大于60%。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.地震作用地震作用B类类C类类D类类规则规则非规则非规则规则规则非规则非规则规则规则非规则非规则E1SM/MMMM/THSM/MMMM/THSM/MMMME2SM/MMTHSM/MMTH表中：表中：TH：代表线性和非线性时程计算方法：代表线性和非线性时

22、程计算方法 SM：单模态反应谱和功率谱方法：单模态反应谱和功率谱方法 MM：多模态反应谱和功率谱方法：多模态反应谱和功率谱方法表表6.1.4 桥梁抗震分析可采用的计算方法桥梁抗震分析可采用的计算方法6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.截面特性取值截面特性取值6 6 抗震分析抗震分析E1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。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。E2地震作用下，延性构件的有效截面抗弯刚度应按下式计算，地震作用下，延性构件的有效截面抗弯刚度应按下式计算

23、，但其他构件抗弯刚度仍按毛截面计算。但其他构件抗弯刚度仍按毛截面计算。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.6 6 抗震分析抗震分析6.2 梁桥延性抗震设计梁桥延性抗震设计Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.u单元质量可采用集中质量代单元质量可采用集中质量代表；墩柱和梁体的单元划分应表；墩柱和梁体的单元划分应反映

24、结构的实际动力特性；反映结构的实际动力特性；u支座单元应反映支座的力学支座单元应反映支座的力学特性特性u混凝土结构的阻尼比可取为混凝土结构的阻尼比可取为；进行时程分析时，可采用瑞利进行时程分析时，可采用瑞利阻尼阻尼u计算模型应考虑相邻结构和计算模型应考虑相邻结构和边界条件的影响。边界条件的影响。6 6 抗震分析抗震分析6.3 建模原则建模原则Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.惯性力惯

25、性力阻尼力阻尼力 弹性力弹性力 6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.u经典解法经典解法 二阶线性微分方程二阶线性微分方程u杜哈梅积分杜哈梅积分 将外荷载视为由时间间隔非常短的冲击荷载组成的将外荷载视为由时间间隔非常短的冲击荷载组成的结构反应为对各冲击荷载反应之和结构反应为对各冲击荷载反应之和Response to impulse 1Response to impulse 2Response to impulse Total Response6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2

26、007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.u数值方法数值方法 可适用于线性和非线性领域可适用于线性和非线性领域中心差分法中心差分法、常加速度法、线性加速度法、常加速度法、线性加速度法 Newmark-法法、Wilson-法法 不同参数对应的逐步积分法不同参数对应的逐步积分法 6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.6 6 抗震分析抗震分析6.4 反应谱法反应谱法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.

27、,Ltd.uSRSS方法组合方法组合uCQC方法组合方法组合6 6 抗震分析抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.l振幅振幅l频谱频谱l持续时间持续时间6 6 抗震分析抗震分析6.5 时程分析方法时程分析方法地震动三要素地震动三要素地震动三要素地震动三要素Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.时程分析的最终结果，当采用时程分析的最终结果，当采用3组时程波计算时，应组时程波计算时，应取取3组计算结果的最大值；当采用组计算结果的最大值；当采用7

28、组时程波计算时，组时程波计算时，可取可取7组结果的平均值。组结果的平均值。6 6 抗震分析抗震分析在在E1地震作用下，线性时程法的计算结果不应小于反地震作用下，线性时程法的计算结果不应小于反应谱法计算结果的应谱法计算结果的80%。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.u优点：带有统计特性；给出结构地震反应的最大值；优点：带有统计特性；给出结构地震反应的最大值；u缺点：目前只适用于线性分析；各振型都是取最大值计算的；缺点：目前只适用于线性分析；各振型都是取最大值计算的；6 6 抗震分析抗震分析反应谱法反应谱法反应谱法反应谱

29、法时程分析法时程分析法时程分析法时程分析法u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；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；u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。合时麻烦一些。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.6 6 抗震分析抗震分析6.8 能力保护构件计算能力保护构件计算Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.7 7 强

30、度与变形验算强度与变形验算7.1 一般规定一般规定Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.7.3 B类、类、C类桥梁抗震强度验算类桥梁抗震强度验算7 7 强度与变形验算强度与变形验算Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.7 7 强度与变形验算强度与变形验算 墩柱塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度验算墩柱塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度验算Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology

31、Co.,Ltd.7.4 B类、类、C类桥梁墩柱的变形验算类桥梁墩柱的变形验算7 7 强度与变形验算强度与变形验算 E2地震作用下，一般情况应验算潜在塑性铰区域沿顺桥向地震作用下，一般情况应验算潜在塑性铰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 墩顶的墩顶的位移，对于高宽比小于位移，对于高宽比小于的矮墩，验算强度。的矮墩，验算强度。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.7 7 强度与变形验算强度与变形验算E2地震作用下，桥墩潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的

32、塑性地震作用下，桥墩潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动应满足：转动应满足：Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.7 7 强度与变形验算强度与变形验算等效屈服曲率、极限破坏状态的曲率等效屈服曲率、极限破坏状态的曲率Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.7 7 强度与变形验算强度与变形验算E2地震作用下，规则桥梁可按下式验算桥墩墩顶的位移：地震作用下，规则桥梁可按下式验算桥墩墩顶的位移：单柱墩容许位移单柱墩容许位移Copyright 2000-2

33、007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.7 7 强度与变形验算强度与变形验算双柱墩、排架墩，横桥向双柱墩、排架墩，横桥向的容许位移可在盖梁处施的容许位移可在盖梁处施加水平力加水平力F，进行非线性静，进行非线性静力分析力分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.抗震设计总流程图抗震设计总流程图Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.常规桥梁总体设计流程常规桥梁总体设计流程动力弹塑性动力弹塑性模块模块/静力静力弹塑

34、性模块弹塑性模块动力弹塑性动力弹塑性模块模块/静力静力弹塑性模块弹塑性模块Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.常规桥梁结构构件抗震设计流程常规桥梁结构构件抗震设计流程常规桥梁结构构件抗震设计流程常规桥梁结构构件抗震设计流程Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.常规桥梁结构构件抗震设计流程常规桥梁结构构件抗震设计流程常规桥梁结构构件抗震设计流程常规桥梁结构构件抗震设计流程动力弹塑性动力弹塑性模块模块/静力静力弹塑性模块弹塑性模块边界非线性边界非线性模块模块Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.,Ltd.欢迎交流欢迎交流！