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1、工程抗震 第十三講第十三講 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)(一一) 工程抗震 13.113.1設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程 工程抗震 13.1 13.1 設(shè)計(jì)性能與破壞調(diào)查設(shè)計(jì)性能與破壞調(diào)查 橋梁橋梁是社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)費(fèi)用高、公共性強(qiáng)。 區(qū)域抗震防災(zāi)、危機(jī)管理的一個(gè)組成部分危機(jī)管理的一個(gè)組成部分，地震破壞將帶來重大的次生災(zāi)害（道路是城市的生命線）。 自唐山地震以來，我國(guó)開始考慮橋梁的抗震設(shè)計(jì)。 工程抗震 1 1）橫向移動(dòng)）橫向移動(dòng) 工程抗震 工程抗震 分隔帶撞擊破壞分隔帶撞擊破壞 2 2）縱向移動(dòng)）縱向移動(dòng) 工程抗震 3 3）承載能力不足）承載能力不足 工程抗震 百花大橋橋墩破壞情況百花大橋橋墩破壞情

2、況 工程抗震 小漁洞大橋完全垮塌 工程抗震 日本阪神地震橋梁震害-剪切破壞 工程抗震 日本阪神地震橋梁震害-彎曲破壞 工程抗震 4 4）支座破壞）支座破壞 工程抗震 落梁落梁 工程抗震 地震時(shí)橋梁破壞特征地震時(shí)橋梁破壞特征 （1）上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞比較少 （2）地基基礎(chǔ)除液化外因承載力問題引起的破壞實(shí)例比較少 （3）主要的破壞形式： 橋墩的剪切破壞（延性不足）橋墩的剪切破壞（延性不足） 橋墩的彎曲破壞（具有良好的抗塌能力）橋墩的彎曲破壞（具有良好的抗塌能力） 支座破壞（落梁支座破壞（落梁）。 獨(dú)柱式結(jié)構(gòu)破壞尤為嚴(yán)重獨(dú)柱式結(jié)構(gòu)破壞尤為嚴(yán)重 工程抗震 剪切破壞的機(jī)理剪切破壞的機(jī)理 4個(gè)階段： 截面彎

3、矩達(dá)到開裂強(qiáng)度時(shí)截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫； 隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，柱內(nèi)出現(xiàn)斜方向的剪切裂縫； 局部剪切裂縫增大，箍筋屈服導(dǎo)致剪切裂縫進(jìn)一步增長(zhǎng)； 發(fā)生脆性的剪切破壞。 工程抗震 彎曲破壞的機(jī)理彎曲破壞的機(jī)理 4個(gè)階段： 當(dāng)彎矩達(dá)到開裂強(qiáng)度時(shí)截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫； 隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，受拉側(cè)的縱筋達(dá)到屈服強(qiáng)度； 隨著變形量的增大，保護(hù)層混凝土脫落、塑性鉸范圍擴(kuò)大； 鋼筋壓屈（或拉斷）和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂。 工程抗震 第十四講第十四講 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)（二）橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)（二） 工程抗震 13.2 13.2 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則 1 1） 一般事項(xiàng)一般事項(xiàng)

4、 兩階段設(shè)計(jì)：E1地震重現(xiàn)期為467年，E2地震重現(xiàn)期大約2700年。 重要性分類：分A-D類，A類相當(dāng)于建筑物的甲類。 設(shè)防目標(biāo)：E1地震作用時(shí)不損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用；E2地震作用時(shí)，A 類橋梁震后可繼續(xù)使用，B、C類橋梁震后可修。 適用范圍：跨徑小于150m的混凝土梁橋、圬工或混凝土拱橋。斜拉橋和懸索橋、跨徑超過 150m 的特大跨徑梁橋和拱橋只給出抗震設(shè)計(jì)原則。大于9度地區(qū)的橋梁和有特殊要求的大跨度或特殊橋梁，其抗震設(shè)計(jì)應(yīng)作專門研究。 抗震設(shè)計(jì)范圍：A、B 和C 類橋梁進(jìn)行E1和E2作用下的抗震設(shè)計(jì)。D 類橋梁只進(jìn)行E1作用下的抗震設(shè)計(jì)。 工程抗震 2 2） 橋梁抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)

5、準(zhǔn)橋梁抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) A類橋梁：主跨超過 150m 的特大橋，B類橋梁是指除 A 類以外的高速公路和一級(jí)公路上的橋梁及二級(jí)公路上的大橋、特大橋等，C類橋梁是指屬A、B、D類以外的公路橋梁，D類橋梁是指位于三、四級(jí)公路上的中橋、小橋。 各類橋梁的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 各類橋梁的重要性系數(shù) 工程抗震 3 3） 場(chǎng)地和地基場(chǎng)地和地基 場(chǎng)地分類同建筑物抗震設(shè)計(jì) 液化判斷以及處理基本同建筑物抗震設(shè)計(jì) 地基承載能力驗(yàn)算以及樁基驗(yàn)算基本同建筑物抗震設(shè)計(jì) 工程抗震 4 4）地震作用）地震作用 （1）一般情況下只考慮水平向地震作用，直線橋可分別考慮順橋向和橫橋向的地震作用。 （2）豎向地震作用：設(shè)防烈度為8度和9度

6、時(shí)的拱式結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)懸臂橋梁結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)，應(yīng)同時(shí)考慮豎向地震作用。 （3）地震作用分量組合 當(dāng)同時(shí)考慮三個(gè)方向的地震作用時(shí)，總的地震作用效應(yīng)為： 其中，EX、EY和EZ分別為X、Y 和Z 方向上的地震作用最大效應(yīng)。 （4）計(jì)算方法：可以用設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜、設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程和設(shè)計(jì)地震動(dòng)功率譜表達(dá)。 222xyzEE E E工程抗震 （5）加速度反應(yīng)譜：阻尼比為5 的水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜 Smax=2.25CiCsCdA 式中，Ci為重要性系數(shù)、Cs為場(chǎng)地系數(shù)、Cd為阻尼調(diào)整系數(shù)、A 為設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值 工程抗震 豎向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜由水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜乘以下式給出的豎向/水平向譜比函數(shù)R

7、。 基巖場(chǎng)地： R=0.65 （偏于安全考慮） 土層場(chǎng)地： 1.00.11.02.5(0.1)0.10.30.50.3TRTTT工程抗震 5 5） 計(jì)算方法計(jì)算方法 抗震分析時(shí)可將橋梁劃分為規(guī)則橋梁和非規(guī)則橋梁兩類，分別采用對(duì)應(yīng)的方法。 時(shí)程計(jì)算方法、反應(yīng)譜法在第5章已經(jīng)作了詳細(xì)的闡述，與建筑結(jié)構(gòu)之間沒有本質(zhì)的區(qū)別。 抗震設(shè)計(jì)方法類別：A類 抗震設(shè)計(jì)方法類別：B類 規(guī)則 非規(guī)則 規(guī)則 非規(guī)則 E1地震作用 SM/MM MM/TH SM/MM SM/MM E2地震作用 SM/MM MM/TH 注：TH為線性或非線性時(shí)程計(jì)算方法；SM為單振型反應(yīng)譜；MM為多振型反應(yīng)譜法。 工程抗震 規(guī)則橋梁的定義

8、規(guī)則橋梁的定義 參 數(shù) 參數(shù)值 單跨最大跨徑 90m 墩高 30m 單墩長(zhǎng)細(xì)比 大于2.5且小于10 跨數(shù) 2 3 4 5 6 及半徑R 90，同時(shí)曲梁半徑 R20b（b為橋?qū)挘?跨與跨間最大跨長(zhǎng)比 3 2 2 1.5 1.5 軸壓比 0.3 跨與跨間橋墩最大剛度比 4 4 3 2 下部結(jié)構(gòu)類型 橋墩為單柱墩、雙柱框架墩、多柱排架墩 地基條件 不易液化、側(cè)向滑移或易沖刷的場(chǎng)地，遠(yuǎn)離斷層 工程抗震 6 6） 延性設(shè)計(jì)的延性設(shè)計(jì)的容許地震損傷位置 基礎(chǔ)、蓋梁、梁體、節(jié)點(diǎn)、剪切強(qiáng)度按能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)（即地震時(shí)不容許發(fā)生這些破壞），損傷發(fā)生在橋墩。這是根據(jù)地震以后修復(fù)難易程度、是否發(fā)生致命性倒塌破壞來

9、考慮的。 即使對(duì)橋墩，損傷截面為之也使限定的，發(fā)生在墩底、墩頂和墩底。這是根據(jù)地震損傷對(duì)結(jié)構(gòu)延性性能的影響程度決定的。在墩底截面進(jìn)入塑性的結(jié)構(gòu)，延性優(yōu)于中間截面進(jìn)入塑性的結(jié)構(gòu)。 工程抗震 塑性截面位置的影響 墩低塑性墩中間塑性極限位移極限位移鋼筋加強(qiáng)鋼筋鋼筋塑性截面塑性截面工程抗震 7 7） 建模原則建模原則 反映結(jié)構(gòu)的空間動(dòng)力特性：一般采用桿系結(jié)構(gòu)計(jì)算，質(zhì)量為集中質(zhì)量（因?yàn)榈碗A振型對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響非常大） 不考慮塑性（不容許發(fā)生損傷或者不會(huì)發(fā)生損傷）的構(gòu)件，用彈性梁?jiǎn)卧幌喾纯紤]塑性影響的單元采用彈塑性梁?jiǎn)卧?細(xì)長(zhǎng)的單元（長(zhǎng)細(xì)比大于8），宜考慮P-效應(yīng)。 工程抗震 工程抗震 一般用地基

10、彈簧來考慮土與結(jié)構(gòu)之間的相互作用，在計(jì)算模型中直接考慮。 xzhKvKK 有限元模擬基礎(chǔ)周圍場(chǎng)地橋梁結(jié)構(gòu)剛性基巖輸入地震波底面粘性邊界(或者剛性)側(cè)面能量傳遞邊界或粘性邊界側(cè)面能量傳遞邊界或粘性邊界工程抗震 工程抗震 工程抗震 考試范圍 1）震級(jí)和烈度的概念； 2）工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和多階段設(shè)計(jì)方法的基本理念； 3）概念設(shè)計(jì)的基本概念； 4）場(chǎng)地分類與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主要事項(xiàng) 5）地震反應(yīng)譜的概念； 6）振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法； 7）豎向地震作用和扭轉(zhuǎn)地震作用的基本概念； 8）底部剪力法（含計(jì)算題）; 9）建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全驗(yàn)算基本內(nèi)容； 10）框架結(jié)構(gòu)水平地震響應(yīng)計(jì)算（含計(jì)算題）基本方法和設(shè)計(jì)基本原則； 11）砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本概念（書上思考題） 12）構(gòu)筑物的抗震設(shè)計(jì)基本概念（書上思考題） 13）橋梁抗震設(shè)計(jì)的基本原則、地震作用以及結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算（含計(jì)算題）的基本內(nèi)容； 14）地下空間結(jié)構(gòu)的基本原則、地震作用、結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算的基本內(nèi)容； 15）減隔震設(shè)計(jì)的基本原理以及基本方法。 工程抗震