桥梁结构论文抗震性能论文

1、 桥梁结构论文抗震性能论文：SAP2000桥梁结构抗震性能评价摘 要：介绍了SAP2000程序中的Pushover方法的基本原理和方法，阐述了利用SAP2000程序进行桥梁结构Pushover分析的计算步骤，结合桥梁破损极限状态的定量准则进行桥梁抗震性能评价，并给出了一个应用实例。结果表明，SAP2000程序可以较方便地实现桥梁结构的Pushover分析，并且可以对一般桥梁结构的抗震性能做出合理的评价。关键词：Pushover分析；桥梁；抗震性能；SAP20001 Pushover方法的基本理论1.1 基本原理SAP2000程序提供的Pushover分析方法，主要基于两本手册，一本是由美国应用

2、技术委员会编制的混凝土建筑抗震评估和修复（ATC-40），另一本是由美国联邦紧急管理厅出版的房屋抗震加固指南（FEMA273/274）。混凝土塑性铰本构关系和性能指标来自于ATC-40，钢结构塑性铰本构关系和性能指标来自于FEMA273/274，而Pushover方法的主干部分，即分析部分采用的是能力谱法，来自于ATC-40。其主要步骤如下：（1）用单调增加水平荷载作用下的静力非线性分析，计算结构的基底剪力-顶点位移曲线；（2）建立能力谱曲线和需求谱曲线；（3）性能点的确定；（4）结果分析和性能评价。1.2 能力谱和需求谱的建立Pushover分析最终要形成结构的能力谱曲线和需求谱曲线，并确定

3、两曲线的交点，能力谱曲线由Pushover分析得到，需求谱曲线由反应谱转换得到。能力谱由结构的荷载-位移曲线转换得来，见图1，具体转换过程如下：结构的荷载-位移曲线上任一点坐标设为（Vt，r）；能力谱曲线上任一点的坐标设为（Sai,S式中：rm-结构的第m振型的振型参与系数；mi-结构的第i层的质量；im-结构的第m振型在第i层的振幅；N-结构的层数。需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱。对弹性需求谱，可以通过将典型（阻尼比为5%）加速度Sa反应谱与位移Sd反应谱画在同一坐标系上，根据弹性单自由度体系在地震作用下的运动方程可知Sa和Sd之间存在下面的关系：对弹塑性结构的AD格式的需求谱的求法，

4、一般是在典型弹性需求谱的基础上，通过考虑等效阻尼比e或延性比两种方法得到折减的弹塑性需求谱。ATC-40采用的是考虑等效阻尼比e的方法。在图2中，dp为等效单自由度体系的最大位移，ATC-40中等效阻尼比e由最大位移反应的一个周期内的滞回耗能来确定，按下式计算：式中：ED-结构单周期运动阻尼所消耗的能量，即滞回环所围成的平行四边形的面积；Es-结构最大应变能，等于图2所示阴影部分三角形面积。为确定e，需要首先假定ap、dp，有了e后，通过对弹性需求谱的折减即可得到弹塑性需求谱（见图3）。将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系中（见图3），两曲线的交点称为性能点，性能点所对应的位移即为

5、等效单自由度体系在该地震作用下的谱位移。将谱位移按式（1）转换为原结构的顶点位移，根据该位移在原结构Vi-i曲线的位置，即可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率、总侧移及层间侧移等，综合检验结构的抗震能力。程序中的地震反应谱与我国建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的地震反应谱表达方式略有不同，需经等效后换成程序中的系数。2 在SAP2000中实现Pushover分析的步骤（1）建立结构的分析模型；（2）定义铰属性，选择默认的铰属性或者自定义铰属性，并将其指定给框架单元；（3）定义荷载工况：定义结构设计时需要的所有静力与动力荷载工况；（4）运行设计所需要的分析；（5）当铰

6、属性是基于程序计算的默认值时，必须进行混凝土设计；（6）定义Pushover分析所需要的荷载工况；（7）运行Pushover分析；（8）查阅Pushover分析结果。3 桥梁破损极限状态划分根据以往的桥梁震害的经验，可以认为桥梁震害主要产生于其下部结构，即使上部结构有破坏，也往往是由下部结构破坏或墩顶过大位移所致。因此，按照桥梁下部结构的破坏程度的不同，桥梁破损极限状态划分为五级：(1)弹性完好极限状态：结构处于弹性工作状态，对应延性系数<1。(2)轻微破损极限状态：这个阶段的位移延性系数取决于截面性质、轴向荷载水平和结构延性性能，但通常均值在2左右，对应混凝土极限压应变：cu0.004

7、，钢筋极限拉应变：s0.015。(3)损伤控制极限状态：该状态对应于结构已经接近达到或略超过最大承载力，对应结构位移延性系数38，在欧洲通常认为该状态的上限4，对应混凝土极限压应变cu1.5（0.04+0.9psfy/300）；(Scott公式：fy为箍筋屈服强度，Ps为体积配筋率)。(4)严重破坏极限状态：对应混凝土极限压应变。大于按上式计算结果，多个截面验算表明，此时结构构件截面抗力已进入下降段。(5)塌破坏极限状态：倒塌破坏极限状态评价需考虑以下几个因素：框架已成为机构体系，并且至少有一个塑性铰转动达到极限塑性转角；纵筋拉断，对I，11级钢筋（s=0.10;3）P-效应，当柱承受的荷载能

8、力减少至低于恒载的水平，结构将会发生倒塌；构造措施。4 实例4.1 工程概况该曲线梁桥设计荷载为城B级，设计车速为30km/h，按基本烈度7度设防，重要性修正系数1.3，场地土为类。跨径为31.4+31.4+31.4m，曲率半径为60m，对应的圆心角为90度，支座处横梁厚2m，跨中处加一道0.5m厚的横隔板，梁体为现浇箱梁，横截面形式如图4。曲梁平面及桥墩布置如图5所示。桥面宽度L设为18m；两端为门式框架墩（编号为，），中间为独柱墩（编号为，），墩高H均在6m左右，统一取为6m；框架墩直径D为1.5m，关于曲梁轴线对称布置，中心间距为4m；独柱墩直径1.8m，布置在曲梁轴线上。主梁采用C50

9、混凝土，弹性模量3.45e10Pa,桥墩采用C40混凝土，弹性模量3.25e10Pa,钢筋混凝土密度为2500kg/m3，剪切模量1.35e10Pa。该桥支座均为盆式橡胶支座，除号桥墩顶部设置了一个固定支座和横向活动支座外，其余各桥墩顶部均设置纵向活动支座，支座的剪切刚度为5e6N/m。4.2 全桥抗震性能评价该桥在SAP2000中进行建模，不考虑桩基础和场地土的影响；结构在墩底固结；全桥采用框架结构，只考虑了纵向预应力筋布置。其中三维坐标X方向是顺桥向，Y方向是横桥向，Z方向是竖向。对该桥进行推倒分析时，假定曲线梁两端的弦线连接方向为顺桥向，与之相垂直的方向为横向，选取顺桥向和横桥向两个方向

10、进行推倒分析。桥梁震害调查发现：桥梁结构遭遇强震时，主要是墩柱发生破坏。因此，在分析模型中主梁不考虑材料的非线性性能，仅在桥墩的上下端设定塑性铰。在墩柱两端添加PMM铰，主梁不添加塑性铰；并设定线性静力分析工况DEAD,非线性静力分析工况GRV及非线性分析工况PUSHOVER用作Pushover分析，其中GRV工况为PUSHOVER工况的初始条件；取号墩墩顶位移为检测位移来控制Pushover分析过程。本文考虑了地震烈度为6度、7度、8度，9度的情况，Pushover分析得到的结构的性能点见表1表2。不同地震烈度水平下的桥梁破损极限状态见表3表4。可以看出，该桥具有足够的抗震能力。5 结语本文介绍了运用SAP2000程序进行桥梁结构Pushover分析的基本原理，结合桥梁破损极限状态的划分，对一实际曲线梁桥进了抗震性能评价。结果表明Pushover方法简便易操作，可以对一般桥梁结构的抗震性能做出合理的评价。当然，该方法还存在进一步需要研究的问题，比如塑性铰特性的定义，侧向荷载的加载模式等。参考文献1Imbsen R A.Penzien J.Evaluation of Energy