桥梁抗震规范宣讲3-李建中1

1、桥梁抗震分析、验算与延性构造措施桥梁抗震分析、验算与延性构造措施李建中李建中同济大学同济大学公路桥梁抗震设计细则公路桥梁抗震设计细则宣讲宣讲延性构造细节设计延性构造细节设计 抗震分析抗震分析强度与变形验算强度与变形验算 汶川地震桥梁震害与抗震设计汶川地震桥梁震害与抗震设计1.11.1典型桥梁震害典型桥梁震害 1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计落梁破坏落梁破坏桥梁结构特点：采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上桥梁结构特点：采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上 百花大桥庙子坪大桥G213庙子坪大桥庙子坪大桥1345679111315171921232501251252

2、201750都江堰汶川第5孔落梁1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计百华大桥百华大桥百华大桥位于岷江右岸，桥长百华大桥位于岷江右岸，桥长495.55m495.55m，最大墩高，最大墩高30.87m30.87m。上部采用。上部采用4 42525（钢筋砼连续梁）（钢筋砼连续梁）+5+52525（钢筋砼连续梁）（钢筋砼连续梁）+50+50（简支（简支T T梁）梁）+3+32525（钢筋砼连续梁）（钢筋砼连续梁）+5+52020（钢筋砼连续梁）（钢筋砼连续梁）+2+22020（钢筋砼连续梁）平（钢筋砼连续梁）平面位于面位于R=150R=150的圆曲线（左偏）、的圆曲线（左偏）、

3、L=192.601L=192.601的直线以及的直线以及R=66R=66的圆曲（右的圆曲（右偏）上。第偏）上。第5 5联桥跨，即联桥跨，即5-205-20米连续梁整体倾覆，完全破坏米连续梁整体倾覆，完全破坏 1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计联第 5 联第 6 联墩编号13141516（固定）171819（固定）20墩高(m)30.329.929.726.922.218.17.1桥台1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计阪神地震中西宫港大桥引桥落梁阪神地震中西宫港大桥引桥落梁 Span collapse,1971 San Fernando ear

4、thquake.1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计1989 Loma Prieta Earthquake墩柱破坏墩柱破坏汶川地震百华大桥墩柱破坏汶川地震百华大桥墩柱破坏Loma Prieta Loma Prieta 震害震害1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计19951995年日本阪神大地震年日本阪神大地震Hanshin ExpresswayHanshin Expressway洛马-普雷塔大地震19991999年台湾集集地震年台湾集集地震1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计日本阪神（日本阪神（19951995）1 1 桥

5、梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计基础破坏基础破坏1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计支座滑动、破坏及梁体位移支座滑动、破坏及梁体位移映秀岷江大桥映秀岷江大桥 1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计 1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计寿江大桥寿江大桥 1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计其它桥梁其它桥梁1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计梁体间碰撞，挡块破坏梁体间碰撞，挡块破坏1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计1.21.2桥梁震害原因

6、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支承连支承连接部件接部件失效失效固定支座：固定支座：强度不足强度不足活动支座：活动支座：位移能力不足位移能力不足橡胶支座橡胶支座：梁底与支座底滑动梁底与支座底滑动墩、台支承宽度墩、台支承宽度不足、防落梁措不足、防落梁措施设计不合理施设计不合理（限位装置）（限位装置）落梁落梁梁体较梁体较大位移大位移梁、墩梁、墩台间较台间较大位移大位移伸缩缝、挡伸缩缝、挡块破坏（碰块破坏（碰撞问题）撞问题）足够搭接长度足够搭接长度合理设计防落梁合理设计防落梁措施和限位装置措施和限位装置1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计采用板式橡胶

7、支座的桥梁，混凝土挡块在地震中破坏，可以有采用板式橡胶支座的桥梁，混凝土挡块在地震中破坏，可以有效减少下部结构所受地震力，但对于这种类型的桥梁抗震设计效减少下部结构所受地震力，但对于这种类型的桥梁抗震设计的关键怎样采用合理的梁体限位装置、设置足够的梁墩合理搭的关键怎样采用合理的梁体限位装置、设置足够的梁墩合理搭接长度控制梁体位移在不发生落梁的范围又不增加墩柱地震力。接长度控制梁体位移在不发生落梁的范围又不增加墩柱地震力。1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计在高烈度地震区尽可能采用整体性和规则性好的桥梁结构，结在高烈度地震区尽可能采用整体性和规则性好的桥梁结构，结构的布置

8、要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避免突然变化。从几何线形上看，尽量选用直线桥梁。免突然变化。从几何线形上看，尽量选用直线桥梁。选择合理的连接形式，对桥梁抗震性能十分重要，对于高桥墩选择合理的连接形式，对桥梁抗震性能十分重要，对于高桥墩的桥梁，建议采用上部结构与下部结构有选择性的刚性连接的桥梁，建议采用上部结构与下部结构有选择性的刚性连接（固接方式）；对于矮墩桥梁，上部结构和下部结构联结建议（固接方式）；对于矮墩桥梁，上部结构和下部结构联结建议采用支座连接方式，并合理设置梁墩的搭接长度。采用支座连接方式，并合理设置梁墩的搭接长度。

9、 1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁墩柱破坏桥梁墩柱破坏墩柱延性不足：横向约束箍筋配置不足；墩柱延性不足：横向约束箍筋配置不足；（抗弯破坏）（抗弯破坏） 构造缺陷：横向约束箍筋间距过大，搭接失构造缺陷：横向约束箍筋间距过大，搭接失 效，纵筋过早切断，锚固长度不足；箍筋端部效，纵筋过早切断，锚固长度不足；箍筋端部 没有弯钩等没有弯钩等抗剪强度不足：横向箍筋配置不足；抗剪强度不足：横向箍筋配置不足；（剪切破坏）（剪切破坏）延性抗震设计延性抗震设计能力保护设计能力保护设计1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计基础破坏基础破坏断裂通过断裂通过 基础移

10、位、沉降基础移位、沉降 避让避让土破坏：土破坏：沙土液化沙土液化 防液化措施防液化措施桩身破坏：桩身破坏：能力保护设计能力保护设计1 1 桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁地震桥梁震害与抗震设计6 6 抗震分析抗震分析适用范围：适用范围： 常规桥梁常规桥梁 单跨跨径不超过单跨跨径不超过150m150m的混凝土梁；桥圬工或混凝土拱桥；墩高的混凝土梁；桥圬工或混凝土拱桥；墩高超过超过40m40m，墩身第一阶振型有效质量低于，墩身第一阶振型有效质量低于6060 第1振型第2振型第3振型6.1 6.1 一般规定一般规定规则桥梁和非规则桥梁划分规则桥梁和非规则桥梁划分 表6.1.4 桥梁抗震分析可采用的计算

11、方法B类C类D类规则非规则规则非规则规则非规则E1SM/MMMM/THSM/MMMM/THSM/MMMME2SM/MMTHSM/MMTH-6 6 抗震分析抗震分析表表6.1.3 6.1.3 规则桥梁的定义规则桥梁的定义 参参 数数参数值参数值单跨最大跨径单跨最大跨径 90m90m墩高墩高30m30m单墩高度与直径、或宽度比单墩高度与直径、或宽度比大于大于2.52.5且小于且小于1010跨数跨数2 23 34 45 56曲线桥梁圆心角曲线桥梁圆心角 及半径及半径R R 单跨单跨 30且一联累计 9090，同时曲梁半径，同时曲梁半径 R R2020b b（b b为桥宽）为桥宽）跨与跨间最大跨长比跨

12、与跨间最大跨长比3 32 22 21.51.51.5轴压比轴压比 0.3 0.3跨与跨间桥墩最大刚度比跨与跨间桥墩最大刚度比4 44 43 32支座类型支座类型普通板式橡胶支座、盆式支座（铰接约束）等。使用滑板普通板式橡胶支座、盆式支座（铰接约束）等。使用滑板支座、减隔震支座等属于非规则桥梁支座、减隔震支座等属于非规则桥梁下部结构类型下部结构类型桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩。桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩。地基条件地基条件不易液化、侧向滑移或易冲刷的场地，远离断层不易液化、侧向滑移或易冲刷的场地，远离断层6 6 抗震分析抗震分析截面特性取值取值截面特性取值取值地震作用下，桥台台身

13、地震惯性力可按静力法计算。地震作用下，桥台台身地震惯性力可按静力法计算。 E1E1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 E2E2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，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 yyeffcMIEnyu曲 率nMyMMu弯 距=Vc0Vc0Mn_06 6 抗震分析抗震分析延性构件延性构件能力保护构件能力保护构件桥墩桥墩 横梁（盖梁）、基础、墩柱抗剪横梁（盖梁）、基础、墩柱抗剪 、支座、支座梁墩相对位移梁墩相对

14、位移 6.2 6.2 梁桥延性抗震设计梁桥延性抗震设计6 6 抗震分析抗震分析nyu曲率nMyMMu弯距=Vc0Vc0Mn_0coMMcoPVcon0= M (a) 脆性链子 (b)延性链子PP脆性链子，强度为脆性链子，强度为Pib延性链子，强度延性链子，强度为为Pd脆性链子，强度为PibP图3-14 能力设计原理的简单范例6 6 抗震分析抗震分析6.3 6.3 建模原则建模原则桥梁动力空间计算模型模型建立模型建立单元质量可采用集中质量代表；单元质量可采用集中质量代表；墩柱和梁体的单元划分应反映墩柱和梁体的单元划分应反映结构的实际动力特性；结构的实际动力特性；支座单元应反映支座的力支座单元应反

15、映支座的力学特性学特性 混凝土结构的阻尼比可取为混凝土结构的阻尼比可取为0.050.05；进行时程分析时，可采用瑞利阻进行时程分析时，可采用瑞利阻尼尼 计算模型应考虑相邻结构和边计算模型应考虑相邻结构和边界条件的影响界条件的影响 KaMaC101210mnmnaa6 6 抗震分析抗震分析 板式橡胶支座剪切刚度板式橡胶支座剪切刚度 tAGkrd活动盆式支座活动盆式支座 梁柱单元的弹塑性单元梁柱单元的弹塑性单元 6 6 抗震分析抗震分析考虑桩考虑桩- -土共同作用边界单元土共同作用边界单元 边界条件模拟边界条件模拟6 6 抗震分析抗震分析规则桥梁可按本细则第规则桥梁可按本细则第6.76.7节的要求

16、选用简化计算模型：节的要求选用简化计算模型：单墩模型单墩模型 地震输入方向：地震输入方向： 直线桥，沿顺桥向和横桥向两个水平方向地震输入；直线桥，沿顺桥向和横桥向两个水平方向地震输入； 曲线桥，沿相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向曲线桥，沿相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向 地震输入（用曲梁单元时，只需计算一联两端连线（割线）和垂直地震输入（用曲梁单元时，只需计算一联两端连线（割线）和垂直 割线方向的地震输入），以确定最不利地震水平输入方向。割线方向的地震输入），以确定最不利地震水平输入方向。 6 6 抗震分析抗震分析6.4 6.4 反应谱法反应谱法ijjijjim

17、SFm m1 1m m2 2m m3 3jiF Fj1j1F Fj2j2F Fj3j36 6 抗震分析抗震分析SRSSSRSS方法组合方法组合2jFFCQCCQC方法组合方法组合 ijjijiFrFF6 6 抗震分析抗震分析地震动三要素地震动三要素l 振幅振幅l 频谱频谱： 振幅振幅- -频率频率 关系曲线关系曲线l 持续时间持续时间6.5 6.5 时程分析方法时程分析方法tuIMtxKtxCtxMgt.)()()(6 6 抗震分析抗震分析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 3组时程波计算时，应取组时程波计算时，应取3 3组组计算结果的最大值；当采用计算结果的最大值；当采用

18、7 7组时程波计算时，可取组时程波计算时，可取7 7组结组结果的平均值。果的平均值。在在E1E1地震作用下，线性时程法的计算结果不应小于反应谱地震作用下，线性时程法的计算结果不应小于反应谱法计算结果的法计算结果的80%80%。6 6 抗震分析抗震分析6.76.7规则桥梁计算规则桥梁计算（简化为单墩模式（简化为单墩模式) )规则桥梁重力式桥墩顺桥向和横桥向的水平地震力规则桥梁重力式桥墩顺桥向和横桥向的水平地震力 1/htphtES Gg6 6 抗震分析抗震分析板式橡胶支座的规则桥梁板式橡胶支座的规则桥梁 11/itpihshspnitpikES Ggkipisipisitpkkkkk1sndri

19、sjG Akt2KipkK16 6 抗震分析抗震分析实体墩由墩身自重在墩身质点的水平地震力实体墩由墩身自重在墩身质点的水平地震力 1 11/ihphiiESX Gg柱式墩由墩身自重在板式橡胶支座顶面产生的水平地震力柱式墩由墩身自重在板式橡胶支座顶面产生的水平地震力 1/hphtpES Gg6 6 抗震分析抗震分析在在E2E2地震作用下，可按下式计算墩顶的顺桥向和横桥向水平位移：地震作用下，可按下式计算墩顶的顺桥向和横桥向水平位移：cdF Fc0.1TsgTT gTTs1 . 0结构周期1.51.0 时按线性插值求得6 6 抗震分析抗震分析6.8 6.8 能力保护构件计算能力保护构件计算nyu曲

20、 率nMyMMu弯 距=Vc0Vc0Mn_0能力保护能力保护墩柱抗剪墩柱抗剪盖梁盖梁桥梁基础桥梁基础应根据可能出现塑性铰处按实配钢应根据可能出现塑性铰处按实配钢筋，并采用材料强度标准值和轴压筋，并采用材料强度标准值和轴压力计算出的弯矩承载能力力计算出的弯矩承载能力, ,考虑超考虑超强系数来计算强系数来计算 coMMcoPVcon0= MGMGMMGMGllrrstststMMstVVcocococo6 6 抗震分析抗震分析 E2E2地震作用下，如桥梁墩柱未进入塑性，桥梁墩柱的剪力设计值、地震作用下，如桥梁墩柱未进入塑性，桥梁墩柱的剪力设计值、桥梁基础和盖梁的内力设计值可用桥梁基础和盖梁的内力设

21、计值可用E2E2地震作用的计算结果地震作用的计算结果 6 6 抗震分析抗震分析7 7 强度与变形验算强度与变形验算7.1 7.1 一般规定一般规定地震地震E1E1地震地震E2E2地震地震结构在弹性工作结构在弹性工作范围，无损伤范围，无损伤损伤、弹塑性变形、足损伤、弹塑性变形、足够的塑性变形能力够的塑性变形能力 墩抗剪、基础、盖梁、墩抗剪、基础、盖梁、主拱圈主拱圈 等不损伤等不损伤桥墩延性构件桥墩延性构件能力保护能力保护7 7 强度与变形验算强度与变形验算D D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台，可只进行类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台，可只进行E1E1地震作地震作用下结构的强度验算。用下结构

22、的强度验算。7 7 强度与变形验算强度与变形验算7.2 D7.2 D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台强度验算类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台强度验算顺桥向和横桥向顺桥向和横桥向E1E1地震作用效应和永久作用效应组合后，应按现地震作用效应和永久作用效应组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算行公路桥涵设计规范相关规定验算 为了简化计算，在进行为了简化计算，在进行D D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩等类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩等的支座抗震验算时，虽然只进行的支座抗震验算时，虽然只进行E1E1地震作用下的地震反应地震作用下的地震反应分析，但采用一个支座调整系数来考虑分析，但采用一个支座调整系

23、数来考虑E2E2地震作用效应，地震作用效应，通过大量分析，建议取通过大量分析，建议取2.32.3。7.3 B7.3 B类、类、C C类桥梁抗震强度验算类桥梁抗震强度验算强度验算强度验算E1E1地震地震桥墩、桥台强度桥墩、桥台强度E2E2地震地震矮墩矮墩 拱桥主拱圈、联接拱桥主拱圈、联接系和桥面系系和桥面系 能力保护构件能力保护构件墩柱塑性铰墩柱塑性铰区域抗剪区域抗剪 基础、盖梁等基础、盖梁等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：0(0.0023)ccesVfAV0.10.067ksyhcekA

24、 bVff AS7 7 强度与变形验算强度与变形验算7.4 B7.4 B类、类、C C类桥梁墩柱的变形验算类桥梁墩柱的变形验算E2E2地震作用下，一般情况应验算潜在塑性铰区域沿顺桥向和地震作用下，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，验算桥墩墩顶的横桥向的塑性转动能力，但对于规则桥梁，验算桥墩墩顶的位移，对于高宽比小于位移，对于高宽比小于2.52.5的矮墩，验算强度。的矮墩，验算强度。 7 7 强度与变形验算强度与变形验算up()/upuyLK0.080.0220.044pysysLHf df d23pLb E2E2地震作用下，桥墩潜在塑性铰区域沿顺桥向和

25、横桥向的塑性转动地震作用下，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：应满足：7 7 强度与变形验算强度与变形验算yy中 性 轴ixyix形 心 轴oAiiyiysufyffsbsfsushssb等效屈服曲率、极限破坏状态的曲率 7 7 强度与变形验算强度与变形验算yyD213. 2yyH957. 1圆形截面和矩形截面截面屈服曲率和极限率简化公式圆形截面和矩形截面截面屈服曲率和极限率简化公式：矩形截面屈服曲率屈服曲率：圆形截面极限曲率圆形截面极限曲率矩形截矩形截截面极限曲率截面极限曲率33(2.826 106.850)(8.575 1018.638)ucucucgPDf A32(1.

26、635 101.179)(28.7390.6560.010)ussscgPDf A圆形截面屈服曲率屈服曲率：33(4.999 1011.825)7.004 1044.486ucucucgPHf A42(5.387 101.097)(37.7220.0390.015)ussscgPHf A7 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:du 单柱墩容许位移 upyuLHH)2(3127 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 F，进行非线性静，进行非线性静力分析力分析 7 7 强度与变形验算强度与变形验算7.5 B7.5 B类、类、C C类桥梁的支座验算类桥梁的支座验算橡胶支座橡胶支座 支座厚度验算支座厚度验算 变形变形抗滑稳定性验算抗滑稳定性验算 00tanXtXhzbbdER 盆式支座盆式支座 活动盆式支座活动盆式支座 固定盆式支座固定盆式支座7 7 强度与变形验算强度与变形验算8 8 延性构造细节设计延性构造细节设计图9.1.5 高墩常用的空心截面类型8.1 8.1 墩柱结构构造措施墩柱结构构造措施墩柱潜在塑性铰区域内加密箍筋的配置墩柱潜在塑性铰区域内加密箍筋的配置 加密区的长度：加密区的长度：弯曲方向截面宽度的弯曲