桥梁地震反应分析(动力时程、pushover)

第四四章章桥桥梁梁地地震震反反应应分分析析非线线性性时时程程分分析析方方法法1、材材料料非非线线性性2、几几何何非非线线性性3、接接触触非非线线性性工程程结结构构非非线线性性问问题题的的分分类类线弹弹性性行行为为弹性性、、非非线线性性弹弹性性、、弹弹塑塑性性脆性性材材料料和和延延性性材材料料反复复荷荷载载下下材材料料的的加加载载、、卸卸载载、、再再加加载载过过程程混凝凝土土的的非非线线性性特特征征钢筋筋的的非非线线性性特特征征荷载载和和变变形形的的相相互互关关系系RC截面面的的弯弯矩矩—曲率率关关系系端部部集集中中受受荷荷悬悬臂臂梁梁的的非非线线性性行行为为RC悬臂臂梁梁在在反反复复荷荷载载下下的的力力-位移移曲曲线线滞回回行行为为强度度退退化化刚度度、、强强度度退退化化耗能能特特征征线弹弹性性/弹塑塑性性动动力力反反应应对对比比线弹弹性性/弹塑塑性性动动力力反反应应对对比比延性性（（Ductility）的的定定义义Paulay和Priestley的定定义义：：结构构或或构构件件的的滞滞回回延延性性，，是是指指在在抗抗力力没没有有明明显显下下降降的的情情况况下下，，结结构构或或构构件件所所能能经经受受的的反反复复弹弹塑塑性性变变形形循循环环的的能能力力。。（1）结结构构或或构构件件至至少少能能够够经经受受住住5次反反复复的的弹弹塑塑性性变变形形循循环环，，而而且且最最大大幅幅值值可可达达设设计计容容许许变变形形值值；；（2）结结构构或或构构件件在在经经理理反反复复的的弹弹塑塑性性变变形形循循环环时时，，抗抗力力的的下下降降量量始始终终不不超超过过最最大大抗抗力力的的20％。。（（国国内内常常用用15％））延性性指指标标曲率率延延性性系系数数（（曲曲率率延延性性比比））位移移延延性性系系数数（（位位移移延延性性比比））曲率率延延性性比比屈服服曲曲率率极限限曲曲率率位移移延延性性比比位移移延延性性比比与与曲曲率率延延性性比比的的关关系系位移移延延性性比比与与曲曲率率延延性性比比的的关关系系集中中塑塑性性单单元元模模型型分布布塑塑性性单单元元模模型型杆系系模模型型Giberson单分分量量梁梁柱柱单单元元模模型型Clough双分分量量梁梁柱柱单单元元模模型型集中中塑塑性性单单元元模模型型集中中塑塑性性单单元元模模型型Lai氏多多弹弹簧簧单单元元集中中塑塑性性单单元元模模型型的的优优缺缺点点优点点：：对对计计算算机机存存储储容容量量要要求求较较低低，，耗耗费费机机时时少少、、数数值值稳稳定定缺点点：：无无法法反反映映钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件的的非非弹弹性性变变形形区区域域具具有有一一定定的的长长度度、、而而且且这这个个塑塑性性区区长长度度是是随随加加载载历历史史的的变变化化而而变变化化的的这这一一客客观观规规律律。。分布布塑塑性性单单元元模模型型分段段变变刚刚度度模模型型曲线线分分布布柔柔度度模模型型有限限单单元元模模型型经典典刚刚度度法法单单元元（（位位移移插插值值函函数数））基于于柔柔度度法法单单元元（（内内力力插插值值函函数数））端部部受受荷荷悬悬臂臂梁梁材材料料非非线线性性分分析析材料料应应力力-应变变关关系系1个单单元元5个积积分分截截面面梁端端荷荷载载-位移移关关系系曲曲线线积分分点点数数目目对对精精度度的的影影响响曲率率沿沿杆杆长长变变化化图图William肘式式框框架架的的几几何何非非线线性性分分析析EA=8.38x106N/mEI=2.66x107N.mm2荷载载-挠度度曲曲线线分分析析结结果果与与试试验验数数据据比比较较压弯弯构构件件的的非非线线性性分分析析PNRC结构构非非线线性性静静动动力力分分析析材料料本本构构模模型型库库滞回回模模型型库库截面面分分析析求解解算算法法－－荷荷载载控控制制、、位位移移控控制制材料料本本构构模模型型混凝凝土土Hognestad模型型Kent－Park模型型及及其其修修正正模模型型Sheikh－Uzumeri模型型Mander模型型Saatcioglu-Razvi模型型Hoshikuma模型型钢筋筋多线线性性模模型型曲线线弹弹塑塑性性强强化化模模型型混凝凝土土本本构构模模型型—Hognestad模型型无约约束束混混凝凝土土混凝凝土土本本构构模模型型—Kent-Park模型型KP模型型KP修正正模模型型混凝凝土土本本构构模模型型—Sheikh－Uzumeri模型型基于于24个方方形形截截面面混混凝凝土土柱柱试试件件的的轴轴心心抗抗压压试试验验混凝凝土土本本构构模模型型—Mander模型型0.12钢筋筋的的本本构构关关系系钢筋筋的的本本构构关关系系—多线线性性模模型型钢筋筋的的本本构构关关系系—曲线线强强化化模模型型截面面弯弯矩矩－－曲曲率率关关系系分分析析程程序序截面面力力平平衡衡条条件件力平衡？noyes传统统求求解解方方法法：：多多次次迭迭代代、、可可能能发发散散推荐荐方方法法分析析步步骤骤分析析步步骤骤算例例仅需需1-2次迭迭代代！！滞回回模模型型精确确的的滞滞回回模模型型应应能能考考虑虑：：（1）刚刚度度退退化化（2）强强度度退退化化（3）捏捏拢拢效效应应常见见的的滞滞回回模模型型Park三参参数数模模型型光滑滑滞滞回回模模型型使用用微微分分方方程程表表示示n个形形状状控控制制参参数数可考考虑虑刚刚度度退退化化、、强强度度退退化化、、捏捏拢拢效效应应形状状控控制制参参数数对对光光滑滑模模型型的的影影响响形状状控控制制参参数数对对光光滑滑模模型型的的影影响响形状状控控制制参参数数对对光光滑滑模模型型的的影影响响形状状控控制制参参数数对对光光滑滑模模型型的的影影响响各形形状状控控制制参参数数的的共共同同影影响响RC构件件的的拟拟静静力力试试验验仿仿真真Ang等人人的的试试验验No.1圆形形截截面面D=400mmL=1600mm配筋筋率率2.43%含箍箍率率0.76%轴压压比比20%弯曲曲延延性性破破坏坏Arakawa等人人的的试试验验圆形形截截面面D=275mmL=300mm配筋筋率率2.54%含箍箍率率0.94%轴压压比比11%剪切切破破坏坏Davey的试试验验圆形形截截面面D=500mmL=2750mm配筋筋率率2.61%含箍箍率率0.44%轴压压比比6%随机机荷荷载载Ang等人人的的试试验验u3矩形形截截面面400×400mmL=1600mm配筋筋率率1.51%含箍箍率率2.83%轴压压比比38%强度度和和刚刚度度明明显显退退化化单层层RC框架架的的非非线线性性静静动动力力分分析析算算例例OpenSees（OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation）模型型弯矩矩-曲率率分分析析结结果果对对比比Pushover分析析结结果果单层层RC框架架的的非非线线性性时时程程分分析析滞回回模模型型算例例普通通桥桥梁梁上部部结结构构和和盖盖梁梁总总重重估估计计为为7000kNⅡ类场场地地地震震动动峰峰值值加加速速度度为为0.3g罕遇遇地地震震下下动动力力时时程程分分析析PGA调整整至至510cm/s2（0.52g）模型型非线线性性时时程程反反应应分分析析应应注注意意的的问问题题单元元模模型型及及滞滞回回模模型型的的选选择