Midas-Civil新规范桥梁抗震详解117

新规范桥梁抗震设计详解北京迈达斯技术有限公司桥梁抗震培训JTG/TB02-01-2008该桥位于某7度区二级公路上，水平向基本地震加速度值

0.15g。按《中国地震动反应谱特征周期区划图》查的场地特征周期为：0.45s。经现场勘察测得场地土质和剪切波速如下：一、桥梁场地和地基桥梁抗震培训JTG/TB02-01-20081、桥梁场地概况：2、场地类别确定：土层平均剪切波速为：209.8m/s桥梁抗震培训JTG/TB02-01-2008a、确定土层平均剪切波速：一、桥梁场地和地基按此条规范确认为：11.5m。桥梁抗震培训JTG/TB02-01-20082、场地类别确定：b、确定工程场地覆盖层厚度：一、桥梁场地和地基查得场地类别为Ⅱ类场地桥梁抗震培训JTG/TB02-01-20082、场地类别确定：一、桥梁场地和地基桥梁抗震培训JTG/TB02-01-20083、地基抗震验算：一、桥梁场地和地基根据土质判断是否需要抗液化措施：判别地基不液化，不需进行抗液化措施。桥梁抗震培训JTG/TB02-01-20084、液化判别：一、桥梁场地和地基二、桥梁构造、材料概况桥梁形式：三跨混凝土悬臂梁桥梁长度：L=30+50+30=110.0m，其中中跨为挂孔结构，挂孔梁为普通钢筋混凝土梁，梁长16m，墩为钢筋混凝土双柱桥墩，墩高9m预应力布置形式：T构部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力跨中箱梁截面墩顶箱梁截面桥梁抗震培训JTG/TB02-01-2008二、桥梁构造、材料概况桥梁抗震培训JTG/TB02-01-2008材料混凝土主梁采用JTG04（RC）规范的C50混凝土桥墩采用JTG04（RC）规范的C40混凝土钢材采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860荷载恒荷载自重，在程序中按自重输入，由程序自动计算二、桥梁构造、材料概况桥梁抗震培训JTG/TB02-01-2008预应应力力钢束束(φφ15.2mm××31)截面面面面积积:Au=4340mm2孔道道直直径径:130mm钢筋筋松松弛弛系系数数(开),选择择JTG04和0.3(低松松弛弛)超张张拉拉(开)预应应力力钢钢筋筋抗抗拉拉强强度度标标准准值值(fpk):1860N/mm^2预应应力力钢钢筋筋与与管管道道壁壁的的摩摩擦擦系系数数:0.25管道道每每米米局局部部偏偏差差对对摩摩擦擦的的影影响响系系数数:1.5e-006(1/mm)锚具具变变形形、、钢钢筋筋回回缩缩和和接接缝缝压压缩缩值值:开始始点点:6mm结束束点点:6mm张拉力:抗拉强度度标准值值的75%，张拉控控制应力力1395MPa二、桥梁梁构造、、材料概概况桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008三、基本本参数确确定1、确定桥桥梁抗震震设防类类别：二级公路路大桥，，故该桥桥为B类桥梁。桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20082、确定抗抗震设防防等级：：在7度区，按按8度构造措施设防防三、基本本参数确确定桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008抗震设计计总流程程E1地震作用用下抗震震分析步步骤桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20081、确定桥桥梁类型型：确定为规规则桥梁梁桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20082、确定分分析方法法：采用MM法。桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、E1地震反应应谱的确确定：a、确定重重要性系系数：得该桥在在E1地震作用用下重要要性系数数为，在E2地震作用用下重要要性系数数为桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、E1地震反应应谱的确确定：b、确定场场地系数数桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、E1地震反应应谱的确确定：c、确定设设计基本本地震动动加速度度峰值A：在设防烈烈度7度区，A值为0.15g桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、E1地震反应应谱的确确定：d、调整设设计加速速度反应应谱特征征周期调整后为为：桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、E1地震反应应谱的确确定：e、对阻尼尼比为0.05的标准反反应谱进进行修正正阻尼比为为：0.05，计算阻阻尼调整整系数得得桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、E1地震反应应谱的确确定：f、生成反反应谱桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、E1地震反应应谱的确确定：与静力分分析模型型的区别别：不在在精细地地模拟，，而重点点是要真真实、准准确地反反映结构构质量、、结构及及构件刚刚度、结结构阻尼尼及边界界条件。。----参见规范范6.3模型质量刚度阻尼边界条件件桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20084、空间动力力分析模模型的建建立：质量：将建立的模模型进行行质量转换。集集中质量量法：一一般梁桥桥选择，，计算省省时，不不能考虑虑扭转振振型。一一致质量法：：通用，，耗时，，可以考考虑扭转转振型。。路灯质量量转换将二期等反反映铺装装的荷载载转换成成质量。。对于没用荷载载表示的的附属构构件，如如路灯等等，可在在节点上上施加相相应的质质量块。。桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008----参见规范范6.34、空间动力力分析模模型的建建立：刚度：构件刚度度在地震震往复作作用下一一般会降降低，理理论上应应使用各各个构件件的相对对动刚度度，但选选择静刚刚度满足足工程要要求。阻尼：一般使用用阻尼比比来反应整整个桥梁梁的全部部阻尼。。1、钢筋混混凝土、、预应力力钢筋混混凝土梁梁桥阻尼尼比一般般选择2、钢桥阻阻尼比一一般选择择3、钢混结结合梁桥桥分别定定义钢构构件组组组阻尼比比、混凝土土构件组组组阻尼尼比，程序计计算各阶阶振型阻阻尼比：：4、钢混叠叠合梁桥桥可使用用介于0.02-0.05之间的阻阻尼比如如：桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008----参见规范范6.34、空间动力力分析模模型的建建立：边界条件件：各个连接接构件（（支座、、伸缩缝缝）及地地基刚度度的正确确模拟。。连接构件件：普通板式式橡胶支支座：弹弹性连接接输入刚刚度。固定盆式式支座：：主从约约束或弹弹性连接接。活动盆式式支座：：理想弹弹塑性连连接单元元。摩擦摆隔隔震支座座、钢阻阻尼器、、液体阻尼器：程序专专门的模模拟单元元。预应力拉拉索：一一般连接接－钩单单元。伸缩缝和和橡胶挡挡块：一一般连接接－间隙单元。桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008----参见规范范6.34、空间动力力分析模模型的建建立：地基刚度度的模拟拟：在墩低加加上弹簧簧支承，，算出各各个方向向上的弹弹簧刚度度。真实模模拟桩桩基础础，利利用土土弹簧簧准确确模拟拟土对对桩的的水平平侧向向力、、竖向向摩阻阻力。。一般般可用用表征征土介介质弹弹性的的“M”法。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008----参见规规范6.34、空间动动力分分析模模型的的建立立：桥梁参参与组组合计计算的的振型型阶数数的确确定两种方方法确确定结结构自自振特特性：：特征征值求求解和和利兹兹向量量求解解。为了快快速满满足规规范6.4.3，经常常会用用利兹兹向量量法来来计算算参与与组合合计算算的振振型。。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008a、自振特特性分分析：SRSS法和CQC法：根据规规范6.4.3，有SRSS法和CQC法以供供选择择。当结构构振型型分布布密集集，互互有耦耦联时时，推推荐用用CQC。b、振型型组合方方法的的确定定桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008根据规规范5.1.1，该直直线桥桥只需需考虑虑顺桥桥向X和横桥桥向Y的地震震作用用。c、地震震作用用分量量组合合的确确定桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008桥台高4，台背宽宽10，侧宽宽3，土的容重重为，土的内内摩擦擦角为为：根据规范5.5.2，土压压力分分布力力，本例例转化化成集中力力台背背为：：412。侧向向为：：124d、地震震主动动土压压力桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008一般冲冲刷线线算起起的水水深为为：5m。水的容容重为为：，根据规规范5.5.3，地震震动水水压力力为0.92kNe、地震震动水压压力桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008按现行行的公公路桥桥涵设设计规规范相相应的的规范范验算算桥墩墩强度度。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20085、强度验验算：E2地震作作用下下抗震震分析析步骤骤MM桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20081、确定定分析析方法法：采用MM法或NTH法。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20082、E2反应谱谱的确确定步骤与与E1反应谱谱的确确定相相同，，但需需注意意重要性性系数数的取值不不同，，其他他参数数相同同，得得E2地震作作用下下反应应谱如如下。。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008一、选用实实录地地震波波并进进行适适当调整a.midasCivil中提供供了近近40种实录录地震震波b.用户定定义c.导入二、人工地地震波a、相关关部门门提供供的人人工地地震波波；b、clan和Sacks在1974年提出出的用用三角级级数叠加来来模拟拟地震震动加加速度度；地震波波的来来源本例中中主要要选择择实录录地震震波。。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20083、设计加加速度度时程程的确确定（（选用用实录录波））地震波波的三三要素素地震动动三要要素：：频谱特特性、、有效效峰值值和持持续时时间。。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20083、设计加加速度度时程程的确确定（（选用用实录录波））按反应应谱面面积控控制先计算算EPA、EPV，据此计算算并并比较较调取实录地震波持时判断峰值判断是否否是是是否与设计反应应谱分析结果果比较,双指标控制选用是桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-2008否3、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））一般用加速速度幅值调调整地震动幅值值包括加速速度、速度度和位移的的峰值、最最大值或者者某种意义义上的有效效值。加速速度峰值PGA、速度峰值值PGV和位移峰值值PGD是地面运动动强烈程度度最直观的的描述参数数。加速度峰值是最早早提出来的的、也是最最直观的地地震动幅值值定义。幅值的种类类桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083.1、幅值的调整整3、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））因为峰值参参数并非描描述地震动动的最理想想参数，由由高频成分分所确定的的个别尖锐锐峰值对结结构的影响响并不十分分显著，所所以美国ATC-30样本规范所所采用的是是有效峰值值加速度EPA，对有效峰峰值加速度度EPA的求法参见见《midas/Civil2006桥梁抗震设设计功能说说明》，而我国《08细则》采用峰值加加速度PGA。美国采用有有效加速度度峰值EPA，而我国采用用的是加速速度峰值PGA3.1、幅值的调整整有效加速度度峰值桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））以设计加速速度反应谱谱最大值Smax除以放大系系数（约2.25）得到。设计加速度度峰值PGA的求法E1地震时程分分析所用地地震加速度度时程曲线线的最大值值：E2地震时程分分析所用地地震加速度度时程曲线线的最大值值：对于本例：：桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083.1、幅值的调整整3、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））调整加速度度曲线式中：、分别是调整整后的加速速度曲线和和峰值；、分别是原记记录的加速速度曲线和和峰值；桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083.1、幅值的调整整3、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））本例选择程程序自带实实录地震波波：1940,ElCentroSite,270Deg进行调整桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083.1、幅值的调整整3、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））打开工具－－地震波数数据生成器器－Generate－EarthquakeResponseSpectra选择程序自自带实录地地震波：1940,ElCentroSite,270Deg加速度峰值值PGA调整系数桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083.1、幅值的调整整3、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））因为拟相对对速度反应应谱PSV和拟绝对加加速度的反反应谱PSA之间有近似似关系：则可得到特特征周期：其中：为为有效峰值加加速度为有效峰值值速度。对选定的实实录地震波波，首先求求EPV、EPA桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083.2、确定实录录波的特征征周期3、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））在midas程序中提供将地地震波转换换为各种长长周期谱的的功能（工工具－地震震波数据生生成器，生生成后保存存为SGS文件），用用户可以利利用保存的的SGS文件（文本本格式文件件）根据上上面所述方方法计算EPV、EPAa、1978年美国ATC-3规范中的定定义求EPA、EPV（频段固定定）；b、1990年《中国地震烈烈度区划图图》求EPA、EPV（频段不固固定）；详细过程参参见资料《midas/Civil2006桥梁抗震设设计功能说说明》3.2、确定实录录波的特征征周期1、确定EPV、EPA桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20083、设计加速度度时程的确确定（选用用实录波））1、幅值调整整为0.54642、阻尼比输输入0.053、输入长周周期到10秒4、勾选X坐标对数化3.2、确定实录波波的特征周周期2、求EPA3、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）1、幅值调整为为0.54642、阻尼比输入入0.053、输入长周期期到10秒4、勾选X坐标对数化3.2、确定实录波的的特征周期3、求EPV桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）采用1978年美国ATC-3规范中的定义义求EPA、EPV（频段固定））；3.2、确定实录波波的特征周期期3、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）该桥址场地特特征周期为0.45s，与实录波特特征周期0.519比较接近，故故实录波的特特征周期符合合要求。3.3、比较实录波波的特征周期期与桥址特征征周期桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）双指标选波采采用两个频段段控制：一、、对地震记录录加速度反应应谱值在平台段的均值值进行控制，，要求所选地地震记录加速速度谱在该段段的均值与设设计反应谱相相差不超过10％-20%；二、对结构构基本周期T1附近段加速度反应应谱均值进行行控制（可近近似对结构基基本周期T1处加速度反应应谱值进行控控制），要要求与设计反反应谱相差不不超过10％-20%。3.4、双指标控制制桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）经比较：用0.5464系数调整了峰峰值的1940,ElCentroSite,270Deg实录波生成的的长周期加速速度反应谱符符合E2设计加速度反反应谱的双指指标控制。3.4、双指标控制制桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.5、双指标控制制3、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.5、持时持续时间的概概念不是指地地震波数据中中总的时间长长度。持时Td的定义可分为为两大类，一一类是以地震震动幅值的绝绝对值来定义义的绝对持时时，即指地震震地面加速度度值大于某值值的时间总和和，即绝对值的时间间总和，，k常取为0.05；另一类为以以相对值定义义的相对持时时，即最先与与最后一个之之间的时段长度，，k一般取0.3～0.5。不论实际的的强震记录还还是人工模拟拟波形，一般般持续时间取取结构基本周周期的5～10倍。桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.6、与设计反应应谱计算结果果比较《公路桥梁抗震震设计细则》：《建筑抗震设计计规范GB50011_2001条文说明》：对桥梁结构，，也可采用基基底剪力结果果比较桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.6、与设计反应应谱基底剪力力比较设计反应谱基基底剪力：桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.6、与设计反应应谱基底剪力力比较某墩柱时程基基底剪力：桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.7、最终确定所所选波是否符符合条件根据以上各方方面的控制比比较，说明程程序提供的1940,ElCentroSite,270Deg实录波经用0.5464系数调整了峰峰值后适合作作为本桥E2地震作用下的的设计加速度度时程。桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.8、用户导入其其它地震波或或自定义地震震波fn.thd.*UNIT,M,kN*TYPE,ACCEL*DATA0.0000,-0.00470.0200,-0.00570.0400,-0.00700.0600,-0.00840.0800,-0.00610.1000,-0.00630.1200,-0.0090*SGSw*TITLE,EarthquakeRecord*TITLE,*X-AXIS,Time(sec)*Y-AXIS,GroundAccel.(g)*UNIT&TYPE,GRAV,ACCEL*FLAGS,0,0*DATA0.0000,-0.00470.0200,-0.00570.0400,-0.00700.0600,-0.00840.0800,-0.00610.1000,-0.00630.1200,-0.0090*ENDDATA桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20083、设计加速度时时程的确定（（选用实录波波）3.9、按以上原则则继续选波最终选择出符符合条件的多多条实录地震震波桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20083、设计计加加速速度度时时程程的的确确定定（（选选用用实实录录波波））4、时时程程分分析析中中恒恒载载效效应应的的考考虑虑4.1、时时程程分分析析中中考考虑虑恒恒载载效效应应的的必必须须性性根据据在在桥桥梁梁动动力力分分析析时时，，一一般般取取成成桥桥阶阶段段分分析析，，此此时时自自重重恒恒载载已已经经对对结结构构变变形形，，内内力力产产生生了了影影响响。。在在动动力力分分析析时时，，必必须须考考虑虑自自重重恒恒载载的的初初始始效效应应。。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20084、时时程程分分析析中中恒恒载载效效应应的的考考虑虑4.2、Civil时程程分分析析中中考考虑虑恒恒载载效效应应在程程序序中中，做做时时程程分分析析时时通通过过““时时程程荷荷载载工工况况－－加加载载顺顺序序””对对话话框框考考虑虑恒恒载载效效应应，，当当前前时时程程荷荷载载工工况况可可在在前前次次荷荷载载工工况况（（可可以以是是时时程程荷荷载载、、静静力力荷荷载载、、最最后后一一个个施施工工阶阶段段荷荷载载、、初初始始内内力力状状态态））作作用用下下的的位位移移、、速速度度、、加加速速度度、、内内力力状状态态下下继继续续分分析析。桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20084.2、Civil时程程分分析析中中考考虑虑恒恒载载效效应应考虑虑恒恒载载效效应应非线线性性振振型型叠叠加加法法：：接接续续非非线线性性振振型型叠叠加加法法静力力法法非线线性性直直接接积积分分法法对于于线线性性时时程程分分析析，，其其时时程程结结果果和和静静力力结结果果是是可可以以进进行行叠叠加加的的，，本本例例主主要要讨讨论论非非线线性性时时程程分分析析情情况况。。在在Civil时程程分分析析中中，，做做接接续续分分析析时时，，只只能能接接续续相相同同类类型型的的分分析析工工况况4、时时程程分析析中中恒恒载载效效应应的的考考虑虑非线线性性直直接接积积分分法法桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20084.2、Civil时程程分分析析中中考考虑虑恒恒载载效效应应非线线性性振振型型叠叠加加法法：（1）定定义义一一个个斜斜坡坡类类型型的的无无量量纲纲加加速速度度时时程程函函数数““RAMP”如如图图，，在在相相对对结结构构第第一一周周期期较较长长（（如如10倍））的的时时间间段段上上，，从从0到1线性性增增加加，，且且在在相相等等的的时时间间段段上上保保持持恒恒定定。。（2）定定义义一一个个非非线线性性振振型型叠叠加加法法分分析析工工况况如下下图图，分分析析时时间间为为““RAMP”函函数数持持续续时时间间，，振振型型阻阻尼尼输输入入高高阻阻尼尼比比：：0.999，其其它它默默认认。（3）接接续续动动力力非非线线性性振振型型叠叠加加法法分分析析工工况况。。4、时时程程分析析中中恒恒载载效效应应的的考考虑虑桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20084.2、Civil时程程分分析析中中考考虑虑恒恒载载效效应应4、时时程程分析析中中恒恒载载效效应应的的考考虑虑1、避开开结结构构基本本周周期期的的长长时时间间加加载载2、高高阻阻尼尼使使结结构构后后续续振振动动迅迅速速衰衰减减3、无无量量纲纲加加速速度度桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20084.2、Civil时程程分分析析中中考考虑虑恒恒载载效效应应4、时时程程分析析中中恒恒载载效效应应的的考考虑虑直接积积分法法：（a）与振振型叠叠加法法一样样定义义函数数，接接续直直接积积分法法分析析；（b）使用用静力力法。（1）定义义一个个斜坡坡类型型的无无量纲纲函数数。（2）定义义非线线性静静力法法分析析工况况，分分析时时间为1S，其它它默认认。（3）接续续动力力非线线性直直接积积分法法分析析工况况。（（静力法法具体体内容容参见见用户手手册））桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20084.2、Civil时程分分析中中考虑虑恒载载效应应4、时程程分析中中恒载载效应应的考考虑1、函数数为无无量纲纲2、静力力荷载载工况况都定定义桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20084.2、Civil时程分析中中考虑恒载载效应4、时程分析中恒载载效应的考考虑综述：（a）使用重力力加速度g作为时程函函数时，只只能考虑能能转换为质质量的荷载载效应，包包括：模型型自重、能能转换为质质量的荷载载、节点质质量。对于于预应力荷荷载是不能能考虑的；（b）使用静力力法。可以以考虑所有有静力荷载载工况，所所以在使用用直接积分分法时，优优先选择静静力法来考考虑恒载效效应。桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20084.3、空间模型型建立及荷荷载施加空间动力分分析模型的的建立，延延性构件抗抗弯刚度反反应谱分析析中需做相相应折减，，时程分析析中需对可可能进入塑塑性的构件件运用弹塑塑性梁单元元（分布铰铰或纤维模模型）或用用弯曲弹簧簧模型（集集中铰）。。自振特性分分析振型组合方方法的确定定地震作用分分量组合的的确定桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20084、时程分析中恒载载效应的考考虑5、截面属性性求解按现行的公公路桥涵设设计规范相相应的规范范验算桥墩墩的抗弯强强度，但与与E1的强度验算算不完全相相同,延性构件的的有效截面面抗弯刚度度需折减桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20085、截面属性性求解求延性构件件的有效截截面抗弯刚刚度利用规范公公式6.1.6计算理论方法求求解CIVIL程序计算通过轴压比比、纵筋配配筋率得桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20085.1、理论方法法求解、、5、截面属性性求解1、确定曲线纤维模型（（条带法、、将材料的的应力－应应变关系曲曲线转换成成截面内力力－变形关关系曲线））基本假定：（1）平截面假假定；（2）剪切应变变的影响忽忽略不计；（3）钢筋与混混凝土之间间无滑移现现象一般采用逐逐级加变形形的方法求求曲线。2、根据曲线确定屈服弯弯矩、屈服曲率率一般采用几几何作图法法（包括等等能量法、、通用屈服服弯矩法等等）将确定定的曲线近似简简化为双折线型型或三折线线型恢复力力模型，规规范7.4.4推荐的是几几何作图法法中的等能能量法将曲线转转换为双折折线理想弹弹塑性恢复复力模型。。桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20085.2、Civil程序计算、、5、截面属性性求解

对截面进行配筋设计后，将程序中美国联邦紧急管理厅出版的《房屋抗震加固指南》FEMA定义的基本铰属性，分配给定义好的单元，自动计算屈服面特性值，得到截面屈服弯矩

。桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20081、用动力弹塑性模块中的纤维模型来求解屈服弯矩

、。2、用动力弹塑性模块中的骨架模型来求解屈服弯矩、。3、用静力弹塑性模块中的铰属性来得到屈服弯矩

、。

5.2.1、Civil程序（纤维维模型)计算、、1、纤维截面面的划分原原则。（1）根据横向向和纵向钢钢筋布置，，将截面初初步分为钢钢筋区域和和混凝土区区域，混凝凝土又分为为受约束和和不受约束束两类。（2）根据截面面受力特点点，对非线线性变化很很剧烈的部部分要有一一定的细化化，但是具具体的细化化程度要有有效把握，，不可过大大或过小。（3）可在纤维单元元中添加用用以模拟钢钢筋与混凝凝土之间粘粘结滑移效效应的拉拔拔纤维以及及模拟裂缝缝面的“裂裂面效应””的隙缝纤纤维以弥补补普通纤维维模型对充充分粘结假假定的局限限性。采用先粗后后细原则——第一步粗划分：考虑箍筋对混凝土的的约束作用，一般般可将保护层层范围内的的混凝土划划分为非约束混凝土土区域，剩下的就就是约束混混凝土区域；第二步细划分：：对某些区域域进行细化化。荷载后期期，伴随着着钢筋滑移移、混凝土土开裂和大大的塑性变变形以及外外围混凝土土的脱落，，非约束混混凝土在后后期所起的的作用是不不大的，边边缘纤维有有向中间纤纤维逐步卸卸载的趋势势。于是，对非非约束混凝凝土可以选选用较大的的纤维面积积，而对约约束混凝土土区域的外外缘要细化化，再逐步步过渡到中中部适当放放大。桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20085.2.1、Civil程序（纤维维模型）计计算、、1、纤维截面面的划分原原则。桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20085.2.1、Civil程序（纤维维模型）计计算、、2、纤维的本本构模型。。约束与非约约束混凝土土纤维一般般使用程序序提供的修修正的Kent&Park模型。一定定要正确理理解该本构构模型，参参数输入要要准确，否否则将导致致最终结果果完全错误误。为了方方便用户输输入，专门门提供Kent&Park模型本构构计算器器。Kent&Park模型本构构计算器器桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20085.2.1、Civil程序（纤纤维模型型）计算算、、2、纤维的的本构模模型。钢筋纤维维可使用用近似的的理想弹弹塑性骨骨架曲线线、考虑虑了Bauschinger”效应和和硬化阶阶段的““Menegotto-Pinto”模型或或考虑了了流动阶阶段和硬硬化阶段段的三折折线骨架架曲线。。理想弹弹塑性模模型适用用于结构构破坏时时钢筋应应变未进进入强化化段，““Menegotto-Pinto”模型的的优点在在于可考考虑钢筋筋的“Bauschinger”效应，，而三折折线骨架架曲线则则可较准准确地描描述钢筋筋的大变变形性能能。本桥桥计算采采用Menegotto-Pinto”模型。。桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20085.2.1、Civil程序（纤纤维模型型）计算算、、3、截面的的纤维划划分。对于墩柱柱不同的的箍筋配配筋处应应进行不不同的纤纤维截面面分割，，本桥墩墩顶及墩墩底2米处箍筋筋间距为为10cm，墩身中中部箍筋筋间距为为20cm，所以建建立2个纤维截截面。截截面纤维维划分参参考前述述纤维划划分原则则。截面的纤纤维划分分桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20085.2.1、Civil程序（纤纤维模型型）计算算、、4、施加单单调递增增弯矩及及定轴力力。节点动力力荷载施施加单调调递增弯弯矩时变静力力荷载施施加定轴轴力桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20085.2.1、纤维模模型计算算曲曲线5、“时程程分析结结果”－－“纤维维截面分分析结果果”查看看墩根部部绕Y轴曲线曲线桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20085.2.1、纤维模模型计算算顺桥向向、、6、根据保保护层混混凝土初初始开裂裂时对应应弯矩查查看墩根根部顺桥桥向开裂裂弯矩桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-2008墩根部单单元开裂裂弯矩1176kNm，屈服曲曲率为0.0004174rad/m。截面开裂裂状态图图5.2.1、纤维模模型计算算顺桥向向、、7、根据最最外层受受拉钢筋筋屈服时时对应弯弯矩查看看墩根部部顺桥向向截面屈屈服弯矩矩截面屈服服状态图图墩根部单单元屈服服弯矩3274kNm，屈服曲曲率为0.003162rad/m。桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20085.2.1、纤维模模型计算算8、根据受受拉纵筋筋应变达达到极限限拉应变变找到顺顺桥向截截面极限限曲率截面极限限曲率状状态图墩根部单单元极限限曲率为为0.01595rad/m。对应弯弯矩为3470kNm桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20085.2.1、由“等等能量法法计算、、9、根据曲曲线线利用““等能量量法”求求等效屈屈服弯矩矩，等效效屈服曲曲率。等效屈服服弯矩、、等效效屈服曲曲率桥梁抗抗震震培训训JTG/TB02-01-20086、顺桥向向激励（（纤维梁梁单元））动力模模型桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-20086.1、全桥桥纤维维弹塑塑性梁梁单元元模型型桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008顺桥向向地震震激励励时，，因墩墩柱反反弯点点出现现在墩墩顶处处，塑塑性铰铰由墩墩底截截面向向上发发展，，所以墩墩底处处构件件应细细化，，为了了在后后面方方便建建立等等效Giberson弯曲弹弹簧模模型，，也为了方方便提提取纤纤维弹弹塑性性梁单单元节节点转转角结结果，，每个个纤维维单元元积分分点选选1，但此时要要注意意单元元一定定要细细分。。墩底局局部NTH法（纤纤维弹弹塑性性梁单单元））6.2、顺桥桥向地地震作作用下下墩底底弯矩矩曲率率曲线线NTH法（纤纤维弹弹塑性性梁单单元））桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008在顺桥桥向地地震激激励下下，墩墩底截截面的的最大大弯矩矩可达达3735kNm，大于于在恒载载作用用下的的截面等等效屈屈服弯弯矩3689kNm，小于于截面面极限限弯矩矩3799kNm。满足足大震震不倒倒但不不满足大震可可修。。在时程中首次屈屈服弯矩为为3297kNm，与单调屈屈服弯弯矩3273kNm基本相当。墩底弯弯矩曲曲率曲曲线某时刻刻墩底底截面首首次屈屈服6.3、顺桥桥向地地震作作用下下墩底底塑性性铰发发展位位置桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008查看在在顺桥桥向地地震激激励下下，墩墩底纤纤维梁梁单元元弯矩矩最大大值判判断塑塑性铰铰在时时程中中的发展展位置置。下图图为最最后屈屈服的的截面面滞回回曲线线。可可知墩墩底由由下至至上四四个单单元进进入屈服服状态态。由由图可可看出出，屈屈服后后截面面滞回回曲线线明显显比屈屈服前前开裂裂后饱饱满，，开裂后屈屈服前前也基基本呈呈非线线性弹弹性。。塑性铰等效效长度为：：NTH法（纤维弹弹塑性梁单单元）6.4、顺桥向地地震作用下下墩顶位移移曲线NTH法（纤维弹弹塑性梁单单元）桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-2008在顺桥向地地震激励下下，墩顶在在5.61s处达到最大大位移9.114cm。6.5、顺桥向地地震作用下下桥墩塑性性铰转角NTH法（纤维弹弹塑性梁单单元）桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-2008由“结果””——“分析结果果表格”——“非弹性铰铰”——“变形”查看该墩底底四个进入入塑性的纤纤维梁单元元在时程中在5.61秒处达到的的曲率。根据共轭梁梁法可求得得整个桥墩墩构件的塑塑性转角为为：此即为《08抗震细则》中的7、顺桥向激激励（Giberson）动力模型型桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-20087.1、Giberson集中铰弹塑塑性梁单元元原理桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-2008计算原理：把整个单元作作为弹性材材料，在外外力作用下下曲率逞直直线分布，，单元只发生弹性变形；单元元的塑性变变形全部集集中于构件件的两端，，用2个零长度、、配置在单单元节点处的弯曲塑性性弹簧来表表示。集中铰定义义对话框NTH法（Giberson集中铰弹塑塑性梁单元元）7.2、Giberson集中铰弹塑塑性梁单元元滞回模型型桥梁抗抗震培培训JTG/TB02-01-2008钢筋混凝土土构件滞回回模型一般般选择经典典的Clough双折线、Takeda三折线。本桥选择Takeda三折线滞回模型。滞回模型定定义NTH法（Giberson集中铰弹塑塑性梁单元元）7.3、Giberson集中铰弹塑塑性梁单元元骨架曲线线桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008钢筋筋混混凝凝土土构构件件骨骨架架曲曲线线一一般般为为2折线线或或3折线线，，本本桥桥选择择Takeda三折折线线滞滞回模模型型，相相应应选择择开开裂裂强强度度、、屈屈服服强强度度为双双折折线线定义义强强度度，，相相应应的刚刚度度折折减减率率可可按如如下下求求解解：：当墩墩底底单单元元细细分分后后，，可可近近似似认认为为单单元元节节点点间间无无外外荷荷载载且且单单元元两两节节点点处处弯弯矩矩正正对对称称，此此时时端截截面面处处弯弯矩矩—曲率率曲曲线线与与端端截截面面处处弯弯矩矩—转角角曲曲线线成成比比例例。。所所以以根根据据纤纤维维截面面分析析结结果果自自定定义义骨骨架架曲曲线线关关键键点点：：骨架架曲曲线线定定义义NTH法（（Giberson集中中铰铰弹弹塑塑性性梁梁单单元元））7.4、顺顺桥桥向向位位移移曲曲线线桥梁梁抗抗震震培培训训JTG/TB02-01-2008NTH法（（Giberson集中中铰铰弹弹塑塑性性梁梁单单元元））在顺顺桥桥向向地地震震激激励励下下，，墩墩顶顶在在5.64s处达达到到最最大大位位移移9.463cm。7.5、顺顺桥桥向向地地震震作作用用下下桥桥墩墩塑塑性性铰铰转转角角NTH法（Giberson集中铰弹塑性性梁单元）桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-2008由“结果”——“分析结果表表格”——“非弹性铰””——“变形”查看看该墩底四个进进入塑性的纤纤维梁单元在在时程中的最最大转角（在在5.63秒处达到）。可求得整个桥桥墩构件的塑塑性转角为：：此即为《08抗震细则》中的7.6、顺桥向地震震作用下两结结果比较NTH法（Giberson集中铰弹塑性性梁单元）桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-2008最不利时刻墩顶最大位移（cm）墩柱最大转角（rad）纤维模型5.61s9.1140.001845集中铰模型5.63s9.4630.001978、横桥向激励励（纤维梁单单元）动力模模型桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-20088.1、全桥纤维弹弹塑性梁单元元模型桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-2008与顺桥向分析析模型不一致致，墩顶墩底底均需要布置置塑性铰。墩底局部NTH法（纤维弹塑塑性梁单元））整体模型8.2、横桥向地震震作用下墩底底弯矩曲率曲曲线NTH法（纤维弹塑塑性梁单元））桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-2008在横桥向地震震激励下，墩墩底截面受到到剧烈变化的的轴力影响，，时程中首次次屈服时对应弯矩为3801kNm，远大于在恒恒载下的屈服服弯矩2691kNm。与定轴力弯弯矩曲率曲线比较发现变轴力使使得结构刚度度退化明显。。横桥向变轴力力墩底弯矩曲曲率曲线顺桥向定轴力力墩底弯矩曲曲率曲线8.3、横桥向地震震作用下墩顶顶轴力时程图图NTH法（纤维弹塑塑性梁单元））桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-2008在横桥向地震震激励下，墩墩柱所承受的的轴力与恒载载时相比急剧剧变化，最大大达到8947kN，最小达到3012kN。墩柱轴压比由初始的0.31变为0.16—0.48。8.4、顺桥向地震震作用下墩顶顶轴力时程图图NTH法（纤维弹塑塑性梁单元））桥梁抗震震培训训JTG/TB02-01-2008而在顺桥桥向地震震激励下下，墩柱柱所承受受的轴力力与恒载载时相比比基本无无变化，，最大为5799kN，最小为5703kN。8.5、横桥向向地震作作用下墩墩顶横桥桥向位