桥梁抗震分析解决方案

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Co.,Ltd.桥梁博士V4

抗震分析解决方案2020/1/15➢

前言➢

第一章：抗震分析---计算功能➢

第二章：抗震分析---分析示例➢

第三章：抗震分析---规范验算➢

结语

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SHANGHAI2➢

我国是地震多发国家。2008年汶川地震以来，全社会对建设工程地震安

全性提出了更高的要求，抗震减灾工作日益受到重视。➢

桥梁工程作为交通网络的枢纽工程，其抗震性能关系到整个交通生命线的

畅通与否，进而直接影响抗震救灾和灾后重建工作的大局。➢

研发成果：桥梁博士V4在研发时，针对抗震分析对国内各种的规范和理

论进行了系统研究，并积极吸取国内近年来的工程实践成果，为桥梁的抗

震分析和计算建立了一套系统的解决方案。

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SHANGHAI41.地震动的工程特性

➢

振幅

➢

频谱特性

➢

持时➢

结构周期：𝑇

=

2𝜋𝑚

𝑘；结构频率：𝑓

=1𝑇𝐼➢

达朗贝尔原理

(D’Alembert)：𝑓(𝑡)

+

𝑓

𝐷(𝑡)

+

𝑓

𝑆(𝑡)

=

𝑝(𝑡)上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI52.基本物理公式➢

牛顿第二定律：𝐹

=

𝑚𝑎上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI63.桥梁抗震基本概论➢

抗震设计思想：‘小震不坏、中震可修、大震不倒’。➢

抗震设防标准：两水准设防、两阶段设计。（公路市政）74.抗震分析国内规范共计5本：➢

«CJJ

166-2011

城市桥梁抗震设计规范»➢

«JTG/T

B02-01-2008

公路桥梁抗震设计细则»➢

«JTG

B02-2013

公路工程抗震规范»➢

«GB

50111-2006

铁路工程抗震设计规范»➢

«GB

50909-2014

城市轨道交通结构抗震设计规范»PS：本资料以城市及公路桥梁抗震设计规范为主进行介绍。

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SHANGHAI85.抗震分析方法分析方法适用范围说明静力法弹性静力法刚性结构仅对可视为刚体的结构有效，如桥台。缺点：忽略结构动力反应。*Pushover分析复杂桥梁设计一般不采用，多用于抗震性能评估，可计算非线性反应的需求和能力。规范一般用于计算E2地震作用下桥墩墩顶容许位移以及求解能力保护构件设计内力（超强弯矩）的主要方法。缺点：静力分析代替动力过程，需求计算忽略高阶振型影响。反应谱法*单振型反应谱法规则桥梁规范主要分析方法，仅对可视为单自由度振子的结构有效，适用于线弹性系统，是手算的主要方法。缺点：无法反应地震动持时的影响。*多振型反应谱法复杂桥梁规范以及抗震设计最主要分析方法，需要依靠计算机程序完成分析，适用于多自由度线弹性系统。缺点：存在振型组合问题，无法反应地震动持时影响。等效线性化规则桥梁可估计非线性系统的最大反应，一般用于初步设计，方法简单，可手算，在位移设计法中应用更广。缺点：应用较少，需要更多的实践检验。动态时程法*线性时程法复杂桥梁规范主要分析方法，可同时计算结构弹性反应的需求和能力，需要计算机程序完成分析。也可作为反应谱法的补充与验证。缺点：无法考虑非线性反应。*非线性时程法特别复杂或关键桥梁规范主要分析方法，可以考虑P-△效应和材料非线性，可同时计算结构非线性反应的需求与能力，需要靠计算机程序完成分析。主要针对减隔震桥梁验算以及E2地震作用下塑性铰转动能力验算。缺点：计算过程复杂，计算结果需要分析和校核。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI9上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI10类型Ⅰ类型Ⅱ6.

抗震体系-延性抗震设计及减隔震抗震设计上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI11➢

延性设计

类型Ⅰ上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI12➢

减隔震设计

类型Ⅱ第一章计算功能上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI13一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

支持类型

➢全面支持延性抗震设计和减隔震抗震设计体系；

➢全面支持静力法、反应谱法和动态时程法进行分析计算；

➢支持上下部联合模型，可同时对下部结构盖梁、桥墩台、基础等以及支座所

需的全部分析且结合规范验算。

➢抗震分析和验算紧密结合，前处理输入数据尽可能简化，降低使用难度；

➢一个抗震阶段内，可以同时实现结构总体的抗震分析和局部子结构的

Pushover分析，自动获取结构的变形能力和能力保护构件的验算。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI14一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

前处理输入-地震分析

➢抗震分析所需的输入参数集中在“地震分析”窗口中。

➢抗震分析可以有多个阶段。各阶段互不影响。

➢在同一个模型文件中可完成一座桥梁抗震设计所需的全部分析。

➢在同一个阶段中，根据需要可同时进行反应谱分析、时程分析以及Pushover分析等。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI15计算功能规范相关条文城市桥梁抗震设计规范公路桥梁抗震设计细则序号功能项CJJ166-2011JTG/TB02-01-20081特征值分析6.3.26.4.32塑性铰计算6.2.46.3.63桩土作用刚度计算6.2.76.3.84P-△效应计算6.2.86.3.95弯矩曲率分析7.3.8/7.3.97.4.4/7.4.56反应谱分析5.1/5.2/6.35.1/5.2/6.47时程分析5.3/6.45.3/6.58Pushover分析6.1.8/6.6/7.3.76.1.6/6.8/7.4.89边界条件模拟普通支座、减隔震支座、阻尼器模拟10地震信号处理工具反应谱与时程互转、加速度波转速度及位移波、计算频谱等上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI16一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

计算功能汇总一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

1.特征值分析

程序实现：自动计算且输出。

采用振型叠加法进行结构动力分析时需要，采用子空间迭代法。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI17一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

2.塑性铰计算

程序实现：自动计算且输出。自定义位置，提供三种类型。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI18一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

2.塑性铰计算

程序实现：后处理输出。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI19塑性铰属性塑性铰荷载步状态一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

3.桩土作用刚度计算

程序实现：自动计算且输出。支持对地基土m值及地基土承载力自动修正。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI20一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

3.桩土作用刚度计算

程序实现：自动计算且输出。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI21桩基刚/柔度m法计算参数一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

4.P-△效应计算程序实现：P-Delta效应：重力二阶效应分析。自动计算。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI22hP

M=F地*hM2=P*ΔF地ΔP23等效屈服曲率𝜑𝑦

极限曲率𝜑u：被箍筋约束的核心

混凝土达到极限应变值（Mander）

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SHANGHAI一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

5.弯矩曲率分析

程序实现：自动计算且输出。

理想弹塑性弯矩-曲率曲线𝜑y𝜑𝑢24一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

6.反应谱分析

程序实现：地震动输入。

反应谱分析：根据规范选取；

分析控制：

➢

计算地震方向：纵向/横向/竖向；

➢

振型组合方法：CQC法/SRSS法；

➢

方向组合方法：平方和开方/乘系数相加

/不组合；

➢

效应正负号取值规则：不考虑/取绝对值

最大的振型的符号；

➢

纵向地震角度：支持曲线桥多角度工况

输入；支持多个地震方向自动取包络。

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SHANGHAI一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

7.时程分析

程序实现：地震动输入。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI25上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI26三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

7.时程分析

•

时程计算方法

➢直接积分法：根据已知的位移、速度、加速度和荷载条件，从前一时刻计算下一时

刻地震反应（不需结构自振计算）。适用于各种单自由度体系和多自由度体系，而

且，即适用于线性地震反应分析，也适用于非线性地震反应分析。

➢振型叠加法：利用振型的正交性，将多自由度体系的复杂振动分解为单自由度的独

立振动再进行叠加（需要结构自振计算）。适用于多自由度体系并且是线性地震反

应分析（凡是涉及非线性都不能采用此方法，包括：非线性计算、非线性连接单元

-减隔震桥梁、考虑塑性铰等）。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI27一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

7.时程分析

•

瑞利阻尼上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI28一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

7.时程分析

•

规范规定地震信号处理工具实现上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI29一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

7.时程分析

•

时程工况取值原则一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

8.Pushover分析

程序实现：地震动输入且自动计算。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI30能力保护构件验算桥墩变形能力验算一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

9.边界条件模拟

➢线性连接（普通支座）

➢非线性连接（减隔震支座）

➢阻尼器上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI31一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

10.地震信号处理工具上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI32➢➢➢➢➢计算傅氏谱计算功率谱计算反应谱有效持时计算地震波零基线

修正➢

加速度波转为

速度波/位移波➢

计算地震波的

相关系数➢

反应谱生成人

工地震波一、桥梁博士V4抗震分析---计算功能

本章小结；•

全面支持特征值分析、弯矩曲率分析；•

全面支持塑性铰计算、桩土作用刚度计算、P-

效应计算•

全面支持反应谱分析、时程分析、Pushover分析进行抗震分析；•

全面支持各类边界条件模拟以及提供地震信号处理工具，方便抗震设计；•

前处理输入便捷，计算功能完善，算法精确，可满足各类抗震分析与计算。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI33第二章分析示例上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI3435二、桥梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性设计）

1.设计资料

分析实例1-----

盖梁柱式墩延性抗震设计

•

盖梁及桥墩：C45混凝土；

•

系梁及基础：

C35混凝土；

•

所

用

钢

筋：HRB400；

•

设计规范：2018城市规范；

•

上部结构恒载：每个支座1114(kN)。

•

下部结构恒载：自重系数取1。

•

其它参数（规范取值）：详见算例手册。

示意图（cm）

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SHANGHAI二、桥梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性设计）

2.建模流程前处理后处理

总体信息设置和材料定义

模型输入和截面拟合

钢束设计

钢筋设计

施工阶段信息的输入

地震阶段信息的输入

结果查询

输出计算书上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAIV4使用流程简介

结构模型的离散与数据准备

抗震分析所需全部数据运行分析

36二、桥梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性设计）

3.示例整体思路

本例为盖梁柱式墩的抗震分析，需进行E1和E2地震作用下验算以及能力保护构件验算，大致

有如下方面与步骤：

•

一、E1地震作用下抗震验算：验算桥墩强度（弹性范围，不能损坏）；

•

二、E2地震作用下抗震验算（假设为弹性验算）：验算桥墩强度（矮墩），判断E2地震作

用下结构是否进入塑性（是否需要采用超强弯矩分析）；

•

三、E2地震作用下抗震验算（弹塑性验算）：验算桥墩墩顶的位移或塑性转角（延性构件

是否满足延性设计的不倒塌要求）；

•

四、能力保护构件验算：验算能力保护构件：桥墩塑性铰抗剪强度、盖梁强度、基础强度

及支座（能力保护构件不允许发生损坏，即弹性范围强度满足要求）。

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SHANGHAI37二、桥梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性设计）

4.示例分析桥梁博士V4示例分析与演示。详见算例手册及视频讲解上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI38上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI39二、桥梁博士V4抗震分析---分析示例2（减隔震设计）

1.设计资料

分析实例2-----

全桥模型减隔震抗震设计

•

主梁：C50混凝土；

•

桥墩：C40混凝土；

•

系梁及基础：

C35混凝土；

•

所用钢筋：HRB400；

•

设计规范：18公规及08公路抗震细则；

•

结构恒载：自重系数取1.04；

•

支座：高阻尼隔震橡胶支座。

•

其它参数（规范取值）：详见算例手册。二、桥梁博士V4抗震分析---分析示例2（减隔震设计）

2.示例整体思路本示例为全桥模型的抗震分析，根据前面所述要求需进行E1和E2地震作用下验算，采用非线性时程分析方法，大致有如下方面与步骤：

一、E1地震作用下反应谱数据提取：进行E1反应谱生成时程曲线；

二、E2地震作用下反应谱数据提取：进行E2反应谱生成时程曲线；

三、E1地震作用下非线性时分析验算：验算桥墩强度以及支座剪切应变；

四、E2地震作用下非线性时分析验算：验算桥墩及桩基础强度、支座剪切应变。上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI40上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI41二、桥梁博士V4抗震分析---分析示例2（减隔震设计）

3.示例分析

桥梁博士V4示例分析与演示。详见算例手册及视频讲解。第三章规范验算上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI42规范验算城市桥梁抗震设计规范公路桥梁抗震设计细则序号验算项CJJ166-2011JTG/TB02-01-20081E1地震作用A类-桥墩台强度验算7.2.17.3.1（B/C类）B类-桥墩台、盖梁、基础和支座验算7.2.1/7.2.27.2.1/7.2.2/7.2.3（D2E2地震作用（A类）判断结构是否进入塑性计算6.6.16.8.13非矮墩-桥墩墩顶位移验算7.3.1/7.3.3/7.3.47.4.1/7.4.6（B/C类）4矮墩-桥墩强度验算7.3.1/7.3.27.4.1（B/C类）5时程分析-塑性转角验算7.3.1/7.3.47.4.1/7.4.2（B/C类）6桥台强度验算7.3.107.3.7（B/C类）7能力保护构件（A类）塑性铰斜截面抗剪强度验算7.4.27.3.4（B/C类）8基础强度验算7.4.37.3.5（B/C类）9盖梁强度验算7.4.47.3.6（B/C类）10支座验算7.4.57.5（B/C类）11减隔震桥梁抗震验算9.410.4三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

规范验算汇总上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI43类）三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

1.E1地震作用（A类）-桥墩台强度验算上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI44三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

2.

E2地震作用（A类）-判断结构是否进入塑性未屈服

屈服

验算变形能力上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI𝑴𝑷

≤

𝑴u

标准值𝑴𝑷

>

𝑴u

标准值反应谱法

时程法

45三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

2.

E2地震作用（A类）-判断结构是否进入塑性上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI46判断输入三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

3.

E2地震作用（A类）-非矮墩-桥墩墩顶位移验算上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI47横桥向顺桥向上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI48三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

4.E2地震作用（A类）-矮墩-桥墩强度验算

同规范验算第一点三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

5.E2地震作用（A类）-时程分析-塑性转角验算上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI49上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI50三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

6.E2地震作用（A类）-桥台强度验算

同规范验算第一点三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

7.能力保护构件（A类）-塑性铰斜截面抗剪强度验算上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI51横桥向顺桥向三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

8.能力保护构件（A类）-基础强度验算上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI52三、桥梁博士V4抗震分析---规范验算

9.能力保护构件（A类）-盖梁强度验算上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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SHANGHAI53上海同豪土木工程咨询有限公司TONGHAO

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