基于性能的桥梁抗震设计

基于性能的桥梁抗震设计重庆交通大学土木建筑学院桥梁系主要内容桥梁地震灾害概述桥梁抗震设计理论的发展基于性能抗震设计思想的提出规则梁桥基于位移的抗震设计小结桥梁地震灾害概述位移引发的震害：落梁1971年美国的SanFernando地震梁体脱座整孔落梁桥梁地震灾害概述位移引发的震害：落梁1995年日本的阪神地震西宫港大桥，主跨252米的钢系杆拱桥第一跨由于支承面搭接长度小于主桥和引桥间的相对位移而引发落梁震害。桥梁地震灾害概述位移引发的震害：落梁2008年我国的汶川地震庙子坪大桥桥梁地震灾害概述位移引发的震害：桥台坍塌1990年哥斯达黎加地震破坏之前的桥台破坏之后的桥台RioBananoBridge桥梁地震灾害概述位移引发的震害：桥台坍塌1990年哥斯达黎加地震RioViscayaBridge在上部主梁强大的水平惯性力冲撞和台后被动土压力的双重作用下，桥台发生大角度的倾覆，背墙断裂，桩基断折。桥梁地震灾害概述位移引发的震害：碰撞主梁与桥台间的碰撞主梁与桥墩间的碰撞相邻主梁间的碰撞桥梁地震灾害概述位移引发的震害：支座失效/破坏2008年我国的汶川地震映秀岷江桥寿江大桥桥梁地震灾害概述位移引发的震害：挡块破坏2008年我国的汶川地震映秀岷江桥庙子坪大桥桥梁地震灾害概述墩柱震害：弯曲破坏1994年美国NorthridgeEarthquakeBullCreekCanyonChannelbridge1995年日本阪神地震墩柱纵筋搭接失效破坏桥梁地震灾害概述墩柱震害：弯曲破坏1989年美国LomaPrietaEarthquake2008年汶川地震百华大桥墩柱弯曲破坏桥梁地震灾害概述墩柱震害：弯曲破坏1995年日本阪神地震中，Hanshin高速公路高架桥墩柱由于纵筋长度不够、箍筋数量不足而导致全桥侧倾桥梁地震灾害概述墩柱震害：剪切破坏1971年美国SanFernandoEarthquake墩柱塑性铰区内发生剪切破坏1995年日本阪神地震墩柱在半高处发生剪弯破坏桥梁地震灾害概述墩柱震害：剪切破坏1987年美国WhittierEarthquakeI-5/I-605Separator桥墩柱的脆性剪切破坏1994年美国NorthridgeEarthquakeI-10高速公路下线桥墩柱的剪切破坏1994年美国NorthridgeEarthquakeI-118高速公路下线桥墩柱的剪切破坏桥梁地震灾害概述墩柱震害：剪切破坏横梁处节点破坏2008年汶川地震百华大桥墩柱震害墩柱底部剪切破坏桥梁地震灾害概述墩柱震害：基脚破坏1971年美国SanFernandoEarthquake墩柱的22根螺纹钢筋被全部从基脚中拔出，墩柱发生倒塌桥梁地震灾害概述节点震害1989年美国LomaPrietaEarthquake墩柱内侧面正弯矩裂缝1989年美国LomaPrietaEarthquakeI-280ChinaBasinviaduct盖梁节点的弯曲剪切破坏桥梁地震灾害概述节点震害1989年美国LomaPrietaEarthquakeCypressviaduct上层高价桥的立柱节点钢筋锚固失效，上层桥面结构坍塌桥梁地震灾害概述节点震害1989年美国LomaPrietaEarthquakeI-880高架立柱节点破坏1989年美国LomaPrietaEarthquakeEmbarcadero高架立柱节点破坏1989年美国LomaPrietaEarthquakeI-980高架立柱节点破坏桥梁地满震灾害芝概述桥梁种帜种震害炮带来思浴考桥梁应如叹何有效蛇地进姑行抗尺震设惨计？桥梁抗震棒设计理论和的发展一阶段疮抗震设丽计思想以结构强胸度作为破德坏准则静力法：1899年日四本的茫大房脉森吉反应谱法累：194魂3年美剧国的M.A.灵Bio亲t提出，19竭48年G.交W.芝H词ou秤sn镜er提出基肝于反应丧谱理论梦的抗震幕计算的泊动力法线弹性单弱自由度反应谱综合影仿响系数多自由抓度反应钉谱桥梁抗链震设计裹理论的候发展一阶段摸抗震设主计思想反应谱概续念：桥梁抗师震设计揭理论的等发展一阶段加抗震设安计思想设计反应谱逼概念：不同自孤振周期羊的单自馆由度系骂统在不政同地震签时程波怀作用下斑的峰值龄加速度可反应按照饭场地和贴概率水暴平进行无光滑化诉包络处穷理，即剃设计反缠应谱。桥梁抗震虾设计理论草的发展一阶栽段抗同震设瓜计思拼想静力法：忽略她了地临面运缝动特桂性和望结构污的动搂力特性疯。反应谱案法：综合影族响系数猛取值过垮于笼统碎，无法诱考虑地震波输入的相位差思、非线性重二次效应、结构-基础-土共同作用等。桥梁道抗震砖设计鲜理论临的发猴展两/三阶仔段抗累震设凶计思竹想破坏准俘则兼顾聚结构强崖度和变雅形二阶熊段设恩计：组保证哑结构楚的强炊度；值验算爷结构安的变锤形（旦延性报）三阶段缎设计：置小震不底坏；中肢震可修万；大震膀不倒设计俯地震超设湿计地垫震中等地震动态炮时程急分析渠法桥梁抗震留设计理论晃的发展我国现筑行的桥川梁抗震宜设计规羡范《公路桥梁攀抗震虎设计细则》(JT跳G-驳T泡B0密2-势01秧-2雁00恼8)《城市桥梁抗震挠设计规范》(CJ晃J坊16尘6-容20再11)采用了“小缩慧震不坏走、中震盾可修、便大震不展倒”三叶水准设缴防目标穗和两阶盼段抗震精设计方法群；采用弹性雪方法计算桥梁搞在小震作沈用下的强度贡，用计算偏所得的壮组合内扬力验算乎构件截面；考虑馒结构喷的延俘性，滑并引概入能爽力保朋护原颤则，村进行掩桥梁风在大矩震作休用下舟的变友形/延性箭指标础验算服；桥梁的延性谜和耗铁能能瞎力大矛多是胖通过蔽构造奥措施获得。桥梁抗灿震设计拿理论的掀发展我国魄现行邀桥梁椒抗震障设计说规范爱的地隙震水记准、轨性能昏目标芹和性老能指权标地震水准性能目标性能指标多遇地震（重现期根据桥梁分类为25~100年）不受损伤或不需修复可继续使用强度基本地震（重现期475年）可发生局部轻微损伤，经简单修复或不需修复可继续使用不明确罕遇地震（重现期大约2000年）应保证桥梁不致倒塌或产生严重结构损伤位移/延性桥梁抗震目设计理论叼的发展我国现行仓桥梁抗震鸟设计规范床的设防分生类和设防蹲标准桥梁抗震设防类别设防目标E1地震E2地震A类一般不受损伤或不需修复可继续使用可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复可继续使用B类一般不受损伤或不需修复可继续使用应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急交通使用C类一般不受损伤或不需修复可继续使用应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急交通使用D类一般不受损伤或不需修复可继续使用桥梁抗意震设计院理论的俱发展我国现剃行桥梁旦抗震设终计规范越的不足设计方法：实质依悟然以基暗于强度仍为主，火辅以延乞性或位枯移验算状，难以对桥梁进降行经济性评估谣。设防水准：“小震不坏，中震经可修，大震不倒”的三水准设防思想规定较模糊桌，在砍实际净设计乐中很妨难控制。性能支指标累：“不坏幼”、“可修然”、“不倒博”三种认设防目吧标缺乏暮缺乏明燥确合理栏的指标啦予以保亮证。基于斤性能束抗震趋设计怠思想遣的提歉出基于性能诉抗震设计阀思想的演险化历程197声6年，裂新西否兰学腿者R.紫Par赞k提出撒的基象于能浙力原吴理的钳抗震喇设计烂，其采中已袄包含黄许多央关于业性能刊设计搭的思此想；198据1年，M.A穿.S紧oze号n首先系统呈地阐述了汗控制结构洞位移的抗贫震设计思去想；上个世饥纪九十难年代初垮，J.P电.M冲oeh廉le提出服了基丛于位罚移的谜抗震戏设计龄理论塌；199懒5年，M.J泊.K址owa领lsk辱y和G.M神.C朗alv社i提出了黎一种直倒接基于衬位移的迹抗震设饶计方法巨；二十世距纪九十构年代，抹美、日下学者提库出并开屠始研究犯建筑结刃构基于财性能/位移的抗芦震设计，嘉随后得到炮各国的广亭泛关注。基于性蹲能抗震绕设计思钉想的提甘出基于性能爬抗震设计捐思想的演叙化历程加州结堡构工洒程师敏协会津（SE缴AO筋C）在19碌95年提出吸的新建结构基然于性能的龄抗震设群计建议Visi俊on20困00。在Vis驱ion扯200氏0中，凭除了紫借鉴农了ATC取-40和FEM唱A-2孔73中关于库性能目犁标的定寇义外，挤还针对报结构的刊重要性于和地震捧设防水羞准，建立了掘结构的性狮能矩阵崖。结构舞的性迎能矩午阵性能逢矩阵舒蕴含欲了性弊能目标选压择的两危个基本原则，范即在不瓣同的地震设絮防水幸准下日，结回构物应陪对应小于不委同的椅性能目滨标；欣对不套同重企要性的拣结构布物，傅性能滩目标应有所旷区别。基于命性能络抗震向设计撒思想毙的提释出基于性袭能的抗竟震设计湿思想的扁特点性能目标的多积级性：在不同挽的地炭震设翅防水极准下圾，结构查满足不同等级序的性能要兽求；性能目标的可选性厌：根据结构柱的用蔬途及企业主陈、使夏用者点等的仇特殊基要求赔，由猛工程故师同领业主禾、使宝用者炒共同崇研究汁制订侨结构互的性户能目标堤；结构抗震蚂性能迈的可控制性：悲在设计初始差就明确结帜构的性能债目标，并黑且使通过望设计，使叉结构在设笋计地震作须用的反应盗能够达到厚预先确定泽的性能目标。基于性蜓能抗震熔设计思古想的提晕出基于性能轿抗震设计牢思想的主批要内容地震输入抗震能力地震需求实现能力、需求的平衡地震设防水准结构性能目标的确定结构地震反应的预测设计方法基于性能的抗震设计基于迎性能持抗震女设计爸思想政的提泉出基于性能茄抗震设计爬思想的主迎要内容地震冠设防纱水准惕的确会定地震设防水准的确定地震危险性曲线及危险性特性研究地震易损性分析地震经济损失估计经济最优设防烈度的决策地震人员伤亡估计方法社会可接受地震死亡率研究最优安全设防烈度的决策

基于性能葡抗震设计疤思想的提撇出基于性榜能抗震陵设计思兄想的主剩要内容地震设挺防水准鲜的确定设防水准重现期（年）超越概率水准一4330年50%水准二7250年50%水准三47550年10%水准四97050年5%或100年10%水准五247550年2%Visi珍on20苍00定义眨的地纯震设域防水济准基于散性能盾抗震刮设计湿思想肝的提闭出基于示性能膨抗震庭设计代思想选的主伪要内夹容结构性能烦目标的确腐定设防水准生命安全与使用情况结构损伤情况位移限制水准一结构功能完整，生命安全，可立即使用基本完好<0.2%水准二稍加维修即可使用轻微损伤<0.5%水准三结构发生需要进行大量维修的损伤中等损伤<1.5%水准四结构发生无法修复的损伤，接近倒塌严重损伤<2.5%水准五结构发生倒塌倒塌>2.5%Vi鬼si脑on氧20扮00定义的位移性能尼目标基于性能促抗震设计军思想的提钩出基于性趣能抗震亮设计思饺想的主肤要内容结构地震反剧应的预楼测方法动态时程烘分析方法传：精确；桥但计算拐量大、厚分析复遣杂替代结着构法：简便易悉行；但侮存在等朗效阻尼败比和振啄型阻尼搞比的计临算问题弹塑性静力分析材法：计算胖简单，可扮得到结构从味开始到陪破坏的白全过程属信息，瘦便于对政结构的压性能做偏出恰当症的评价，在基于性能逐的抗震设跟计中得到巷了广泛的应用，如AT钞C-劫40和FEMA告-273；但对高色阶振型影原响的考虑污尚有欠缺基于性仙能抗震斯设计思用想的提冠出基于性误能抗震才设计思哗想的主太要内容基于性能的抗目震设计方法这是目尤前基于始性能的颗抗震设固计方法蛋从理论昼到实践勇的最大朋障碍：更破坏准徒则、合阅理的性假能参数贵、性能僵参数的夹量化等冶。目前垦，基垒于位移的抗莲震设计（Di衡sp饥la豆ce围me膝nt宴-b卫as藏ed手s凶ei样sm纹ic领d她es帅ig括n）是实准现基于幼性能抗山震设计预思想的屋一条有龟效途径乏。基于性许能抗震套设计思雹想的提培出基于乖性能加抗震堆设计慈思想馆的一荣般步恼骤满足性能差目标YESNO结构达到过预期的性圆能根据业务主要求昌和经济奴条件确掀定性能眼目标根据性能弄目标进行厦结构设计对已剥设计色的结雕构进幻玉行性纱能评阶估规则昏梁桥断基于腥位移储的抗骆震设性计单自由好度体系往的等愧效规则桥魄梁：基单础振型接起绝对闹贡献作叠用，可杂等效为积单自由蚕度体系俗。非规则随桥梁：亩高阶振旱型的影揉响不能愤忽略。桥梁槽结构掉单墩蔽模型规则坦梁桥地基于储位移羡的抗棚震设台计单自由度讯体系的等座效替代结构走与等效单印自由度体肢系的转化（a）替代崖结构（b）等效暂单自由绩度体系规则梁桥哭基于位移竖的抗震设洒计单自由度体系甲的等雕效假设与可之间有如但下的层比例咐关系巾：假设加速蝇度与位移客之间成正扯比例关系词，则由式（1）可得：令替代结句构的惯性顺力合力与睁等效SDOF体系的架惯性力迎相等，曲则有：由式（3），则可得到砖等效SDOF体系的质量为狮：由式（3）和糟（4）可得仗到作用在于替尊代结元构上粮每个壮自由坝度的较惯性喂力为：（1）（2）（3）（4）（5）规则梁桥师基于位移附的抗震设牌计单自由度体系姜的等浴效令替代结每构的惯性租力做功之军和与等效SD您OF体系惯性株力所做的梅功相等，即：将式（5）代入上式饰，则有：由式（1）、（4）、（6），即柜可得缸到等富效SDOF体系乡丰的质习量、炒目标矮位移虹，等轻效刚奏度可荡由等医效SD车OF的惯性凡力和目茶标位移饲得到，姓如下式赔：根据目介标位移，得到各红个桥墩的私目标位移住延性系数，按都下式批计算恢替代源结构饿中各仍个桥辽墩的分等效阻尼稻比和等效SD料OF体系缺的阻尼降比：（6）（7）（8）（9）规则台梁桥智基于龄位移仪的抗狠震设讲计单自由度体系爬的等耻效由于在设计初棚始，桥墩瓶的屈服力怪未知，因打而无法按蓝式（10）来计算权重，鉴色于此察，Ko蹄wa蜜ls酱ky建议旅可以胳取各秀个桥墩的平均帐值来作闯为初始的。（10）规则梁魔桥基于喂位移的幸抗震设烤计进行等效SD而OF体系的翻设计根据等效SD何OF体系的等甩效质丹量、目标位移遗和等效阻尼抗比，易就可变以得莫到等效SD咏OF体系的设位计力。计算MDO帖F体系中各漏个桥墩的欧设计力根据等效SDO誉F体系的设奔计力，按照粱桥墩苍