新公路桥梁抗震设计细则讲解-1

1、Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.新公路桥梁抗震设计细则讲解北京迈达斯技术有限公司Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co., Ltd.Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.主要内容1 桥梁震害以及原因与启示 89规范局限性以及新规范要点 新规范基本要求234 地震作用56 抗震分析 强度与变形验算7 总结Copyright 2000-2003 MIDAS Information

2、 Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害落梁破坏u 庙子坪大桥采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害u 百花大桥小半径曲线桥、桥墩刚度变化大Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害Copyright 2000-2007MIDAS Info

3、rmation Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害墩柱破坏汶川地震中的百花大桥Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害基础破坏Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害支座滑动、梁移过大汶川地震中的寿江大桥Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1桥梁震害支座滑动、梁移过大汶川地震中的其他桥梁Copyright 2000-20

4、07MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.2桥梁震害原因与启示支承连接部件失效Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.2桥梁震害原因与启示桥梁墩柱破坏Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.2桥梁震害原因与启示基础破坏Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.2.1新规范发布设计规范-01实施细则Copyright 2000-2

5、007MIDAS Information Technology Co., Ltd.公路桥梁抗震设计2008-10-01实施铁路工程抗震2006-122.2 89规范局限性Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 采用的设防水准均为50年基准期10%超越概率，重要结构物的 设防等级用重要性系数来体现。 单一水准设防，采用基于强度一阶段设计；弹性地震力采用综 合影响系数折减考虑结构进入塑性的性能。2.2 89规范局限性采用综合影响系数考虑结构进入塑性（延性），但塑性铰保证延性的细节构造不明确，综合影响系数 取值模糊并且明显不

6、合理。对于墩柱抗剪、基础抗震设计和验算没有规定，实 际应用时存在错误，没有引入能力保护设计的思想。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.2.3新规范要点主要适用于单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥，大跨径桥梁只给出抗震设计的原则和要点。取消了综合影响系数：采用两水平设防，两阶段设计，并给出 了明确的性能目标。u 第一阶段： E1地震作用下的弹性抗震设计；u 第二阶段： E2地震作用下的弹塑性抗震设计，采用延性抗震设计方法， 并引入能力保护设计原则。地震作用部分的修订，反应谱周期到10秒，并给出了场地修

7、正系数；给出了时程地震波的选用原则。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.2.3新规范要点增加了桥梁抗震分析建模原则和抗震分析方法。增加桥梁减隔震设计，增加了局部细节设计和抗震构造措施内容。尽可能吸收了美国、日本现行抗震设计规范的理念和方法，吸取了近十年桥梁震害的教训，弥补了89规范的不足。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新规范基本要求 抗震设防标准 设防目标：采用两水平设防、两阶段设计的思想，取消综合影 响系数表3.1.1 各设防类别

8、桥梁的抗震设防目标Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新规范基本要求桥梁抗震设防分类Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新规范基本要求 桥梁抗震设防措施等级Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新规范基本要求表3.1.4-2 各类桥梁的重要性系数Ci注：高速公路和一级公路上的大桥、特大桥，其抗震重要性系数取B类括号内的值。Copyright 2000-2007

9、MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新规范基本要求 确定地震作用基本要求 按照规范取值，按E1和E2地震重要性系数乘设计基本地震动 加速度峰值A表3.2.2抗震设防烈度和水平向设计基本地震动加速度值A 地震安全性评价Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.抗震设防烈度6789A0.05g0.10（0.15）g0.20（0.3）g0.40g5地震作用 5.1 一般规定u桥梁结构地震作用考虑的原则一般情况下，公路桥梁可只考虑水平向地震作用，直线桥 可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。

10、设防烈度为8度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大 跨度结构，以及竖向作用引起的地震效应很重要时，应同 时考虑顺桥向X、横桥向Y和竖向Z的地震作用。地震作用分量组合采用反应谱法或功率谱法同时考虑三个正交方向的地震作 用时，可分别单独计算各方向地震作用产生的最大效应，uu然后组合。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用u 当采用时程分析法时，应同时输入三个方向分量的一组地震动 时程计算地震作用效应。u 进行直线桥梁地震反应分析时，可分别考虑沿顺桥向和横桥向 两个水平方向地震输入。u 进行曲线桥梁地震反应分析时

11、，可分别沿相邻两桥墩连线方向 和垂直于连线水平方向多方向地震输入，以确定最不利地震水平 输入方向。地震作用可以用设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计地震动功谱表达。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 5.2 设计加速度反应谱 水平设计加速度反应谱SSmaxSmax (5.5T + 0.45)T T(T/T )maxgg0T(s)0.1Tg10给出的是S谱值，不同于原来的动力放大系数beta谱值最大周期10秒大于Tg段都是以1/T的斜率下降Copyright 2000-2007MIDAS Informat

12、ion Technology Co., Ltd.5地震作用 公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）中给出动力放大系数谱b = maxu&gmax 建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）中给出水平地震影响系数 谱a = kb = max maxgu&gmaxCopyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.u&g + u&u&gu&g + u&5地震作用 水平设计加速度反应谱最大值Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 场地特征周期T

13、g场地特征周期Tg，按场址位置在中国地震动反应谱特征周期区划图上读取后，根据场地类别，按下表取值。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 阻尼调整系数Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 竖向设计加速度反应谱 竖向设计加速度反应谱由水平设计加速度反应谱乘以下 式给出的竖向/水平谱比函数R 基岩场地的R=0.65 土层场地的Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.

14、, Ltd.5地震作用 5.3 地震动时程 做过地震安全性评价的桥址，设计地震动时程要根据专门的工程场地 地震安全性评价的结果确定。 未作地震安全性评价的桥址，可根据本细则设计加速度反应谱，合成与其兼容的设计加速度时程；也可选用与设计地震震级、距离大体相近的实际地震动加速度记录，通过时域方法调整，使其反应谱与本细则设 计加速度反应谱兼容。 为考虑地震动的随机性，设计加速度时程不得少于三组（条），且应 保证任意二时程间由下式定义的相关系数的值小于0.1Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.1 一般规定适用范

15、围：常规桥梁单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥等常规桥梁的抗震分析，墩高不超过40m，墩身第一阶振型有效质量大于60%。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析表6.1.4 桥梁抗震分析可采用的计算方法表中：TH：代表线性和非线性时程计算方法SM：单模态反应谱和功率谱方法MM：多模态反应谱和功率谱方法Copyright 2000-2007MIDAS Information

16、 Technology Co., Ltd.地震作用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/MMTH6抗震分析截面特性取值 E1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。 E2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。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.2 梁桥延性抗震设计Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology

17、 Co., Ltd.6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.3 建模原则u 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结构的实际动力特性；u 支座单元应反映支座的力学特性u 混凝土结构的阻尼比可取为0.05；进行时程分析时，可采用瑞利阻尼u 计算模型应考虑相邻结构和边界条件的影响。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Techn

18、ology Co., Ltd.6抗震分析p(t) =- mu&g (t)+)弹性力阻尼力惯性力fS = kufD = cu&fI = mu&Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.cu&(t)ku(t)mu&(t6抗震分析mu& + cu& + ku=- mu&gu(t) = uC(t)+ uP (t)二阶线性微分方程u(t) = Acoswnt + Bsinwnt + p0 / k将外荷载视为由时间间隔非常短的冲击荷载组成的结构反应为对各冲击荷载反应之和 Total ResponseCopyright 2000-200

19、7MIDAS Information Technology Co., Ltd.Response to impulse tResponse to impulse 2u 杜哈梅积分Response to impulse 1u 经典解法6抗震分析可适用于线性和非线性领域中心差分法 、常加速度法、线性加速度法Newmark-b 法 、Wilson- q 法不同参数对应的逐步积分法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.u 数值方法6抗震分析6.4 反应谱法Copyright 2000-2007MIDAS Information

20、Technology Co., Ltd.6抗震分析 uSRSS方法组合 uCQC方法组合Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.5 时程分析方法地震动三要素Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.振幅频谱持续时间6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 在E1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80%。 时程分析的最终结果，当采

21、用3组时程波计算时，应 取3组计算结果的最大值；当采用7组时程波计算时， 可取7组结果的平均值。6抗震分析反应谱法时程分析法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.u 优点：适用于线性和非线性的情况；给出随时间变化的结构反应；u 缺点：地震波有随机性，计算结果也带有随机性；和其他工况组合时麻烦一些。u 优点：带有统计特性；给出结构地震反应的最大值；u 缺点：目前只适用于线性分析；各振型都是取最大值计算的；6抗震分析6.8 能力保护构件计算Copyright 2000-2007MIDAS Information Techn

22、ology Co., Ltd.7强度与变形验算7.1 一般规定Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7强度与变形验算7.3 B类、C类桥梁抗震强度验算Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7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Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7强度与变形验算7.4 B类、C类桥梁墩柱的变形验算E2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 墩顶的位移，对于高宽比小于2.5的矮墩，验算强度。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7强度与变形验算 E2地震作用下，桥墩潜在塑性铰区