桥梁抗震分析与设计,Copyright ⓒ2000-2003 MIDAS Information Technology Co., Ltd.,结合 MIDAS/Civil 2006,目录,动力学概念 振型分析反应谱分析时程分析桥梁抗震设计,动力平衡方程,惯性力,阻尼力,弹性力,,,,,,,,,,,,,,,- 振幅：有效峰值加速度,- 持时：谱密度,- 频率成分,地震波,弹性力,非线性结构系统,非线性,线性,加载 卸载 再加载,弹性力,,,阻尼力,,Aluminum,Plexiglass,阻尼是随着时间将振动减弱或停止的能量扩散,阻尼力,粘滞阻尼,非衰减自由振动,,,减幅自由振动,临界阻尼？,牛顿第二定律,惯性力,,惯性力,,,静止/匀速运动,加速度运动,达朗贝尔原理 (D’ Alembert’s Principle),动力平衡方程的解法,1、经典解法,二阶线性微分方程,2、杜哈梅积分,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,Response to impulse 1,Response to impulse 2,Response to impulse,Total Response,3、数值方法,当外荷载不是周期性荷载时，使用傅立叶变换，用傅立叶积分表示。
4、频域方法,动力平衡方程的解法,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- 法 、Wilson- 法,,,,,,不同参数对应的逐步积分法,两个自由度体系动力方程,二层剪切变形框架体系的动力方程式,特征值问题,,当没有外荷载和阻尼时，自由振动的二自由度体系的运动方程,特征值问题 :,,固有圆频率,模态向量,振型分析的原理,n个自由度体系的n个自振频率和模态向量:,各特征向量之间满足正交条件利用模态向量的正交性，可生成对角质量矩阵和刚度矩阵将结构体系的动力方程分解为独立的n个单自由度体系,振型分析,,结构的阻尼,振型阻尼 直接输入各振型阻尼的方法 Rayleigh 阻尼 质量和刚度因子法 应变能因子法 非典型的阻尼，无法分离各模态为了反映各单元不同的阻尼特性，使用变形能量的概念来计算各模态的阻尼比结构的阻尼,,,,,反应谱,,,反应谱是单自由度弹性体系在给定的地震作用下，某个最大反应量（位移、速度、加速度）与体系自振周期的关系曲线位移谱,拟速度谱,拟加速度谱,反应谱,,由同一场地上所得到的地面运动加速度记录分别计算出它们的反应谱曲线，进行统计分析，求出的谱曲线为抗震设计反应谱。
公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）中给出动力放大系数 谱 建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）中给出水平地震影响系数 谱 公路桥梁抗震设计规范（征求意见稿）中给出的设计加速度反应谱,,,,振型分解反应谱法分析流程,,,,,,进行特征值分析，计算结构的固有周期，分析的固有周期数量要够，才能保证叠加后的分析结果有足够的精度计算各振型的阻尼由计算得到的振型的周期、阻尼在规范设计反应谱中查找对应的地震影响系数(各振型的地震影响系数)利用振型地震影响系数、节点等效质量计算各振型在各质点的引起的惯性力利用公式[K]*u=F(惯性力)，计算各质点在各振型惯性力作用下的位移，以及其它响应(内力、应力等)选择振型组合方法(SRSS、CQC、ABS)，获得最后的结果,振型分解反应谱法,,,,,,振型组合方法,,,,,,完整二次项组合法（CQC法） CQC法用于振型密集型结构，如考虑平移—扭转耦连振动的线性结构系统 平方和开方法（SRSS法）在CQC法中，自振频率相隔越远，值越小，当近似为零时SRSS法用于主要振型的周期均不相近的场合，如串联多自由度体系 ABS法将各振型所产生的作用效应的绝对值求和，由于结构的各振型最大地震反应并不发生在同一时刻，因此该计算结果过于保守。
选取地震波,,,,,频谱特性由特征周期反映，依据所处的场地类型和特征周期分区确定 有效峰值时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值 (cm/s^2) 持续时间一类指地震地面加速度值大于某值的时间总和 一类以相对值定义相对持时，即最先与最后一个之间的时段长度,时程荷载工况,,,桥梁支座的非线性模拟,,,,,,,,桥梁抗震设防分类和设防标准,A类桥梁是指主跨径超过150m的特大桥（不含引桥）B类桥梁是指高速公路和一级公路上的除A类以外的桥梁及二级公路上的大桥、特大桥等C类桥梁是指除A、B、D类以外的公路桥梁D类桥梁是指位于三、四级公路上的中桥、小桥表3.1.2-1 各类公路桥梁抗震措施等级,桥梁抗震设防分类和设防标准,抗震设防烈度为6度及以上地区的公路桥梁，须进行抗震设计A类桥梁只须进行地震影响E2作用下的抗震设计；D类桥梁只须进行地震影响E1作用下的抗震设计；B、C类桥梁须进行地震影响E1和E2作用下的抗震设计；,多遇地震烈度（地震影响E1）：50年内超越概率为63%的地震烈度(=I-1.55)设计地震烈度（地震影响E2） ：50年内超越概率为10%的地震烈度(=I) 罕遇地震烈度：50年内超越概率为2~3%的地震烈度(=I+1),地震作用,直线桥可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。
曲线桥应分别沿相邻桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向地震输入，以确定最不利地震水平输入方向设防烈度为8度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，应同时考虑竖向地震作用地震作用分量组合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率谱表达常规桥梁抗震分析,,,,,规则性桥梁计算单振型反应谱法和多振型反应谱法,,桥梁动力分析模型,公路桥梁抗震设计规范（征求意见稿）7.3节：反映质量、阻尼、刚度的分布与性质 梁、墩柱（空间杆系单元）、支座（连接单元） 一致质量矩阵和集中质量矩阵 瑞利阻尼、应变能比例阻尼（组阻尼比） 后继结构和边界条件的影响 小震与中震下采用的模型 小震－总体空间模型；中震－局部空间模型地震作用方向 直桥，曲线桥，设计地震烈度8度及以上的拱桥、大跨度结构非线性时程分析时采用的单元特性（支座连接、墩柱）,桥梁抗震设计,为了实现两级抗震设防原则，桥梁抗震设计流程：确定地震中预期的延性构件和能力保护构件，选择地震中延性构件潜在的塑性铰位置；进行多遇地震、设计烈度地震作用下结构地震反应分析多遇地震作用下的地震反应分析可采用反应谱方法，而设计烈度地震作用下的地震反应分析可采用时程分析方法；进行多遇地震作用下墩柱强度检算；设计烈度地震作用下桥梁上部结构和下部结构的连接构件检算； 根据能力保护原则进行能力保护构件设计，以确保在地震作用下能力保护构件处于弹性范围内。
抗震构造细部设计桥梁抗震性能评估,桥墩抗弯、抗剪强度及变形能力桥梁支座连接厚度、抗滑稳定性等钢筋的连接及锚固性能承台的抗剪及抗倾覆性能盖梁与桥墩的节点处的抗震性能桩基的强度,谢 谢 ！,。