桥梁抗震设计交流ppt课件

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1、Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.MIDAS/Civil 2006MIDAS/Civil 2006抗震分析与抗震分析与设计设计引引见见Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co., Ltd.北京迈达斯技术北京迈达斯技术 魏双科魏双科 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.目录目录n 桥梁为什么要做抗震设计？桥梁为什么要做抗震设计？n 构造动力学概念构造动力学概念 n 振型分析振型分

2、析n 反响谱分析反响谱分析n 时程分析时程分析n 静力弹塑性分析静力弹塑性分析n 动力弹塑性分析动力弹塑性分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 新旧规范比较新旧规范比较n现行公路工程抗震行公路工程抗震设计规范范JTJ 004-89曾曾经很落后很落后n 单一水准一水准强度抗震度抗震设计n 地震作用地震作用强度度烈度烈度n 地震力方面地震力方面n新新规范的开展方向范的开展方向n 抗震抗震设防防规范范多水准、多多水准、多设防目的、多防目的、多阶段段n 地震作用地震作用强度度地震地震动参数参数n 延性和位移延性和位移设计

3、非非弹性反响性反响谱和和时程分析法程分析法n 合理的抗震构造合理的抗震构造n 桥梁构造根底抗震梁构造根底抗震设计Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.城市城市桥梁抗震梁抗震设计规范范19981998年开年开场编制，制，20012001年构成初稿年构成初稿公路工程抗震公路工程抗震设计规范范19991999年开年开场修修订，20042004年构成初稿年构成初稿 新规范进展铁路工程抗震设计规范2006-12-01实施公路桥梁抗震设计规范Copyright 2000-2007MIDAS Information Technolo

4、gy Co., Ltd.铁路新路新规范的特征范的特征 新新规范范规定了按定了按“ “地震地震动峰峰值加速度和加速度和“ “地震地震动反响反响谱特征周期特征周期进展抗震展抗震设计的要求，明确的要求，明确了了铁路构筑物路构筑物应到达的抗震性能到达的抗震性能规范、范、设防目的防目的及分析方法，添加了及分析方法，添加了钢筋混凝土筋混凝土桥墩墩进展延性展延性设计的要求及的要求及计算方法。算方法。 总那么那么强条条 总那么那么1.0.51.0.5条：条：铁路工程路工程应按多遇地震、按多遇地震、设计地震、罕遇地震三个地震地震、罕遇地震三个地震动水准水准进展抗震展抗震设计。 铁路新规范强条铁路新规范强条Cop

5、yright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.抗震抗震抗震抗震设计设计根本要求：根本要求：根本要求：根本要求： 3.0.1 3.0.1 3.0.1 3.0.1条：按本条：按本条：按本条：按本规规范范范范进进展抗震展抗震展抗震展抗震设计设计的的的的铁铁路路路路工程，工程，工程，工程，应应到达的抗震性能要求如下：到达的抗震性能要求如下：到达的抗震性能要求如下：到达的抗震性能要求如下： 性能要求性能要求性能要求性能要求：地震后不：地震后不：地震后不：地震后不损损坏或坏或坏或坏或细细微微微微损损坏，可以坏，可以坏，可以坏，可以坚坚持其正常运

6、用功能；构造持其正常运用功能；构造持其正常运用功能；构造持其正常运用功能；构造处处于于于于弹弹性任性任性任性任务阶务阶段；段；段；段； 性能要求性能要求性能要求性能要求：地震后能：地震后能：地震后能：地震后能够损够损坏，坏，坏，坏，经经修修修修补补，短期内能恢复其正常运用功能；构造整，短期内能恢复其正常运用功能；构造整，短期内能恢复其正常运用功能；构造整，短期内能恢复其正常运用功能；构造整体体体体处处于非于非于非于非弹弹性任性任性任性任务阶务阶段；段；段；段； 性能要求性能要求性能要求性能要求：地震后能：地震后能：地震后能：地震后能够产够产生生生生较较大破大破大破大破坏，但不出坏，但不出坏，但

7、不出坏，但不出现现整体倒塌，整体倒塌，整体倒塌，整体倒塌，经抢经抢修后可限速通修后可限速通修后可限速通修后可限速通车车；构造；构造；构造；构造处处于于于于弹弹塑性任塑性任塑性任塑性任务阶务阶段。段。段。段。 铁路新规范强条铁路新规范强条Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 铁路新规范强条铁路新规范强条地震动水准地震动水准多遇地震多遇地震设计地震设计地震罕遇地震罕遇地震构筑物构筑物桥梁桥梁桥台、上下部连接桥台、上下部连接采用采用RC桥墩的桥梁桥墩的桥梁抗震设防目标抗震设防目标达到抗震性能要求达到抗震性能要求达到抗震性能

8、要求达到抗震性能要求达到抗震性能要求达到抗震性能要求分析方法分析方法一般桥梁：采用反应谱法一般桥梁：采用反应谱法重要桥梁及新结构桥梁：重要桥梁及新结构桥梁：采用反应谱法及时程采用反应谱法及时程分析法分析法静力弹塑性分析静力弹塑性分析钢筋混凝土桥墩采用延钢筋混凝土桥墩采用延性设计简化方法；性设计简化方法；重要桥梁及新结构桥梁：重要桥梁及新结构桥梁：采用非线性时程分采用非线性时程分析方法析方法表表3.0.3 铁路工程构筑物抗震设防目的及分析方法铁路工程构筑物抗震设防目的及分析方法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.公路新

9、规范征求意见稿公路新规范征求意见稿A类桥梁是指主跨径超越类桥梁是指主跨径超越150m的特大桥不含引桥；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、类以外的桥梁及二级公路上的大桥、特大桥等；特大桥等；C类桥梁是指除类桥梁是指除A、B、D类以外的公路桥梁；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。类桥梁是指位于三、四级公路上的中桥、小桥。 地震基地震基本烈度本烈度桥梁分类桥梁分类67890.050.10.150.20.30.4A899更高，专门研究更高，专门研究B78899=9C677889D6778

10、89表表3.1.2-1 各类公路桥梁抗震措施等级各类公路桥梁抗震措施等级Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁抗震设防规范桥梁抗震设防规范抗震设防烈度为抗震设防烈度为6 6度及以上地域的公路桥梁，须进展抗震设计：度及以上地域的公路桥梁，须进展抗震设计： A A类桥梁只须进展地震影响类桥梁只须进展地震影响E2E2作用下的抗震设计；作用下的抗震设计； D D类桥梁只须进展地震影响类桥梁只须进展地震影响E1E1作用下的抗震设计；作用下的抗震设计； B B、C C类桥梁须进展地震影响类桥梁须进展地震影响E1E1和和E2E2

11、作用下的抗震设计；作用下的抗震设计；n 多遇地震烈度地震影响多遇地震烈度地震影响E1：50年内超越概率为年内超越概率为63%的地震烈度的地震烈度(=I-1.55)n 设计地震烈度地震影响设计地震烈度地震影响E2 ：50年内超越概率为年内超越概率为10%的地震烈度的地震烈度(=I) n 罕遇地震烈度：罕遇地震烈度：50年内超越概率为年内超越概率为23%的地震烈度的地震烈度(=I+1)Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.地震作用地震作用n 直线桥可分别思索顺桥向和横桥向的地震作用。直线桥可分别思索顺桥向和横桥向的地震作用

12、。n 曲线桥应分别沿相邻桥墩连线方向和垂直于连线程度方向进展多方曲线桥应分别沿相邻桥墩连线方向和垂直于连线程度方向进展多方向地震输入，以确定最不利地震程度输入方向。向地震输入，以确定最不利地震程度输入方向。n 设防烈度为设防烈度为8度和度和9度时的拱式构造、长悬臂桥梁构造和大跨度构造，度时的拱式构造、长悬臂桥梁构造和大跨度构造，应同时思索竖向地震作用。应同时思索竖向地震作用。n 地震作用分量组合。地震作用分量组合。n 地震作用可以用设计加速度反响谱、设计地震动时程和设计地震动地震作用可以用设计加速度反响谱、设计地震动时程和设计地震动功率谱表达。功率谱表达。Copyright 2000-2007

13、MIDAS Information Technology Co., Ltd.常常规桥梁抗震梁抗震计算算n 规那么性桥梁，单振型反响谱法和多振型反响谱法规那么性桥梁，单振型反响谱法和多振型反响谱法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁动力分析模型桥梁动力分析模型公路公路桥梁抗震梁抗震设计规范征求意范征求意见稿稿7.37.3节： 反映反映质量、阻尼、量、阻尼、刚度的分布与性度的分布与性质 梁、墩柱空梁、墩柱空间杆系杆系单元、支座元、支座衔接接单元元 一致一致质量矩量矩阵和集中和集中质量矩量矩阵 Copyright 20

14、00-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁动力分析模型桥梁动力分析模型 瑞利阻尼、瑞利阻尼、应变能比例阻尼能比例阻尼组阻尼比阻尼比 后后继构造和构造和边境条件的影响境条件的影响Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁动力分析模型桥梁动力分析模型公路公路桥梁抗震梁抗震设计规范征求意范征求意见稿稿7.37.3节：小震与中震下采用的模型小震与中震下采用的模型 小震小震应采用采用总体空体空间模型，包括一切模型，包括一切桥梁构梁构造及其造及其衔接方式，接方式，经过对总体空体空

15、间模型的分析，确定模型的分析，确定构造的空构造的空间耦耦联地震反响特性和最不利地震反响特性和最不利输入方向入方向 中震可采用部分空中震可采用部分空间模型，模型，应根据根据总体模型体模型的的计算算结果，取出部分果，取出部分桥梁构造梁构造进展展计算，部分模型算，部分模型应思索后思索后继构造和构造和边境条件的影响境条件的影响Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁动力分析模型桥梁动力分析模型n地震作用方向地震作用方向n 直桥，曲线桥，直桥，曲线桥，设计地震烈度设计地震烈度8 8度及以上度及以上的拱桥、大跨度构造的拱桥、大跨

16、度构造n非线性时程分析时采非线性时程分析时采用的单元特性支座衔用的单元特性支座衔接、墩柱接、墩柱Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁支座的非线性模拟桥梁支座的非线性模拟 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥墩塑性的模拟桥墩塑性的模拟Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁抗震设计桥梁抗震设计为了实现两级抗震设防原那么，桥梁抗震设计流程：为了实现两级抗震设防原

17、那么，桥梁抗震设计流程： 确定地震中预期的延性构件和才干维护构件，选择地确定地震中预期的延性构件和才干维护构件，选择地震中延性构件潜在的塑性铰位置；震中延性构件潜在的塑性铰位置； 进展多遇地震、设计烈度地震作用下构造地震反响分进展多遇地震、设计烈度地震作用下构造地震反响分析。多遇地震作用下的地震反响分析可采用反响谱方法，析。多遇地震作用下的地震反响分析可采用反响谱方法，而设计烈度地震作用下的地震反响分析可采用时程分析而设计烈度地震作用下的地震反响分析可采用时程分析方法；方法； 进展多遇地震作用下墩柱强度检算；设计烈度地震作进展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构造和下部构造

18、的衔接构件检算；用下桥梁上部构造和下部构造的衔接构件检算； 根据才干维护原那么进展才干维护构件设计，以确保根据才干维护原那么进展才干维护构件设计，以确保在地震作用下才干维护构件处于弹性范围内；在地震作用下才干维护构件处于弹性范围内； 抗震构造细部设计。抗震构造细部设计。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.动力平衡方程动力平衡方程惯性力惯性力阻尼力阻尼力 弹性力弹性力 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 弹弹性力性力非线性构造系统非线性构造

19、系统 非线性非线性线性线性加载加载 卸载卸载 再加载再加载弹性力弹性力 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.阻尼力阻尼力 Aluminum Plexiglass阻尼是随着时间将振动减弱或停顿的能量分散阻尼是随着时间将振动减弱或停顿的能量分散 阻尼力阻尼力粘滞阻尼粘滞阻尼Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 非衰减自在振非衰减自在振动动Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., L

20、td. 减幅自在振减幅自在振动动临界阻尼？Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.牛顿第二定律牛顿第二定律惯性力惯性力 惯性力性力静止静止/ /匀速运动匀速运动加速度运动加速度运动达朗达朗贝尔原理原理 (D Alemberts Principle) (D Alemberts Principle)Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.动力平衡方程的解法力平衡方程的解法1 1、经典解法、经典解法 二阶线性微分方程二阶线性微分方程2 2、杜哈梅积分、杜

21、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将外荷载视为由时间间隔非常短的冲击荷载组成的构造反响为对各冲击荷载反响之和构造反响为对各冲击荷载反响之和Response to impulse 1Response to impulse 2Response to impulse Total ResponseCopyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3 3、数值方法、数值方法 动力平衡方程的解法力平衡方程的解法可适用于线性和非线性领域可适用于线性和非线性领域中心差分法中心差分法 、常加速度法、线性加速度法、常加速度法、线性

22、加速度法 Newmark- 法法 、Wilson- 法法 不同参数对应的逐渐积分法不同参数对应的逐渐积分法 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.特征特征值问题当没有外荷载和阻尼时，当没有外荷载和阻尼时，n个自在度体系的运动方程个自在度体系的运动方程 特征值问题特征值问题 : :固有圆频率固有圆频率模态向量模态向量Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.振型分析的原理振型分析的原理n个自在度体系的个自在度体系的n个自振频率和模态向量个自振频率和模

23、态向量: 各特征向量之间满足正交条件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 将构造体系的动力方程分解为独立的将构造体系的动力方程分解为独立的n n个单自在度体系个单自在度体系Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.振型分析振型分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.构造的阻尼构造的阻尼n 振型阻尼振型阻尼n 直接输入各振型阻尼的方法直接输入各振型阻尼的方法

24、 n Rayleigh Rayleigh 阻尼阻尼n 质量和刚度因子法质量和刚度因子法 n 应变能因子法应变能因子法n 非典型的阻尼，无法分别各模态。为了反映非典型的阻尼，无法分别各模态。为了反映各单元不同的阻尼特性，运用变形能量的概念来各单元不同的阻尼特性，运用变形能量的概念来计算各模态的阻尼比。计算各模态的阻尼比。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.反响反响谱反响谱是单自在度弹性体系在给定的地震作反响谱是单自在度弹性体系在给定的地震作用下，某个最大反响量位移、速度、加速用下，某个最大反响量位移、速度、加速度与体系

25、自振周期的关系曲线。度与体系自振周期的关系曲线。位移谱位移谱拟速度谱拟速度谱拟加速度谱拟加速度谱Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.反响反响谱 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响谱曲线，进展统计分析，求出的谱曲线为抗震设们的反响谱曲线，进展统计分析，求出的谱曲线为抗震设计反响谱。计反响谱。公路工程抗震设计规范公路工程抗震设计规范JTJ 004-89JTJ 004-89中给出动力放大系中给出动力放大系数数 谱谱 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范G

26、B 50011-2001GB 50011-2001中给出程度地震影中给出程度地震影响系数响系数 谱谱 公路桥梁抗震设计规范征求意见稿中给出的设计加速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响谱度反响谱Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.振型分解反响振型分解反响谱法分析流程法分析流程 n 进展特征值分析，计算构造的固有周期，分析的固有周期数量要够，进展特征值分析，计算构造的固有周期，分析的固有周期数量要够，才干保证叠加后的分析结果有足够的精度才干保证叠加后的分析结果有足够的精度n 计算各振型的阻尼计算各振型的

27、阻尼n 由计算得到的振型的周期、阻尼在规范设计反响谱中查找对应的地由计算得到的振型的周期、阻尼在规范设计反响谱中查找对应的地震影响系数震影响系数( (各振型的地震影响系数各振型的地震影响系数) )n 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的惯性力n 利用公式利用公式K*u=F(K*u=F(惯性力惯性力) )，计算各质点在各振型惯性力作用下的，计算各质点在各振型惯性力作用下的位移，以及其它呼应位移，以及其它呼应( (内力、应力等内力、应力等) )n 选择振型组合方法选择振型组合方法(SRSS(SRSS、CQCC

28、QC、ABS)ABS)，获得最后的结果，获得最后的结果Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.振型分解反响振型分解反响谱法法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.振型振型组合方法合方法n 完好二次完好二次项组合法合法CQCCQC法法 nCQCCQC法用于振型密集型构造，如思索平移法用于振型密集型构造，如思索平移改改动耦耦连振振动的的线性构性构造系造系统。n 平方和开方法平方和开方法SRSSSRSS法法n在在CQCCQC法中，自振法中，自振频率相隔

29、越率相隔越远，值越小，当近似越小，当近似为零零时nSRSSSRSS法用于主要振型的周期均不相近的法用于主要振型的周期均不相近的场所，如串所，如串联多自在度体系。多自在度体系。n ABS ABS法法n将各振型所将各振型所产生的作用效生的作用效应的的绝对值求和，由于构造的各振型最大求和，由于构造的各振型最大地震反响并不地震反响并不发生在同一生在同一时辰，因此辰，因此该计算算结果果过于保守。于保守。 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.选取地震波取地震波n 频谱特性频谱特性n由特征周期反映，根据所处的场地类型和特征周期分区

30、确定。由特征周期反映，根据所处的场地类型和特征周期分区确定。 n 有效峰值有效峰值n 时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值 (cm/s2) (cm/s2) n 继续时间继续时间n 一类指地震地面加速度值大于某值的时间总和。一类指地震地面加速度值大于某值的时间总和。 n 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。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。 地震影响地震影响6度度7度度8度度9度度多遇地震多遇地震1835(55)70(110)140罕遇地震罕遇地震-220(310)400(510)620Copyright 20

31、00-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.选取地震波取地震波Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.时程分析程分析 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.时程分析程分析 Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 静力弹塑性分析静力弹塑性分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.动力弹塑性分析动力弹塑性分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.动力弹塑性分析动力弹塑性分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.桥梁抗震分析结果谢 谢 光光 临 ！