《橋梁抗震與抗風設計》課程復習思考題

1、一、名詞解釋（一）與地震工程相關的一些專業(yè)術語地震動：也稱地震地面運動，是指由震源釋放出來的地震波引起的地表附近土層的振動 地震區(qū)劃：是按可能遭受的地震影響的危險程度將國土劃分假設干區(qū),對不同的區(qū)規(guī)定不同 的抗震設防標準,并將其結果以地震區(qū)劃圖的形式表示出來地震超越概率：是指工程場地在未來一定時間內(nèi)遭遇到大于或等于給定地震特征值（如地 震動加速度峰值PGA等）的地震的概率，常以年超越概率或設計基準期超越概率表示 地震重復周期：地震重復周期是指一定場地大于或等于給定地震特征值的地震重復出現(xiàn)的平 均時間間隔彈性地震反響譜：系指線性單自由度振動系統(tǒng)在給定地震動作用下某種反響量的最大值與 系統(tǒng)自振周期

2、之間的關系曲線延性：系指其在強度或承載力沒有明顯下降情況下的非彈性變形能力?；蛘哒f，延性是指 材料、構件或結構在維持材料強度或承載力基本不變的前提下承受塑性變形的能力整體延性與局部延性：通常稱結構的延性為整體延性，稱構件的延性為局部延性靜力延性與滯回延性：靜力延性系指結構或構件在單調(diào)靜力荷載作用下的延性，滯回延性 系指結構或構件在反復荷載作用下的延性結構振動控制：系指采用某種措施使結構在動力激勵下的響應不超過某一限量，以滿足工 程要求結構減震控制：系指采用現(xiàn)代控制理論，在結構的某些部位設置振動控制裝置,以減小或抑 制結構的地震反響,提高結構的抗震能力能力設計原理：在結構體系中的延性構件和能力保

3、護構件之間,確立適當?shù)膹姸绕桨残缘?級差異，確保結構不發(fā)生脆性的破壞模式。從基本概念看，該原理類似于“保險絲”原理 約束混凝土：系指受壓時的橫向變形受到有效約束的混凝土（二）與風工程相關的一些專業(yè)術語基本風速：開闊平坦地貌條件下，地面以上10m高度處，100年重現(xiàn)期的lOmin平均年 最大風速設計基準風速：在基本風速基礎上，考慮局部地表粗糙度影響，橋梁結構或結構構件基準高 度處100年重現(xiàn)期的lOmin平均年最大風速風攻角：風的主流方向與水平面產(chǎn)生的夾角靜力扭轉(zhuǎn)發(fā)散：在風的靜力扭轉(zhuǎn)力矩作用下，當風速到達臨界值時，橋梁主梁扭轉(zhuǎn)變形的 附加攻角所產(chǎn)生的空氣力矩增量超過了結構抵抗力矩的增量，而出現(xiàn)扭

4、轉(zhuǎn)角不斷增大的失穩(wěn) 現(xiàn)象靜力橫向屈曲：橫向靜風荷載值超過橋梁主梁橫向屈曲臨界荷載值時出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象顫振：振動的橋梁通過氣流的反響作用不斷吸取能量，振幅逐步增大直至使結構破壞的發(fā) 散性自激振動馳振：振動的橋梁從氣流量不斷吸取能量，使非扁平截面的細長鈍體結構的振 幅逐步增大的發(fā)散性彎曲自激振動渦激共振：氣流繞經(jīng)鈍體結構時產(chǎn)生旋渦脫落，當旋渦脫 落頻率與結構的自振頻率接近或相等時，由渦激力所激發(fā)出的結構共振現(xiàn)象抖振：風的紊流 成分所激發(fā)的結構隨機振動，也稱為紊流風響應靜力三分力：氣流繞過橋梁結構所產(chǎn)生的靜力作用力的三個分量，阻力、升力和扭轉(zhuǎn)力 矩節(jié)段模型試驗（全橋氣動彈性模型試驗）：將橋梁結構構件的

5、代表性節(jié)段做成剛性的模 型，在風洞中測定其靜力三分力或非定常氣動力作用的試驗全橋氣動彈性模型試驗：將橋梁 結構按一定幾何縮尺并滿足各種必要的空氣動力學相似條件制成的彈性三維空間模型，在風 洞中觀測其在均勻流及紊流風場中各種風致效應的試驗風振控制：為防止出現(xiàn)發(fā)散性風致振動或過大的限幅振動所采取的氣動措施、結構措施或 機械措施二、簡答題.面對地震災害，我國當前采取的防震減災對策是什么？地震區(qū)劃（國家地震工作主管部門負責）及地震平安性評價工程抗震設防標準與抗震設計規(guī)范（國家建設主管部門負責）城市防震減災規(guī)劃（各級政府負責）新建、擴建、改建建設工程抗震設防（設計單位負責）已建建設工程抗震加固（設計單位

6、負責）建設工程的抗震施工質(zhì)量保證（施工單位和質(zhì)量監(jiān)督部門負責）.地震引起的地表破壞現(xiàn)象有哪幾種？地表斷裂滑坡砂土液化軟土震陷.地震動的三要素是什么？地震動的幅值（最大振幅或峰值）頻譜特性（波形）持續(xù)時間（簡稱持時）.工程結構的抗震設防標準是什么？工程結構抗震設計要遵從一定的標準，這就是抗震設 防標準。它包括抗震設防目標、工程設防類別、設防地震和場地選擇等內(nèi)容?？拐鹪O防 標準是科學性和政策性的結合。.什么是結構或構件的滯回延性？結構或構件的滯回延性系指在承載力沒有明顯下降情況 下，其所能承受的反復彈塑性變形循環(huán)的能力。特性：結構或構件至少能夠承受5 次反復的彈塑性變形循環(huán)，而且其最大幅值可達設計

7、容許變形值；結構或構件在經(jīng)歷 反復的彈塑性變形循環(huán)時，其剩余承載力始終不低于原承載力的20%o.衡量橋梁結構延性的設計指標有哪些？各自如何定義？主要有曲率延性系數(shù)（曲率延性 比）和位移延性系數(shù)（位移延性比）曲率延性系數(shù)：系指構件某截面屈服后的曲率與初 始屈服曲率之比結構或構件的位移延性系數(shù)：系指結構或構件屈服后的位移與初始屈服 位移之比.什么是橋梁結構的地震反響？目前主要有哪幾種地震反響分析方法？位于地震區(qū)的公路 橋梁，在遭遇地震作用時，結構將發(fā)生振動，從而產(chǎn)生隨時間變化的位移、速度、加速 度、內(nèi)力和變形等，通稱為結構的地震反響方法：彈性靜力法、彈性反響譜法、時程分 析方法.橋梁抗震設計要進行

8、哪兩個階段的設計？各自的設計內(nèi)容是什么？為實現(xiàn)預期的橋梁抗 震設防目標，至少應基于兩級設防地震動水平（即多遇地震和罕遇地震），分別對結構 進行抗震設計一一兩階段設計多遇地震在結構正常使用年限內(nèi)般發(fā)生到兩次，故要 求結構不受損壞允許結構在罕遇地震作用下遭受嚴重損壞，然而結構不應發(fā)生危及生命 平安的倒塌破壞第一階段設計主要為承載力設計；第二階段設計主要為延性設計.目前常用的橋梁抗震結構類型有哪些？各自的設計概念是什么？抗震結構：依靠構件自身的強度、剛度和延性來抵抗地震作用隔震結構：應用隔震耗能部件保護主體結構免受損傷制震結構：利用控制結構實現(xiàn)地震能量的存儲和應用.橋梁延性構造細節(jié)設計包括哪些方面的

9、內(nèi)容？縱向鋼筋配置要求：延性橋墩中縱向鋼筋的含量不宜太低，也不宜太高。箍筋配置要求：箍筋在延性橋墩中起到3個方面的作用：I、用于約束塑性校區(qū)混凝; II、提供抗剪能力；III、防止縱向鋼筋壓屈。因此，箍筋的構造設計最為關鍵。 箍筋構造要求包括：箍筋加密區(qū)范圍、箍筋形式、體積含箍率、豎向間距。延性橋墩中縱向鋼筋的錨固與搭接要求.目前主要有哪些防落梁構造措施？加大梁端座寬（加大梁端防落梁長度）設置防落梁裝置：防落梁裝置是用于防止地震作用下上部結構因上、下部結構間發(fā)生無法 預期的較大相對位移（包括可能的下部結構或支座遭受破壞情況而坍塌下來的一種防護設 施。防落梁裝置的其常用構造為：混凝土或鋼制抗震擋

10、塊、拉桿式、預應力鋼絞線、拉環(huán) 式、鎖鏈式等設置限位裝置：限位裝置是為限制梁墩以及梁臺間的相對位移而設計的構造裝置。一般 可分為與支座結合的限位裝置、混凝土或鋼制擋塊、剪力鍵等。12.目前主要有哪些結構 振動控制技術？各自的優(yōu)缺點是什么？按控制措施的實施方式，結構振動控制可分為被動 控制、主動控制、半主動控制和混合控制按是否需要外部能量輸入，可分為無源控制和有 源控制兩類。其中，被動控制屬于無源控制，而主動控制、半主動控制和混合控制都屬于 有源控制。主動控制：控制效果較好，對環(huán)境有較強的適應力，缺點是完全依賴外部能源，閉環(huán)穩(wěn)定 性比其它方式差被動控制：主要優(yōu)點是本錢低，不消耗外部能量，不會影響

11、結構的穩(wěn)定性；缺點是對環(huán)境 變化的適應力與控制效果不如其它方案混合控制：采用主動控制來補充和改善被動控制性能的方案，所需外部能量小于主動控 制，性能大大優(yōu)于被動控制，甚至可到達或超過主動控制的性能，并在穩(wěn)定性與適用性方面 要優(yōu)于后者半主動控制：所需外部能量比主動控制小得多，性能大大優(yōu)于被動控制，甚至可到達或超 過主動控制的性能，并在穩(wěn)定性與適用性方面要優(yōu)于后者三、概念題.簡述構造地震的局部機制和宏觀機制。局部機制：彈性回跳說、粘滑說彈性回跳說的主要觀點：地殼由彈性的、有斷層的巖層組 成；地殼運動產(chǎn)生的能量以彈性應變能的形式在斷層及其附近巖層中長期積累；當彈性應變能積累及其巖層變形到達一定程度時

12、，斷層上某一點的兩側(cè)巖體會發(fā)生相對錯 動，并使沿斷層的鄰近點隨之發(fā)生位移，以致斷層兩側(cè)巖體向相反方向突然滑動，地震因之 產(chǎn)生，此時，斷層上長期積累的彈性應變能突然釋放；地震后，過去在應變能作用下發(fā)生變形的巖體又重新恢復沒有變形的狀態(tài)。粘滑說認為， 每一次斷層發(fā)生錯動時只釋放了積累的總應變能中的一小局部，而非全部，剩余局部那么為斷 層面上很高的動摩擦力所平衡。地震后，斷層兩側(cè)仍有摩擦力使之固結，并可以再積累應 力而發(fā)生較大的地震。宏觀機制：板塊構造板塊觀點認為，全球板塊由于地幔對流運動而相互地運動著。板塊內(nèi)部 在長期的板塊構造運動作用下，板內(nèi)地殼中也會逐漸積累很大的壓應力，加之軟流圈與板塊 之間

13、的界面極不平坦，造成板塊內(nèi)部復雜的應力狀態(tài)和不均勻變形，當應力到達地殼說能承 受的極限狀態(tài)時，板塊間就會發(fā)生相對錯動發(fā)生地震。因此，表現(xiàn)在發(fā)生板內(nèi)地震時，遠不 及板塊邊界地震的頻度高和集中成帶，而且震中分布零亂，機制多變。.簡述橋梁抗震設計的基本原那么。場地選擇：查明對橋梁抗震有利、不利和危險的地段。充分利用對抗震有利的地段，避開 不利地段，不在危險地段建橋。避開地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場 地。在地基穩(wěn)定的條件下，可考慮結構與地基的振動特性，力求防止共振影響。在軟弱地 基上，注意基礎的整體性，以防止地震引起的動態(tài)的和永久的不均勻變形。體系的整體性和規(guī)那么性：橋梁結構的整體性要

14、好，上部結構應盡可能設計成連續(xù)的。無論 是在平面或立面上，橋梁結構的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱、規(guī)整， 防止突然變化。強度與延性的均衡：橋梁結構具有的延性水平越高，相應的設計地震力可以取得越小，結 構所需的強度也越低；反過來，結構具有的強度越高，結構所需具備的延性水平那么越低。 所設計的延性水平將直接影響到橋梁結構的地震破壞程度。在設計抗震結構時，應當在設計 強度和延性水平之間取得適當?shù)木?。能力設計原那么：能力設計原那么強調(diào)不等平安度設計，即在結構不同構件（劃分為延性構件 和能力保護構件）及不同破壞模式（延性破壞和脆性破壞模式）之間確立不同的強度平安 度。通過不等平安度設計

15、，確保結構在大地震下以延性形式反響，不發(fā)生脆性的破壞模式。多道抗震防線：應力圖使橋梁結構具有多道抵抗地震側(cè)向力的體系。在強地震動過程中， 一道防線破壞后尚有第二道防線可以支承結構，防止發(fā)生連續(xù)倒塌。.試從能量觀點出發(fā)，解釋當前的主要橋梁抗震設計概念。從能量觀點看，不管是提高結構的能容還是提高結構的能耗，都是提高結構抗震能力的有效 途徑。能量觀點具有重要的理論意義。當前在橋梁抗震設計中采用的強度、延性、隔震、減震以及 振動控制設計等基本原理，都可以從能量觀點得到解釋。延性抗震設計概念：基于延性概念進行抗震設計，即允許結構局部構件在設計預期的中震或 大震作用下發(fā)生反復的彈塑性變形循環(huán)，這些構件被設

16、計成具有較好的滯回延性，通過其 滯回耗能，消耗大量的地震輸入能量，從而保證結構實現(xiàn)預期的抗震性能目標。強度設計概念：基于強度設計概念進行抗震設計，即要求結構主要依靠自身的彈性應變能和 動能，來平衡地震動輸入結構的總能量。隔震設計概念：基于隔震概念進行抗震設計，即要求局部或大局部地隔離地震動輸入結構的 總能量。減震設計概念：基于減震概念進行抗震設計，即通過設置外部耗能裝置（如阻尼器等），從 而盡可能增大結構的阻尼耗能，消耗地震輸入能量，以實現(xiàn)預期的結構抗震性能目標。振動控制設計概念：方法多種多樣，都是從提高結構能容或能耗的目的出發(fā)進行結構設計； 或從結構外部輸入能量，以平衡地震動輸入結構的能量。

17、.簡述橋梁結構隔震設計的基本原理及目前常用的幾種隔震技術。橋梁隔震設計的基本原理是通過隔震裝置或特殊構造措施等，隔離地震動能量向橋梁結構的 輸入，從而到達降低結構地震力的目的。柔性支承隔震技術：在橋梁上部結構與橋墩之間設置具有較低的水平側(cè)向剛度的柔性支座 （主要為橡膠類隔震支座，包括疊層橡膠隔震支座、鉛芯橡膠隔震支座和高阻尼橡膠隔震支 座等），以延長結構的自振周期，避開地震的卓越周期，隔斷地震能量傳遞給上部結構，從 而到達降低結構設計地震力的目的?；瑒痈粽鸺夹g：滑動隔震技術是指在橋梁上部結構與橋墩之間設置滑動接觸面類型的隔震 支座（包括聚四氟乙烯滑板支座、摩擦擺隔震支座一FPS等），將上部結構

18、與下部結構的振 動有效地別離開來，同時限制上部結構傳遞到下部結構的地震力。滾動隔震技術：滾動隔震技術是指在橋梁上部結構與橋墩之間設置滾球或滾軸支座，將 上、下部結構的振動隔離開來。搖擺隔震技術：搖擺隔震技術的基本原理是通過特殊構造設計，使橋梁結構在強震作用下 基礎與結構別離，從而從根本上減小地震動輸入結構的能量。.簡述橋梁震害現(xiàn)象及引起橋梁震害的原因。橋梁震害現(xiàn)象可歸納為以下幾類：橋梁坍塌：橋梁上部結構與下部結構一起倒塌。落梁：橋梁上部結構發(fā)生順橋向或橫橋向的落梁現(xiàn)象。墩臺破壞：橋臺倒塌、斷裂和嚴重傾斜；橋墩發(fā)生壓剪破壞、壓彎破壞或出現(xiàn)錨固失效、 壓潰等現(xiàn)象?；A破壞：基礎擴大沉降、滑移等，樁

19、基礎可能出現(xiàn)的各種破壞現(xiàn)象。支座破壞：橋梁支座出現(xiàn)的各種破壞現(xiàn)象。附屬設施破壞：橋梁伸縮縫、剪力鍵等附 屬設施出現(xiàn)的各種破壞現(xiàn)象。其他破壞：碰撞、落石等引起的各種破壞現(xiàn)象。橋梁震害原因：施工因素：沒有遵循施工規(guī)范內(nèi)部因素：結構設計缺陷和構造缺陷 外部因素：強烈地震地面運動.簡述能力設計方法的主要特征及其與常規(guī)靜力設計方法的區(qū)別。能力設計法的特征是：基于能力設計的抗震結構，應在主要抗側(cè)力體系中選擇合適的構 件，通過對這些構件合理的設計和細部構造設計，使其具有在大變形下的耗能能力。其它結 構構件那么設計成具有足夠的強度，以保證預先選擇的耗能機制能發(fā)揮作用。區(qū)別：常規(guī)靜力設計采用等平安度設計概念，即所有構件的設計都是基于統(tǒng)一的強度平安系 數(shù)，沒有考慮在不同性質(zhì)的構件之間形成適當?shù)膹姸绕桨驳燃壊町?。能力設計原那么強調(diào)不等平安度設計，即在結構不同構件（劃分為延性構件和能力保護構件） 及不同破壞模式（延性破壞和脆性破壞模式）之間確立不同的強度平安度。通