橋梁地震反應(yīng)分析(動力時程、pushover)

第四四章章橋橋梁梁地地震震反反應(yīng)應(yīng)分分析析非線線性性時時程程分分析析方方法法1、材材料料非非線線性性2、幾幾何何非非線線性性3、接接觸觸非非線線性性工程程結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)非非線線性性問問題題的的分分類類線彈彈性性行行為為彈性性、、非非線線性性彈彈性性、、彈彈塑塑性性脆性性材材料料和和延延性性材材料料反復(fù)復(fù)荷荷載載下下材材料料的的加加載載、、卸卸載載、、再再加加載載過過程程混凝凝土土的的非非線線性性特特征征鋼筋筋的的非非線線性性特特征征荷載載和和變變形形的的相相互互關(guān)關(guān)系系RC截面面的的彎彎矩矩—曲率率關(guān)關(guān)系系端部部集集中中受受荷荷懸懸臂臂梁梁的的非非線線性性行行為為RC懸臂臂梁梁在在反反復(fù)復(fù)荷荷載載下下的的力力-位移移曲曲線線滯回回行行為為強(qiáng)度度退退化化剛度度、、強(qiáng)強(qiáng)度度退退化化耗能能特特征征線彈彈性性/彈塑塑性性動動力力反反應(yīng)應(yīng)對對比比線彈彈性性/彈塑塑性性動動力力反反應(yīng)應(yīng)對對比比延性性（（Ductility）的的定定義義Paulay和Priestley的定定義義：：結(jié)構(gòu)構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件的的滯滯回回延延性性，，是是指指在在抗抗力力沒沒有有明明顯顯下下降降的的情情況況下下，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件所所能能經(jīng)經(jīng)受受的的反反復(fù)復(fù)彈彈塑塑性性變變形形循循環(huán)環(huán)的的能能力力。。（1）結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件至至少少能能夠夠經(jīng)經(jīng)受受住住5次反反復(fù)復(fù)的的彈彈塑塑性性變變形形循循環(huán)環(huán)，，而而且且最最大大幅幅值值可可達(dá)達(dá)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)容容許許變變形形值值；；（2）結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件在在經(jīng)經(jīng)理理反反復(fù)復(fù)的的彈彈塑塑性性變變形形循循環(huán)環(huán)時時，，抗抗力力的的下下降降量量始始終終不不超超過過最最大大抗抗力力的的20％。。（（國國內(nèi)內(nèi)常常用用15％））延性性指指標(biāo)標(biāo)曲率率延延性性系系數(shù)數(shù)（（曲曲率率延延性性比比））位移移延延性性系系數(shù)數(shù)（（位位移移延延性性比比））曲率率延延性性比比屈服服曲曲率率極限限曲曲率率位移移延延性性比比位移移延延性性比比與與曲曲率率延延性性比比的的關(guān)關(guān)系系位移移延延性性比比與與曲曲率率延延性性比比的的關(guān)關(guān)系系集中中塑塑性性單單元元模模型型分布布塑塑性性單單元元模模型型桿系系模模型型Giberson單分分量量梁梁柱柱單單元元模模型型Clough雙分分量量梁梁柱柱單單元元模模型型集中中塑塑性性單單元元模模型型集中中塑塑性性單單元元模模型型Lai氏多多彈彈簧簧單單元元集中中塑塑性性單單元元模模型型的的優(yōu)優(yōu)缺缺點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：對對計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)存存儲儲容容量量要要求求較較低低，，耗耗費(fèi)費(fèi)機(jī)機(jī)時時少少、、數(shù)數(shù)值值穩(wěn)穩(wěn)定定缺點(diǎn)點(diǎn)：：無無法法反反映映鋼鋼筋筋混混凝凝土土構(gòu)構(gòu)件件的的非非彈彈性性變變形形區(qū)區(qū)域域具具有有一一定定的的長長度度、、而而且且這這個個塑塑性性區(qū)區(qū)長長度度是是隨隨加加載載歷歷史史的的變變化化而而變變化化的的這這一一客客觀觀規(guī)規(guī)律律。。分布布塑塑性性單單元元模模型型分段段變變剛剛度度模模型型曲線線分分布布柔柔度度模模型型有限限單單元元模模型型經(jīng)典典剛剛度度法法單單元元（（位位移移插插值值函函數(shù)數(shù)））基于于柔柔度度法法單單元元（（內(nèi)內(nèi)力力插插值值函函數(shù)數(shù)））端部部受受荷荷懸懸臂臂梁梁材材料料非非線線性性分分析析材料料應(yīng)應(yīng)力力-應(yīng)變變關(guān)關(guān)系系1個單單元元5個積積分分截截面面梁端端荷荷載載-位移移關(guān)關(guān)系系曲曲線線積分分點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)目目對對精精度度的的影影響響曲率率沿沿桿桿長長變變化化圖圖William肘式式框框架架的的幾幾何何非非線線性性分分析析EA=8.38x106N/mEI=2.66x107N.mm2荷載載-撓度度曲曲線線分分析析結(jié)結(jié)果果與與試試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)比比較較壓彎彎構(gòu)構(gòu)件件的的非非線線性性分分析析PNRC結(jié)構(gòu)構(gòu)非非線線性性靜靜動動力力分分析析材料料本本構(gòu)構(gòu)模模型型庫庫滯回回模模型型庫庫截面面分分析析求解解算算法法－－荷荷載載控控制制、、位位移移控控制制材料料本本構(gòu)構(gòu)模模型型混凝凝土土Hognestad模型型Kent－Park模型型及及其其修修正正模模型型Sheikh－Uzumeri模型型Mander模型型Saatcioglu-Razvi模型型Hoshikuma模型型鋼筋筋多線線性性模模型型曲線線彈彈塑塑性性強(qiáng)強(qiáng)化化模模型型混凝凝土土本本構(gòu)構(gòu)模模型型—Hognestad模型型無約約束束混混凝凝土土混凝凝土土本本構(gòu)構(gòu)模模型型—Kent-Park模型型KP模型型KP修正正模模型型混凝凝土土本本構(gòu)構(gòu)模模型型—Sheikh－Uzumeri模型型基于于24個方方形形截截面面混混凝凝土土柱柱試試件件的的軸軸心心抗抗壓壓試試驗(yàn)驗(yàn)混凝凝土土本本構(gòu)構(gòu)模模型型—Mander模型型0.12鋼筋筋的的本本構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系鋼筋筋的的本本構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系—多線線性性模模型型鋼筋筋的的本本構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系—曲線線強(qiáng)強(qiáng)化化模模型型截面面彎彎矩矩－－曲曲率率關(guān)關(guān)系系分分析析程程序序截面面力力平平衡衡條條件件力平衡？noyes傳統(tǒng)統(tǒng)求求解解方方法法：：多多次次迭迭代代、、可可能能發(fā)發(fā)散散推薦薦方方法法分析析步步驟驟分析析步步驟驟算例例僅需需1-2次迭迭代代?。鼗啬ＤＰ托途_確的的滯滯回回模模型型應(yīng)應(yīng)能能考考慮慮：：（1）剛剛度度退退化化（2）強(qiáng)強(qiáng)度度退退化化（3）捏捏攏攏效效應(yīng)應(yīng)常見見的的滯滯回回模模型型Park三參參數(shù)數(shù)模模型型光滑滑滯滯回回模模型型使用用微微分分方方程程表表示示n個形形狀狀控控制制參參數(shù)數(shù)可考考慮慮剛剛度度退退化化、、強(qiáng)強(qiáng)度度退退化化、、捏捏攏攏效效應(yīng)應(yīng)形狀狀控控制制參參數(shù)數(shù)對對光光滑滑模模型型的的影影響響形狀狀控控制制參參數(shù)數(shù)對對光光滑滑模模型型的的影影響響形狀狀控控制制參參數(shù)數(shù)對對光光滑滑模模型型的的影影響響形狀狀控控制制參參數(shù)數(shù)對對光光滑滑模模型型的的影影響響各形形狀狀控控制制參參數(shù)數(shù)的的共共同同影影響響RC構(gòu)件件的的擬擬靜靜力力試試驗(yàn)驗(yàn)仿仿真真Ang等人人的的試試驗(yàn)驗(yàn)No.1圓形形截截面面D=400mmL=1600mm配筋筋率率2.43%含箍箍率率0.76%軸壓壓比比20%彎曲曲延延性性破破壞壞Arakawa等人人的的試試驗(yàn)驗(yàn)圓形形截截面面D=275mmL=300mm配筋筋率率2.54%含箍箍率率0.94%軸壓壓比比11%剪切切破破壞壞Davey的試試驗(yàn)驗(yàn)圓形形截截面面D=500mmL=2750mm配筋筋率率2.61%含箍箍率率0.44%軸壓壓比比6%隨機(jī)機(jī)荷荷載載Ang等人人的的試試驗(yàn)驗(yàn)u3矩形形截截面面400×400mmL=1600mm配筋筋率率1.51%含箍箍率率2.83%軸壓壓比比38%強(qiáng)度度和和剛剛度度明明顯顯退退化化單層層RC框架架的的非非線線性性靜靜動動力力分分析析算算例例OpenSees（OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation）模型型彎矩矩-曲率率分分析析結(jié)結(jié)果果對對比比Pushover分析析結(jié)結(jié)果果單層層RC框架架的的非非線線性性時時程程分分析析滯回回模模型型算例例普通通橋橋梁梁上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和蓋蓋梁梁總總重重估估計(jì)計(jì)為為7000kNⅡ類場場地地地震震動動峰峰值值加加速速度度為為0.3g罕遇遇地地震震下下動動力力時時程程分分析析PGA調(diào)整整至至510cm/s2（0.52g）模型型非線線性性時時程程反反應(yīng)應(yīng)分分析析應(yīng)應(yīng)注注意意的的問問題題單元元模模型型及及滯滯回回模模型型的的選選擇