工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第七-八章

工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第七章工程結(jié)構(gòu)的隔震與減震第一節(jié)結(jié)構(gòu)控制的基本概念一、抗震理論的發(fā)展階段1．靜力理論，即抗側(cè)力系數(shù)法剛性結(jié)構(gòu)體系，無法真正實現(xiàn)2．彈性地震反應(yīng)譜分析方法設(shè)計思想：“小震不壞，大震不倒”延性結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)用日益受到限制3．結(jié)構(gòu)控制理論：目前屬于初期發(fā)展和初步應(yīng)用階段結(jié)構(gòu)控制主要研究結(jié)構(gòu)工程中控制裝置的設(shè)計理論、方法及其實施?？刂平Y(jié)構(gòu)是根據(jù)給定的控制條件將結(jié)構(gòu)和控制裝置作為一個整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。結(jié)構(gòu)控制可分四類（1）被動控制：不需要外部提供能源上部減震：如調(diào)頻質(zhì)量阻尼器、耗能裝置等基礎(chǔ)減震：即基礎(chǔ)隔震（2）主動控制：需要外部提供能源（3）半主動控制：僅需少量外部能源（4）以上幾種控制類型的組合第二節(jié)基礎(chǔ)隔震一、基礎(chǔ)隔震模式①豎向支承機(jī)構(gòu)②水平隔震機(jī)構(gòu)③阻尼機(jī)構(gòu)③②①基礎(chǔ)地基上部結(jié)構(gòu)隔震層基礎(chǔ)隔震建筑基本模式基礎(chǔ)隔震與傳統(tǒng)抗震房屋的反應(yīng)對比二、隔震機(jī)構(gòu)及隔震原理1．疊層鋼板橡膠支座隔震（1）普通疊層鋼板橡膠支座（3）高阻尼疊層鋼板橡膠支座（4）堆疊型疊層鋼板橡膠支座（2）鉛芯疊層鋼板橡膠支座隔震基本原理（1）延長結(jié)構(gòu)基本自振周期，遠(yuǎn)離場地卓越周期，使結(jié)構(gòu)基頻處于地震能量高的頻段之外，從而有效地降低建筑物的地震反應(yīng)。（2）適度增大橡膠支座的阻尼，以更多地吸收傳入結(jié)構(gòu)的地震能量，抑制地震波中長周期成分可能給建筑物帶來的大變形。2．滑動支座隔震隔震基本原理：通過隔震層控制傳入上部結(jié)構(gòu)的地震力，地震力不超過隔震層摩擦力3．螺旋彈簧支座隔震4．滾動支座隔震5．?dāng)[動柱隔震第三節(jié)結(jié)結(jié)構(gòu)消能減減震一、消能減減震原理結(jié)構(gòu)在地震震中任意時時刻能量方方程為傳統(tǒng)抗震結(jié)結(jié)構(gòu)Ein=EV+EK+EC+ES消能減震結(jié)結(jié)構(gòu)Ein=EV+EK+EC+ES+ED式中Ein地震過程中中輸入結(jié)構(gòu)構(gòu)體系的能能量；EV結(jié)構(gòu)體系的的動能；EK結(jié)構(gòu)體系的的彈性應(yīng)變變能（勢能能）；EC結(jié)構(gòu)體系本本身的阻尼尼耗能；ES結(jié)構(gòu)構(gòu)件的的彈塑性變變形消耗的的能量；ED消能裝置或或消能元件件消耗或吸吸收的能量量。（a）地震輸入（b）傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震（c）效能減震結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)地震能最轉(zhuǎn)換途徑對比二、消能減減震機(jī)構(gòu)消能減震體體系：把結(jié)結(jié)構(gòu)物的某某些非承重重構(gòu)件設(shè)計計成消能桿桿件，或在在結(jié)構(gòu)的某某些部位裝裝設(shè)消能裝裝置。消能裝置按按照其構(gòu)造造形式可以以做成（1）消能能支撐：替替代一般的的結(jié)構(gòu)支撐撐（2）消能能剪力墻：：替代一般般的結(jié)構(gòu)剪剪力墻（3）消能能節(jié)點：在在結(jié)構(gòu)梁柱柱節(jié)點處裝裝設(shè)消能裝裝置（4）消能能聯(lián)結(jié)：在在結(jié)構(gòu)的縫縫隙處或結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之之間的聯(lián)結(jié)結(jié)處設(shè)置消消能裝置（1）消能能支撐：替替代一般的的結(jié)構(gòu)支撐撐（2）消能能剪力墻：：替代一般般的結(jié)構(gòu)剪剪力墻（3）消能能節(jié)點：在在結(jié)構(gòu)梁柱柱節(jié)點處裝裝設(shè)消能裝裝置消能裝置的的功能：當(dāng)當(dāng)構(gòu)件或節(jié)節(jié)點發(fā)生相相對位移或或轉(zhuǎn)動時，，產(chǎn)生較大大阻尼，從從而發(fā)揮消消能減震作作用。消能裝置的的消能形式式（1）摩擦擦消能：摩摩擦消能支支撐，摩擦擦節(jié)點（2）鋼件件（梁、板板、棒）非非彈性消能能裝置（3）材料料塑性變形形消能：鉛鉛阻尼器（4）材料料粘彈性消消能裝置（5）液體體阻尼消能能：液體阻阻尼缸（6）混合合式：幾種種消能形式式混合應(yīng)用用。三、消能減減震設(shè)計法法循環(huán)設(shè)計法法：根據(jù)設(shè)設(shè)計目標(biāo)進(jìn)進(jìn)行循環(huán)多多次的設(shè)計計計算，不不斷調(diào)整消消能構(gòu)件或或消能裝置置的設(shè)計和和布置，直直到滿足設(shè)設(shè)計目標(biāo)。。第四節(jié)調(diào)調(diào)諧阻尼尼器減震一、調(diào)諧質(zhì)質(zhì)量阻尼器器(TMD)減震機(jī)理:將結(jié)構(gòu)振振動的部分分能量吸收收到自己身身上，轉(zhuǎn)化化成自身的的動能和阻阻尼耗能。。二、調(diào)諧液液體阻尼器器(TLD、TLCD)減震機(jī)理：：結(jié)構(gòu)振動動時帶動阻阻尼器中的的液體晃動動，通過結(jié)結(jié)構(gòu)與阻尼尼器之間的的相互作用用實現(xiàn)減震震。被動調(diào)諧阻阻尼器一般般安裝在結(jié)結(jié)構(gòu)頂層。。第五節(jié)主主動控制制工作流程第八章橋梁結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)計第一節(jié)橋梁結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)計的的基本知識識一、梁式橋橋震害表現(xiàn)現(xiàn)及原因1．上部結(jié)構(gòu)構(gòu)震害(1)由于橋墩傾傾倒而引起起落梁(2)由于梁柱之之間的相對對錯位而引引起的落梁梁(3)由于上部結(jié)結(jié)構(gòu)橫向位位移和轉(zhuǎn)動動引起落梁梁2．下部結(jié)結(jié)構(gòu)震害橋墩、橋臺臺、支座破破壞二、抗震設(shè)設(shè)計的基本本知識(一)公路工程程重要性性分類第一檔次次：高速速公路和和一級公公路上的的抗震重重點工程程；第二檔次次：高速速公路、、一級公公路的一一般工程程和二級級公路的的抗震重重點工程程以及二二三級公公路上橋橋梁的支支座。第三檔次次：二級級公路上上的一般般工程和和三級公公路上的的抗震重重點工程程以及四四級公路路上的梁梁端支座座、梁端端連接、、支檔措措施；第四檔次次：三級級公路上上的一般般工程和和四級公公路上的的抗震重重點工程程；第五檔次次：四級級公路上上的一般般工程。。(二)抗抗震設(shè)防防標(biāo)準(zhǔn)公路工程程的設(shè)防防依據(jù)是是基本烈烈度。1.在在基本烈烈度為7，8，，9度地區(qū)的的抗震設(shè)設(shè)計，根根據(jù)我國國交通部部標(biāo)準(zhǔn)《《公路工工程抗震震設(shè)計規(guī)規(guī)范》進(jìn)進(jìn)行；2.對對于大于于9度的地區(qū)區(qū)，應(yīng)進(jìn)進(jìn)行專門門研究；；3.基基本烈度度為6度的地區(qū)區(qū)，除國國家特別別規(guī)定外外，可采采用簡易易設(shè)防，，或不進(jìn)進(jìn)行抗震震驗算。。(三)抗震設(shè)防防目標(biāo)按規(guī)范要要求進(jìn)行行抗震設(shè)設(shè)計的公公路工程程在發(fā)生生與之相相當(dāng)?shù)幕玖叶榷鹊卣鹩坝绊憰r1.位位于一般般地段的的高速公公路、一一級公路路工程，，經(jīng)一般般整修即即可正常常使用；；2.位位于一般般地段的的二級公公路及位位于軟弱弱粘性土土層或液液化土層層上的高高速公路路、二級級公路工工程，經(jīng)經(jīng)短期搶搶修即可可恢復(fù)使使用；3.三三四級公公路工程程和位于于地震危危險地段段、軟弱弱粘性土土層或液液化土層層上的二二級公路路以及位位于抗震震危險地地段的高高速公路路、一級級公路工工程，保保證橋梁梁、隧道道及重要要的構(gòu)造造物不發(fā)發(fā)生嚴(yán)重重破壞。。(四)抗震設(shè)計計基本要要求1．選擇擇對抗震震有利地地段布設(shè)設(shè)線路和和選定橋橋位；2．避免免或減輕輕在地震震影響下下因地基基變形或或地基失失效對公公路工程程造成的的破壞；；3．本著著減輕震震害和便便于修復(fù)復(fù)(搶搶修)的的原則，，確定合合理的設(shè)設(shè)計方案案:(1)盡盡量量減輕結(jié)結(jié)構(gòu)的自自重和降降低其重重心，以以減小結(jié)結(jié)構(gòu)物內(nèi)內(nèi)力，提提高穩(wěn)定定性。(2)力力求使使結(jié)構(gòu)物物的質(zhì)量量中心與與剛度中中心重合合，以減減小在地地震中因因扭轉(zhuǎn)引引起的附附加地震震力，(3)應(yīng)應(yīng)協(xié)調(diào)調(diào)結(jié)構(gòu)物物的長度度和高度度，以減減少各部部分不同同性質(zhì)的的振動所所造成的的危害作作用。(4)適適當(dāng)降降低結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度，，使用延延性材料料提高其其變形能能力，從從而減小小地震荷荷載。(5)加加強(qiáng)地地基的調(diào)調(diào)整和處處理，以以減小地地基變形形和防止止地基失失效。4．加強(qiáng)強(qiáng)結(jié)構(gòu)物物的整體體性。(四)抗震設(shè)計計一般規(guī)規(guī)定1．下列列構(gòu)造物物可不進(jìn)進(jìn)行抗震震強(qiáng)度和和穩(wěn)定性性驗算，，但應(yīng)采采取抗震震措施（1）簡簡支梁的的上部構(gòu)構(gòu)造；（2）基基本烈度度低于9度，基礎(chǔ)礎(chǔ)位于I、II類場地上上的跨徑徑不大于于30m的單孔板板拱拱圈圈；（3）基基本烈度度低于8度，二、、三、四四級公路路上位于于非液化化土和非非軟弱粘粘性土地地基上的的實體墩墩臺。2．驗算算橋梁的的抗震強(qiáng)強(qiáng)度和穩(wěn)穩(wěn)定性時時，地震震荷載應(yīng)應(yīng)與結(jié)構(gòu)構(gòu)重力、、土的重重力和水水的浮力力相組合合，其它它荷載可可不考慮慮。3．計算算橋梁地地震荷載載時，應(yīng)應(yīng)分別考考慮順橋橋和橫橋橋兩個方方向的水水平地震震荷載。。對于位位于基本本烈度為為9度區(qū)的大大跨徑懸懸臂梁橋橋，還應(yīng)應(yīng)考慮上上、下兩兩個方向向豎向地地震荷載載和水平平地震荷荷載的不不利組合合。4．立體體交叉的的跨線工工程，其其抗震設(shè)設(shè)計不應(yīng)應(yīng)低于下下線工程程的要求求。5．季節(jié)節(jié)性河流流上的橋橋梁，可可不考慮慮水流影影響；常常年有水水的河流流上的橋橋梁，應(yīng)應(yīng)按常水水位計算算水的浮浮力；位位于常水水位水深深超過5m的實體橋橋墩、空空心橋墩墩的抗震震設(shè)計，，應(yīng)計入入地震動動水壓力力。6．梁橋橋下部結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗震設(shè)計計，應(yīng)考考慮上部部結(jié)構(gòu)的的地震荷荷載。其其作用點點的位置置，順橋橋向為支支座頂面面；橫橋橋向為上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)質(zhì)量重重心。7．位于于非巖石石地基上上的梁橋橋橋墩抗抗震設(shè)計計，應(yīng)計計入地基基變形的的影響。。8．地震震荷載的的計算法法，一般般情況下下橋墩應(yīng)應(yīng)采用反反應(yīng)譜理理論計算算，橋臺臺采用靜靜力法。。對于結(jié)結(jié)構(gòu)特別別復(fù)雜、、橋墩高高度超過過30m的特大橋橋梁，可可采用時時程分析析法。第二節(jié)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)地震反反應(yīng)分析析方法一、靜力力法假設(shè)結(jié)構(gòu)構(gòu)為一剛剛體，把把慣性力力作為靜靜力作用用在結(jié)構(gòu)構(gòu)上。計計算公式式F=kW式中W為結(jié)構(gòu)總總重量或或結(jié)構(gòu)中中某一部部分的重重量；k水平地震震系數(shù)，，即地面面運(yùn)動加加速度峰峰值與重重力加速速度的比比值。二、反應(yīng)應(yīng)譜法把建筑設(shè)設(shè)計反應(yīng)應(yīng)譜中的的地震影影響系數(shù)數(shù)分為兩項項：1.地地震系數(shù)數(shù)K：根據(jù)基基本烈度度確定。。2.動動力放大大系數(shù)：根據(jù)場場地類別別、結(jié)構(gòu)構(gòu)自振周周期確定定(1)當(dāng)當(dāng)結(jié)構(gòu)自自振周期期T=0時，=l；(2)當(dāng)當(dāng)0T0.1s時，在1與2.25之間按線線性規(guī)律律變化。。(3)當(dāng)當(dāng)0.1sTTg時，取最大值值2.25。(4)當(dāng)當(dāng)TgT時，分別以不不同