第六講 抗震設(shè)計

橋梁抗風(fēng)與抗震李宏偉E-mail：zjulhw@163.com塔里木大學(xué)水建學(xué)院土木系第六講抗震設(shè)計方法地震力計算方法延性設(shè)計延性抗震設(shè)計方法鋼筋混凝土墩柱的構(gòu)造設(shè)計地震力計算方法

靜力法假定結(jié)構(gòu)物與地震具有相同振動，將地震產(chǎn)生慣性力視作靜力作用于結(jié)構(gòu)上；靜力法忽略結(jié)構(gòu)的動力特性。

動力反應(yīng)譜法一組具有相同阻尼、不同自振周期單質(zhì)點體系，在某一地震動時程作用下的最大反應(yīng)，為該地震動的反應(yīng)譜。反應(yīng)譜分為加速度反應(yīng)譜、速度反應(yīng)譜和位移反應(yīng)譜；同時考慮了地面運動和結(jié)構(gòu)的動力特性；局限性準(zhǔn)動力理論（靜力）、持續(xù)時間對結(jié)構(gòu)破壞影響、籠統(tǒng)給出結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)地震力計算方法

地震力計算方法延性設(shè)計

延性表示結(jié)構(gòu)超過彈性階段后的變形能力；延性指標(biāo)：曲率、位移；延性計算：曲率和位移計算；

延性意義慣性力超過結(jié)構(gòu)剛度；損壞：超出結(jié)構(gòu)極限變形；倒塌：超出結(jié)構(gòu)滯回延性；能量：地震輸入總能量=結(jié)構(gòu)動能+彈性應(yīng)變能+阻尼耗能+滯回耗能；缺陷：出現(xiàn)一定程度損壞為代價；延性抗震設(shè)計方法

延性設(shè)計反法延性需求(DuctilityDemand)：彈塑性動力時程分析；延性能力(DuctilityCapacity)：不發(fā)生脆性的破壞模式；

能力設(shè)計方法基本原理：

在結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護構(gòu)件（脆性構(gòu)件以及不希望發(fā)生非彈性變形的構(gòu)件，統(tǒng)稱為能力保護構(gòu)件）之間建立強度安全等級差異，以確保結(jié)構(gòu)不會發(fā)生脆性的破壞模式。延性抗震設(shè)計方法塑性變形能力延性抗震設(shè)計方法延性抗震設(shè)計方法

延性設(shè)計步驟潛在塑性鉸的確定；通過強度安全系數(shù)避免破壞；對于脆性構(gòu)件或不希望出現(xiàn)塑性鉸的構(gòu)件，確保其強度安全等級高于包含塑性鉸的構(gòu)件；

塑性鉸位置應(yīng)使結(jié)構(gòu)獲得最優(yōu)的耗能；頭重腳輕：主要集中在上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心，并由下部結(jié)構(gòu)承受；延性抗震設(shè)計方法延性抗震設(shè)計方法

延性構(gòu)件設(shè)計規(guī)則橋梁：實際結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)可以近似簡化為單自由度系統(tǒng)進行分析的橋梁；非規(guī)則橋梁：安裝隔振支座和阻尼器的橋梁；延性結(jié)構(gòu)：完全延性結(jié)構(gòu)、有限延性結(jié)構(gòu)、完全彈性結(jié)構(gòu)；普通公路橋：采用完全延性結(jié)構(gòu)類型進行抗震設(shè)計；重要橋梁：采用有限延性結(jié)構(gòu)型式，獲得最佳的抗震性能；關(guān)鍵性橋梁：采用完全彈性結(jié)構(gòu)型式進行抗震設(shè)計；延性抗震設(shè)計方法延性抗震設(shè)計方法

延性構(gòu)件的設(shè)計地震力地震力折減系數(shù)R：強振動激起的單自由度系統(tǒng)的最大地震慣性力FE與相應(yīng)的延性系統(tǒng)的屈服力Fy之比，即R=

FE/

Fy。規(guī)范：等位移準(zhǔn)則（長周期結(jié)構(gòu)）和等能量準(zhǔn)則（中等周期結(jié)構(gòu)）；等位移準(zhǔn)則等能量準(zhǔn)則延性抗震設(shè)計方法延性抗震設(shè)計方法延性抗震設(shè)計方法延性類型完全延性結(jié)構(gòu)有限延性結(jié)構(gòu)完全彈性結(jié)構(gòu)延性構(gòu)件抗彎強度驗算

按承載力極限狀態(tài)法，進行臨界界面的抗彎強度驗算。延性構(gòu)件抗剪強度驗算

為了保證橋墩在強震作用下不發(fā)生脆性的剪切破壞，確保橋墩能按預(yù)期的彎曲延性形式反應(yīng)。延性橋墩抗剪驗算過程計算塑性鉸區(qū)截面的名義抗彎強度；計算橋墩塑性鉸區(qū)截面的超強彎矩；確定橋墩的設(shè)計剪力；按規(guī)范規(guī)定的抗剪強度計算公式，對延性橋墩進行抗剪強度驗算；延性構(gòu)件的延性設(shè)計；（橋墩中塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動能力）延性能力保護設(shè)計（強度設(shè)計過程）蓋梁設(shè)計（強度驗算）；支座設(shè)計（超強彎矩計算）；基礎(chǔ)設(shè)計（設(shè)計荷載效應(yīng)進行強度驗算）；延性抗震設(shè)計方法鋼筋混凝土墩柱的延性設(shè)計

橋墩延性設(shè)計目的：根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)期的位移延性水平，確定橋墩塑性鉸區(qū)范圍內(nèi)所需要的約束箍筋用量，以及約束箍筋的配置方案；橫向箍筋作用

有效限制混凝土的橫向膨脹，維持核心混凝土的完整，提高核心混凝土的極限壓應(yīng)力，并阻止縱向受壓鋼筋出現(xiàn)屈曲。鋼筋混凝土墩柱的延性設(shè)計橫向箍筋作用提供斜截面的抗剪能力；約束核心混凝土，大大提高混凝土的極限壓應(yīng)變；阻止縱向受壓鋼筋過早屈曲；鋼筋混凝土墩柱延性的影響因素軸壓比；箍筋用量；箍筋形狀；混凝土強度；保護層厚度；縱向鋼筋；截面形式；鋼筋混凝土墩柱的延性設(shè)計鋼筋混凝土墩柱的延性設(shè)計延性指標(biāo)計算約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；截面的彎矩-曲率分析；構(gòu)造設(shè)計橫向箍筋配置

約束塑性鉸區(qū)混凝土，提供