新公路橋梁抗震設(shè)計細則講解-1

1、Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.新公路橋梁抗震設(shè)計細則講解北京邁達斯技術(shù)有限公司Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co., Ltd.Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.主要內(nèi)容1 橋梁震害以及原因與啟示 89規(guī)范局限性以及新規(guī)范要點 新規(guī)范基本要求234 地震作用56 抗震分析 強度與變形驗算7 總結(jié)Copyright 2000-2003 MIDAS Information

2、 Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害落梁破壞u 廟子坪大橋采用板式橡膠支座，梁體直接擱置在支座上。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害u 百花大橋小半徑曲線橋、橋墩剛度變化大Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害Copyright 2000-2007MIDAS Info

3、rmation Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害墩柱破壞汶川地震中的百花大橋Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害基礎(chǔ)破壞Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害支座滑動、梁移過大汶川地震中的壽江大橋Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.1橋梁震害支座滑動、梁移過大汶川地震中的其他橋梁Copyright 2000-20

4、07MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.2橋梁震害原因與啟示支承連接部件失效Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.2橋梁震害原因與啟示橋梁墩柱破壞Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.1.2橋梁震害原因與啟示基礎(chǔ)破壞Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.2.1新規(guī)范發(fā)布設(shè)計規(guī)范-01實施細則Copyright 2000-2

5、007MIDAS Information Technology Co., Ltd.公路橋梁抗震設(shè)計2008-10-01實施鐵路工程抗震2006-122.2 89規(guī)范局限性Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 采用的設(shè)防水準(zhǔn)均為50年基準(zhǔn)期10%超越概率，重要結(jié)構(gòu)物的 設(shè)防等級用重要性系數(shù)來體現(xiàn)。 單一水準(zhǔn)設(shè)防，采用基于強度一階段設(shè)計；彈性地震力采用綜 合影響系數(shù)折減考慮結(jié)構(gòu)進入塑性的性能。2.2 89規(guī)范局限性采用綜合影響系數(shù)考慮結(jié)構(gòu)進入塑性（延性），但塑性鉸保證延性的細節(jié)構(gòu)造不明確，綜合影響系數(shù) 取值模糊并且明顯不

6、合理。對于墩柱抗剪、基礎(chǔ)抗震設(shè)計和驗算沒有規(guī)定，實 際應(yīng)用時存在錯誤，沒有引入能力保護設(shè)計的思想。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.2.3新規(guī)范要點主要適用于單跨跨徑不超過150m的混凝土梁橋、圬工或混凝土拱橋，大跨徑橋梁只給出抗震設(shè)計的原則和要點。取消了綜合影響系數(shù)：采用兩水平設(shè)防，兩階段設(shè)計，并給出 了明確的性能目標(biāo)。u 第一階段： E1地震作用下的彈性抗震設(shè)計；u 第二階段： E2地震作用下的彈塑性抗震設(shè)計，采用延性抗震設(shè)計方法， 并引入能力保護設(shè)計原則。地震作用部分的修訂，反應(yīng)譜周期到10秒，并給出了場地修

7、正系數(shù)；給出了時程地震波的選用原則。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.2.3新規(guī)范要點增加了橋梁抗震分析建模原則和抗震分析方法。增加橋梁減隔震設(shè)計，增加了局部細節(jié)設(shè)計和抗震構(gòu)造措施內(nèi)容。盡可能吸收了美國、日本現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范的理念和方法，吸取了近十年橋梁震害的教訓(xùn)，彌補了89規(guī)范的不足。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新規(guī)范基本要求 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)防目標(biāo)：采用兩水平設(shè)防、兩階段設(shè)計的思想，取消綜合影 響系數(shù)表3.1.1 各設(shè)防類別

8、橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新規(guī)范基本要求橋梁抗震設(shè)防分類Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新規(guī)范基本要求 橋梁抗震設(shè)防措施等級Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新規(guī)范基本要求表3.1.4-2 各類橋梁的重要性系數(shù)Ci注：高速公路和一級公路上的大橋、特大橋，其抗震重要性系數(shù)取B類括號內(nèi)的值。Copyright 2000-2007

9、MIDAS Information Technology Co., Ltd.3新規(guī)范基本要求 確定地震作用基本要求 按照規(guī)范取值，按E1和E2地震重要性系數(shù)乘設(shè)計基本地震動 加速度峰值A(chǔ)表3.2.2抗震設(shè)防烈度和水平向設(shè)計基本地震動加速度值A(chǔ) 地震安全性評價Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.抗震設(shè)防烈度6789A0.05g0.10（0.15）g0.20（0.3）g0.40g5地震作用 5.1 一般規(guī)定u橋梁結(jié)構(gòu)地震作用考慮的原則一般情況下，公路橋梁可只考慮水平向地震作用，直線橋 可分別考慮順橋向和橫橋向的地震作用。

10、設(shè)防烈度為8度和9度時的拱式結(jié)構(gòu)、長懸臂橋梁結(jié)構(gòu)和大 跨度結(jié)構(gòu)，以及豎向作用引起的地震效應(yīng)很重要時，應(yīng)同 時考慮順橋向X、橫橋向Y和豎向Z的地震作用。地震作用分量組合采用反應(yīng)譜法或功率譜法同時考慮三個正交方向的地震作 用時，可分別單獨計算各方向地震作用產(chǎn)生的最大效應(yīng)，uu然后組合。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用u 當(dāng)采用時程分析法時，應(yīng)同時輸入三個方向分量的一組地震動 時程計算地震作用效應(yīng)。u 進行直線橋梁地震反應(yīng)分析時，可分別考慮沿順橋向和橫橋向 兩個水平方向地震輸入。u 進行曲線橋梁地震反應(yīng)分析時

11、，可分別沿相鄰兩橋墩連線方向 和垂直于連線水平方向多方向地震輸入，以確定最不利地震水平 輸入方向。地震作用可以用設(shè)計加速度反應(yīng)譜、設(shè)計地震動時程和設(shè)計地震動功譜表達。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 5.2 設(shè)計加速度反應(yīng)譜 水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜SSmaxSmax (5.5T + 0.45)T T(T/T )maxgg0T(s)0.1Tg10給出的是S譜值，不同于原來的動力放大系數(shù)beta譜值最大周期10秒大于Tg段都是以1/T的斜率下降Copyright 2000-2007MIDAS Informat

12、ion Technology Co., Ltd.5地震作用 公路工程抗震設(shè)計規(guī)范（JTJ 004-89）中給出動力放大系數(shù)譜b = maxu&gmax 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 50011-2001）中給出水平地震影響系數(shù) 譜a = kb = max maxgu&gmaxCopyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.u&g + u&u&gu&g + u&5地震作用 水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 場地特征周期T

13、g場地特征周期Tg，按場址位置在中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖上讀取后，根據(jù)場地類別，按下表取值。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 阻尼調(diào)整系數(shù)Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.5地震作用 豎向設(shè)計加速度反應(yīng)譜 豎向設(shè)計加速度反應(yīng)譜由水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜乘以下 式給出的豎向/水平譜比函數(shù)R 基巖場地的R=0.65 土層場地的Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co.

14、, Ltd.5地震作用 5.3 地震動時程 做過地震安全性評價的橋址，設(shè)計地震動時程要根據(jù)專門的工程場地 地震安全性評價的結(jié)果確定。 未作地震安全性評價的橋址，可根據(jù)本細則設(shè)計加速度反應(yīng)譜，合成與其兼容的設(shè)計加速度時程；也可選用與設(shè)計地震震級、距離大體相近的實際地震動加速度記錄，通過時域方法調(diào)整，使其反應(yīng)譜與本細則設(shè) 計加速度反應(yīng)譜兼容。 為考慮地震動的隨機性，設(shè)計加速度時程不得少于三組（條），且應(yīng) 保證任意二時程間由下式定義的相關(guān)系數(shù)的值小于0.1Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.1 一般規(guī)定適用范

15、圍：常規(guī)橋梁單跨跨徑不超過150m的混凝土梁橋、圬工或混凝土拱橋等常規(guī)橋梁的抗震分析，墩高不超過40m，墩身第一階振型有效質(zhì)量大于60%。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析表6.1.4 橋梁抗震分析可采用的計算方法表中：TH：代表線性和非線性時程計算方法SM：單模態(tài)反應(yīng)譜和功率譜方法MM：多模態(tài)反應(yīng)譜和功率譜方法Copyright 2000-2007MIDAS Information

16、 Technology Co., Ltd.地震作用B類C類D類規(guī)則非規(guī)則規(guī)則非規(guī)則規(guī)則非規(guī)則E1SM/MMMM/THSM/MMMM/THSM/MMMME2SM/MMTHSM/MMTH6抗震分析截面特性取值 E1地震作用下，常規(guī)橋梁的所有構(gòu)件抗彎剛度均按毛截面計算。 E2地震作用下，延性構(gòu)件的有效截面抗彎剛度應(yīng)按下式計算， 但其他構(gòu)件抗彎剛度仍按毛截面計算。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.2 梁橋延性抗震設(shè)計Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology

17、 Co., Ltd.6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.3 建模原則u 單元質(zhì)量可采用集中質(zhì)量代表；墩柱和梁體的單元劃分應(yīng)反映結(jié)構(gòu)的實際動力特性；u 支座單元應(yīng)反映支座的力學(xué)特性u 混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比可取為0.05；進行時程分析時，可采用瑞利阻尼u 計算模型應(yīng)考慮相鄰結(jié)構(gòu)和邊界條件的影響。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Techn

18、ology Co., Ltd.6抗震分析p(t) =- mu&g (t)+)彈性力阻尼力慣性力fS = kufD = cu&fI = mu&Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.cu&(t)ku(t)mu&(t6抗震分析mu& + cu& + ku=- mu&gu(t) = uC(t)+ uP (t)二階線性微分方程u(t) = Acoswnt + Bsinwnt + p0 / k將外荷載視為由時間間隔非常短的沖擊荷載組成的結(jié)構(gòu)反應(yīng)為對各沖擊荷載反應(yīng)之和 Total ResponseCopyright 2000-200

19、7MIDAS Information Technology Co., Ltd.Response to impulse tResponse to impulse 2u 杜哈梅積分Response to impulse 1u 經(jīng)典解法6抗震分析可適用于線性和非線性領(lǐng)域中心差分法 、常加速度法、線性加速度法Newmark-b 法 、Wilson- q 法不同參數(shù)對應(yīng)的逐步積分法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.u 數(shù)值方法6抗震分析6.4 反應(yīng)譜法Copyright 2000-2007MIDAS Information

20、Technology Co., Ltd.6抗震分析 uSRSS方法組合 uCQC方法組合Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.6抗震分析6.5 時程分析方法地震動三要素Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.振幅頻譜持續(xù)時間6抗震分析Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd. 在E1地震作用下，線性時程法的計算結(jié)果不應(yīng)小于反 應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。 時程分析的最終結(jié)果，當(dāng)采

21、用3組時程波計算時，應(yīng) 取3組計算結(jié)果的最大值；當(dāng)采用7組時程波計算時， 可取7組結(jié)果的平均值。6抗震分析反應(yīng)譜法時程分析法Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.u 優(yōu)點：適用于線性和非線性的情況；給出隨時間變化的結(jié)構(gòu)反應(yīng)；u 缺點：地震波有隨機性，計算結(jié)果也帶有隨機性；和其他工況組合時麻煩一些。u 優(yōu)點：帶有統(tǒng)計特性；給出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的最大值；u 缺點：目前只適用于線性分析；各振型都是取最大值計算的；6抗震分析6.8 能力保護構(gòu)件計算Copyright 2000-2007MIDAS Information Techn

22、ology Co., Ltd.7強度與變形驗算7.1 一般規(guī)定Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7強度與變形驗算7.3 B類、C類橋梁抗震強度驗算Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7強度與變形驗算 墩柱塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的斜截面抗剪強度驗算Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7強度與變形驗算7.4 B類、C類橋梁墩柱的變形驗算E2地震作用下，一般情況應(yīng)驗算潛在塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的塑性轉(zhuǎn)動能力，但對于規(guī)則橋梁，驗算橋墩 墩頂?shù)奈灰?，對于高寬比小?.5的矮墩，驗算強度。Copyright 2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.7強度與變形驗算 E2地震作用下，橋墩潛在塑性鉸區(qū)