《工程抗震》PPT课件.ppt

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1、第 十 三 讲 桥 梁 结 构 抗 震 设 计 (一 ) 13.1设 计 流 程 13.1 设 计 性 能 与 破 坏 调 查是 社 会 基 础 设 施 ， 建 设 费 用 高 、 公 共 性 强 。 区 域 抗 震 防 灾 、 危 机 管 理 的 一 个 组 成 部 分 ， 地 震 破 坏 将 带来 重 大 的 次 生 灾 害 （ 道 路 是 城 市 的 生 命 线 ） 。 自 唐 山 地 震 以 来 ， 我 国 开 始 考 虑 桥 梁 的 抗 震 设 计 。 1）横向移动 分隔带撞击破坏2）纵向移动 3）承载能力不足 百花大桥桥墩破坏情况 小渔洞大桥完全垮塌 日 本 阪 神 地 震 桥 梁

2、 震 害 -剪 切 破 坏 日 本 阪 神 地 震 桥 梁 震 害 -弯 曲 破 坏 （ 1） 上 部 结 构 强 度 破 坏 比 较 少（ 2） 地 基 基 础 除 液 化 外 因 承 载 力 问 题 引 起 的 破 坏 实 例 比 较 少（ 3） 主 要 的 破 坏 形 式 ： ） 。 4个 阶 段 ： 截 面 弯 矩 达 到 开 裂 强 度 时 截 面 出 现 水 平 弯 曲 裂 缝 ； 随 着 裂 缝 的 发 展 和 荷 载 强 度 的 提 高 ， 柱 内 出 现 斜 方 向 的 剪切 裂 缝 ； 局 部 剪 切 裂 缝 增 大 ， 箍 筋 屈 服 导 致 剪 切 裂 缝 进 一 步

3、增 长 ； 发 生 脆 性 的 剪 切 破 坏 。 4个 阶 段 ： 当 弯 矩 达 到 开 裂 强 度 时 截 面 出 现 水 平 弯 曲 裂 缝 ； 随 着 裂 缝 的 发 展 和 荷 载 强 度 的 提 高 ， 受 拉 侧 的 纵 筋达 到 屈 服 强 度 ； 随 着 变 形 量 的 增 大 ， 保 护 层 混 凝 土 脱 落 、 塑 性 铰 范围 扩 大 ； 钢 筋 压 屈 （ 或 拉 断 ） 和 内 部 混 凝 土 压 碎 、 崩 裂 。 第 十 四 讲 桥 梁 结 构 抗 震 设 计 （ 二 ） 13.2 公 路 桥 梁 抗 震 设 计 细 则 两 阶 段 设 计 ： E1地 震

4、重 现 期 为 467年 ， E2地 震 重 现 期 大 约 2700年 。 重 要 性 分 类 ： 分 A-D类 ， A类 相 当 于 建 筑 物 的 甲 类 。 设 防 目 标 ： E1地 震 作 用 时 不 损 坏 或 不 需 修 复 可 继 续 使 用 ； E2地 震 作用 时 ， A 类 桥 梁 震 后 可 继 续 使 用 ， B、 C类 桥 梁 震 后 可 修 。 适 用 范 围 ： 跨 径 小 于 150m的 混 凝 土 梁 桥 、 圬 工 或 混 凝 土 拱 桥 。 斜 拉桥 和 悬 索 桥 、 跨 径 超 过 150m 的 特 大 跨 径 梁 桥 和 拱 桥 只 给 出 抗

5、震 设计 原 则 。 大 于 9度 地 区 的 桥 梁 和 有 特 殊 要 求 的 大 跨 度 或 特 殊 桥 梁 ， 其抗 震 设 计 应 作 专 门 研 究 。 抗 震 设 计 范 围 ： A、 B 和 C 类 桥 梁 进 行 E1和 E2作 用 下 的 抗 震 设 计 。 D 类 桥 梁 只 进 行 E1作 用 下 的 抗 震 设 计 。 A类 桥 梁 ： 主 跨 超 过 150m 的 特 大 桥 ， B类 桥 梁 是 指 除 A 类 以 外 的 高 速 公路 和 一 级 公 路 上 的 桥 梁 及 二 级 公 路 上 的 大 桥 、 特 大 桥 等 ， C类 桥 梁 是 指 属 A、B

6、、 D类 以 外 的 公 路 桥 梁 ， D类 桥 梁 是 指 位 于 三 、 四 级 公 路 上 的 中 桥 、 小 桥 。各 类 桥 梁 的 设 防 标 准 各 类 桥 梁 的 重 要 性 系 数 场 地 分 类 同 建 筑 物 抗 震 设 计 液 化 判 断 以 及 处 理 基 本 同 建 筑 物 抗 震 设 计 地 基 承 载 能 力 验 算 以 及 桩 基 验 算 基 本 同 建 筑 物 抗 震 设 计 （ 1） 一 般 情 况 下 只 考 虑 水 平 向 地 震 作 用 ， 直 线 桥 可 分 别 考 虑 顺 桥 向 和 横桥 向 的 地 震 作 用 。 （ 2） 竖 向 地 震

7、作 用 ： 设 防 烈 度 为 8度 和 9度 时 的 拱 式 结 构 、 长 悬 臂 桥 梁 结构 和 大 跨 度 结 构 ， 应 同 时 考 虑 竖 向 地 震 作 用 。 （ 3） 地 震 作 用 分 量 组 合当 同 时 考 虑 三 个 方 向 的 地 震 作 用 时 ， 总 的 地 震 作 用 效 应 为 ： 其 中 ， E X、 EY和 EZ分 别 为 X、 Y 和 Z 方 向 上 的 地 震 作 用 最 大 效 应 。（ 4） 计 算 方 法 ： 可 以 用 设 计 加 速 度 反 应 谱 、 设 计 地 震 动 时 程 和 设 计 地 震动 功 率 谱 表 达 。 2 2 2x

8、 y zE E E E （ 5） 加 速 度 反 应 谱 ： 阻 尼 比 为 5 的 水 平 设 计 加 速 度 反 应 谱Smax=2 .2 5 CiCsCdA 式 中 ， Ci为 重 要 性 系 数 、 Cs为 场 地 系 数 、 Cd为 阻 尼 调 整 系 数 、 A 为 设 计 基 本 地 震 加 速 度 峰值 竖 向 设 计 加 速 度 反 应 谱 由 水 平 向 设 计 加 速 度 反 应 谱 乘 以 下式 给 出 的 竖 向 /水 平 向 谱 比 函 数 R。 基 岩 场 地 ： R=0.65 （ 偏 于 安 全 考 虑 ） 土 层 场 地 ： 抗 震 分 析 时 可 将 桥 梁

9、 划 分 为 规 则 桥 梁 和 非 规 则 桥 梁 两 类 ，分 别 采 用 对 应 的 方 法 。 时 程 计 算 方 法 、 反 应 谱 法 在 第 5 章 已 经 作 了 详 细 的 阐 述 ，与 建 筑 结 构 之 间 没 有 本 质 的 区 别 。抗震设计方法类别：A类抗震设计方法类别：B类规则非规则规则非规则E1地震作用SM/MM MM/TH SM/MM SM/MME2地震作用SM/MM MM/TH 注：TH为线性或非线性时程计算方法；SM为单振型反应谱；MM为多振型反应谱法。 规 则 桥 梁 的 定 义参 数参数值单跨最大跨径 90m墩高30m单墩长细比大于2.5且小于10跨数

10、2 3 4 5 6及半径R 90，同时曲梁半径 R20b（b为桥宽）跨与跨间最大跨长比3 2 2 1.5 1.5轴压比 0.3跨与跨间桥墩最大刚度比 4 4 3 2 下部结构类型桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩地基条件不易液化、侧向滑移或易冲刷的场地，远离断层 容 许 地 震 损 伤 位 置 基 础 、 盖 梁 、 梁 体 、 节 点 、 剪 切 强 度 按 能 力 保 护 构 件 设 计 （ 即 地 震时 不 容 许 发 生 这 些 破 坏 ） ， 损 伤 发 生 在 桥 墩 。 这 是 根 据 地 震 以 后 修复 难 易 程 度 、 是 否 发 生 致 命 性 倒 塌 破 坏 来 考

11、 虑 的 。 即 使 对 桥 墩 ， 损 伤 截 面 为 之 也 使 限 定 的 ， 发 生 在 墩 底 、 墩 顶 和 墩 底 。这 是 根 据 地 震 损 伤 对 结 构 延 性 性 能 的 影 响 程 度 决 定 的 。 在 墩 底 截 面进 入 塑 性 的 结 构 ， 延 性 优 于 中 间 截 面 进 入 塑 性 的 结 构 。 塑 性 截 面 位 置 的 影 响 反 映 结 构 的 空 间 动 力 特 性 ： 一 般 采 用 杆 系 结 构 计 算 ， 质 量为 集 中 质 量 （ 因 为 低 阶 振 型 对 结 构 地 震 响 应 的 影 响 非 常 大 ） 不 考 虑 塑 性

12、（ 不 容 许 发 生 损 伤 或 者 不 会 发 生 损 伤 ） 的 构 件 ，用 弹 性 梁 单 元 ； 相 反 考 虑 塑 性 影 响 的 单 元 采 用 弹 塑 性 梁 单元 。 细 长 的 单 元 （ 长 细 比 大 于 8） ， 宜 考 虑 P-效 应 。 一 般 用 地 基 弹 簧 来 考 虑 土 与结 构 之 间 的 相 互 作 用 ， 在 计算 模 型 中 直 接 考 虑 。 考 试 范 围1）震级和烈度的概念；2）工程抗震设防标准和多阶段设计方法的基本理念；3）概念设计的基本概念；4）场地分类与基础结构抗震设计主要事项5）地震反应谱的概念；6）振型分解反应谱法和时程分析法；7）竖向地震作用和扭转地震作用的基本概念；8）底部剪力法（含计算题）;9）建筑结构的抗震安全验算基本内容；1 0）框架结构水平地震响应计算（含计算题）基本方法和设计基本原则；1 1）砌体结构抗震设计基本概念（书上思考题）1 2）构筑物的抗震设计基本概念（书上思考题） 1 3）桥梁抗震设计的基本原则、地震作用以及结构安全验算（含计算题）的基本内容；1 4）地下空间结构的基本原则、地震作用、结构安全验算的基本内容；1 5）减隔震设计的基本原理以及基本方法。