第五章桥梁抗震延性设计APPT课件
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桥梁工程抗震设计课件
5.5 桥梁抗震加固
• 桥梁加固技术主要可分为两大类，一种是传统的 针对缺陷构件通过加固提高其强度、变形能力的 加固技术；
• 另一种是减隔震技术，是通过整体降低地震对结 构构件的抗震需求使当前构件能够承担给定的地 震需求。
• 对于具体的桥梁加固，宜经过详细分析比较来决 定选取这两种方法的一种或二者结合的加固方法。
桥梁工程抗震设计
桥梁抗震加固参考以下规范 • 《公路桥梁加固设计规范》 • 《公路桥梁加固施工技术规范》
桥梁工程抗震设计
5.5.1 桥梁场地加固
• 危险的场地条件在地震作用下对任何桥梁结构都 会产生很大的力或相对位移。这样的场地条件包 括临近活动断层、不稳定的陡坡和可能液化的砂 土或淤泥砂土。
• 对于这些条件的加固技术措施是很少的，且很少 能够得到现场证实。
9 承台倾覆抗力的提高可通过扩大承台的平面尺寸、增加 抗拉桩（桩数）、直接锚固到地基或基岩等措施实现。
桥梁工程抗震设计
5.5.3 桥台加固
1 当桥台的破坏影响重要桥梁的使用功能时，宜考 虑对桥台进行加固。
• 桥台破坏很少导致桥梁结构倒塌的，除非是发生 液化破坏。桥台挡土的侧向移动可能影响桥梁的 使用功能，这对于特别重要的桥梁可能是不允许 的。
桥梁工程抗震设计
桥梁工程抗震设计
5.5.4 墩柱的加固
既有桥梁的钢筋混凝土桥墩、柱弯曲强度、延性变形能力 和剪切强度的抗震能力的加固可采用钢管外包加固方法、 复合材料加固方法、加大截面方法等一些加固技术进行。 • 钢管外包技术：最初是针对圆柱桥墩提出。采用两块半
圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接，钢管内径比桥墩直径 略大，空隙中灌注添加微膨胀剂的水泥沙浆，钢管的下 端与承台顶面有3-5cm 的间隙，防止桥墩在地震作用下 弯曲时因钢管的受压而增加截面的弯曲强度。 • 钢管提供有效的被动约束应力，这种力来自于混凝土受 压而引起的膨胀受到钢管环向强度和刚度的限制。
• 桥梁加固技术主要可分为两大类，一种是传统的 针对缺陷构件通过加固提高其强度、变形能力的 加固技术；
• 另一种是减隔震技术，是通过整体降低地震对结 构构件的抗震需求使当前构件能够承担给定的地 震需求。
• 对于具体的桥梁加固，宜经过详细分析比较来决 定选取这两种方法的一种或二者结合的加固方法。
桥梁工程抗震设计
桥梁抗震加固参考以下规范 • 《公路桥梁加固设计规范》 • 《公路桥梁加固施工技术规范》
桥梁工程抗震设计
5.5.1 桥梁场地加固
• 危险的场地条件在地震作用下对任何桥梁结构都 会产生很大的力或相对位移。这样的场地条件包 括临近活动断层、不稳定的陡坡和可能液化的砂 土或淤泥砂土。
• 对于这些条件的加固技术措施是很少的，且很少 能够得到现场证实。
9 承台倾覆抗力的提高可通过扩大承台的平面尺寸、增加 抗拉桩（桩数）、直接锚固到地基或基岩等措施实现。
桥梁工程抗震设计
5.5.3 桥台加固
1 当桥台的破坏影响重要桥梁的使用功能时，宜考 虑对桥台进行加固。
• 桥台破坏很少导致桥梁结构倒塌的，除非是发生 液化破坏。桥台挡土的侧向移动可能影响桥梁的 使用功能，这对于特别重要的桥梁可能是不允许 的。
桥梁工程抗震设计
桥梁工程抗震设计
5.5.4 墩柱的加固
既有桥梁的钢筋混凝土桥墩、柱弯曲强度、延性变形能力 和剪切强度的抗震能力的加固可采用钢管外包加固方法、 复合材料加固方法、加大截面方法等一些加固技术进行。 • 钢管外包技术：最初是针对圆柱桥墩提出。采用两块半
圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接，钢管内径比桥墩直径 略大，空隙中灌注添加微膨胀剂的水泥沙浆，钢管的下 端与承台顶面有3-5cm 的间隙，防止桥墩在地震作用下 弯曲时因钢管的受压而增加截面的弯曲强度。 • 钢管提供有效的被动约束应力，这种力来自于混凝土受 压而引起的膨胀受到钢管环向强度和刚度的限制。
延性设计教学课件PPT
左图为延性结构的荷载－位 延性结构的荷载－位移曲线 移曲线，延性结构即是能维
持承载能力而又具有较大塑 性变形能力的结构。
结构延性能力通常用顶点水 平位移延性比来衡量。
延性比定义：
μ＝Δu/Δy
其中：Δy——结构屈服时的 顶点位移；
Δu——能维持承载能 力的最大顶点位移。
h
13
延性结构在结果中等烈度的地震作用后，加以修复任可以重新使１）在结构的竖向，应该重点提高楼房中可能出现塑性变形 集中的相对柔弱楼层的构件延性。
提高延性的重点楼层
（a）大底盘建筑；（b）框托墙结构体系
h
11
（ 2 ）在平面位置上，应该着重提高房屋周边转角处、平面 突变处以及复杂平面各翼相接处的构件延性。对于偏 心结构，应加大房屋周边特别是刚度较弱一端构件的延 性。
+ 必须指出的是，延性抗震在经济上的优势是以结 构出现一定程度的损坏为代价的。这也是延性抗 震设计的一个主要缺陷。
h
5
延性抗震设计方法简介
+ 要保证延性结构在大震下以延性的形式反应，能 够充分发挥延性构件的延性能力，就必须确保不 发生脆性的破坏模式(如剪切破坏)，以及防止脆性 构件和不希望发生非弹性变形的构件发生破坏。 要达到这一目的，就要采用能力设计方法进行延 性抗震设计。这一方法，目前正逐渐为世界各国 的规范所接受。
样，地震造成结构倒塌的原因，在于它激起的反
复的弹塑性变形，超出了结构的滞回延性。因此，
如果通过设计，使结构具有能够适应大震弹塑性
变形的滞回延性，则结构在遭遇大地震时，尽管 可能严重损坏，但结构抗震设防的最低目标—— 免于倒塌破坏，却始终能得到保证。这种思想即 为延性抗震设计的基本思想。
h
4
持承载能力而又具有较大塑 性变形能力的结构。
结构延性能力通常用顶点水 平位移延性比来衡量。
延性比定义：
μ＝Δu/Δy
其中：Δy——结构屈服时的 顶点位移；
Δu——能维持承载能 力的最大顶点位移。
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延性结构在结果中等烈度的地震作用后，加以修复任可以重新使１）在结构的竖向，应该重点提高楼房中可能出现塑性变形 集中的相对柔弱楼层的构件延性。
提高延性的重点楼层
（a）大底盘建筑；（b）框托墙结构体系
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（ 2 ）在平面位置上，应该着重提高房屋周边转角处、平面 突变处以及复杂平面各翼相接处的构件延性。对于偏 心结构，应加大房屋周边特别是刚度较弱一端构件的延 性。
+ 必须指出的是，延性抗震在经济上的优势是以结 构出现一定程度的损坏为代价的。这也是延性抗 震设计的一个主要缺陷。
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延性抗震设计方法简介
+ 要保证延性结构在大震下以延性的形式反应，能 够充分发挥延性构件的延性能力，就必须确保不 发生脆性的破坏模式(如剪切破坏)，以及防止脆性 构件和不希望发生非弹性变形的构件发生破坏。 要达到这一目的，就要采用能力设计方法进行延 性抗震设计。这一方法，目前正逐渐为世界各国 的规范所接受。
样，地震造成结构倒塌的原因，在于它激起的反
复的弹塑性变形，超出了结构的滞回延性。因此，
如果通过设计，使结构具有能够适应大震弹塑性
变形的滞回延性，则结构在遭遇大地震时，尽管 可能严重损坏，但结构抗震设防的最低目标—— 免于倒塌破坏，却始终能得到保证。这种思想即 为延性抗震设计的基本思想。
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桥梁抗震课件
地震灾害对人类社会和经济造成巨大的损失。除了人员伤亡 外，地震还会破坏基础设施、造成交通中断、通讯不畅等， 影响人们的生产和生活。
地震对桥梁的影响
桥梁在地震中的反应
桥梁在地震中会受到不同程度的震动和位移，如果桥梁设计不合理或抗震能力不足，就可能发生损坏或倒塌。
桥梁抗震设计
为了减轻地震对桥梁的影响，需要进行抗震设计。抗震设计需要考虑桥梁的结构形式、材料、基础等因素，采取 有效的抗震措施，如加强桥梁的支撑结构、设置减震装置等。同时，还需要进行抗震性能评估和抗震加固等工作 。
以提高桥梁的整体抗震性能。
新型抗震材料的应用
高性能混凝土
采用高强度、高韧性、高耐久性的混凝土材料， 提高桥梁的承载能力和延性。
复合材料
利用纤维增强复合材料（FRP）的轻质、高强和抗 疲劳性能，对桥梁进行加固和修复。
阻尼器
利用阻尼器的能量吸收和耗散能力，降低地震对 桥梁的冲击。
新型抗震结构的优势与挑战
பைடு நூலகம்地震的分类
根据不同的分类标准，地震可以分为不同的类型。如根据震源深度，地震可分 为浅源地震、中源地震和深源地震；根据成因，地震可分为构造地震、火山地 震、塌陷地震和人工地震等。
地震波的传播
地震波的传播方式
地震波主要通过三种方式传播： 横波、纵波和面波。横波和纵波 是地球内部传播的体波，面波则 是在地表传播的波。
抗震设计的优化策略
加强关键部位
对桥梁的关键部位如桥墩 、支座等采取加强措施， 提高其抗震能力。
设置减震装置
在桥梁结构中设置减震支 座、阻尼器等减震装置， 减小地震对桥梁的冲击。
优化施工方法
采用合理的施工方法和技 术，确保桥梁结构的整体 性和稳定性，提高其抗震 性能。
地震对桥梁的影响
桥梁在地震中的反应
桥梁在地震中会受到不同程度的震动和位移，如果桥梁设计不合理或抗震能力不足，就可能发生损坏或倒塌。
桥梁抗震设计
为了减轻地震对桥梁的影响，需要进行抗震设计。抗震设计需要考虑桥梁的结构形式、材料、基础等因素，采取 有效的抗震措施，如加强桥梁的支撑结构、设置减震装置等。同时，还需要进行抗震性能评估和抗震加固等工作 。
以提高桥梁的整体抗震性能。
新型抗震材料的应用
高性能混凝土
采用高强度、高韧性、高耐久性的混凝土材料， 提高桥梁的承载能力和延性。
复合材料
利用纤维增强复合材料（FRP）的轻质、高强和抗 疲劳性能，对桥梁进行加固和修复。
阻尼器
利用阻尼器的能量吸收和耗散能力，降低地震对 桥梁的冲击。
新型抗震结构的优势与挑战
பைடு நூலகம்地震的分类
根据不同的分类标准，地震可以分为不同的类型。如根据震源深度，地震可分 为浅源地震、中源地震和深源地震；根据成因，地震可分为构造地震、火山地 震、塌陷地震和人工地震等。
地震波的传播
地震波的传播方式
地震波主要通过三种方式传播： 横波、纵波和面波。横波和纵波 是地球内部传播的体波，面波则 是在地表传播的波。
抗震设计的优化策略
加强关键部位
对桥梁的关键部位如桥墩 、支座等采取加强措施， 提高其抗震能力。
设置减震装置
在桥梁结构中设置减震支 座、阻尼器等减震装置， 减小地震对桥梁的冲击。
优化施工方法
采用合理的施工方法和技 术，确保桥梁结构的整体 性和稳定性，提高其抗震 性能。
ch5 桥梁延性抗震设计解读
(a)
(b)M
(C)屈服
(d)极限状态
图 5.4 悬臂墩曲率分布
p l p (u y )
p p (l 0.5l p ) (u y )l p (l 0.5l p )
7 2019/2/25
桥梁抗震
y p y
1
p y
1 3( 1)
ty
y
单墩模型：结构的屈服位移和
极限位移分别对应于墩底截面到 达屈服曲率和极限曲率时。
假定只有桥墩发生非弹性变形：
ty y b f y b T r C y
C 1 T r b 1 y
(a)具有可变形的基础和弹性支座
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45
40
墩顶横向位移(mm)
模型3
30 20
横向力(KN)
10 0 -10 -20 -30 -40 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
·轴压比：20% ·含箍率：0.57% ·配筋率：1.54% ·砼强度：19.4
实测恢复力曲线
图5.3 柔性高墩与延性矮墩的比较
桥梁抗震
5.1.4 曲率延性系数与位移延性系数的关系
( x)dxdx
墩底截面刚刚屈服时
( x) y
x l
2 y 1 l 3 y
等效塑性铰长度 l p ：假设在墩底附近存在一 个长度为 l p 的等塑性曲率段，在该段长度内截 面的塑性曲率等于墩底截面的最大塑性曲率
开裂点
y
u
图5.1 截面弯矩－曲率关系示意图
钢筋混凝土截面的屈服曲率：
桥梁抗震ppt课件
3. 计算等效单自由度{系Fe统rr}的等c c效orr 刚度和等效粘滞阻尼比；
4. 利用反应谱方法计算结构特征力效应和特征位移效应－需求分析；
5. 进行需求/能力比计算，评估结构的抗震性能。
精品课件
32
单振型反应谱法
反应谱的概念
根据D’Alembert原理，单自由度振子的振动方程可以表示为：
上述振动方程的m 解(可g 以y 用) 杜cy 哈美k（ y0 Duhay m e2 l）积y 分公2y式 来g 表示：
抗震设防标准制定原则
桥梁工程的抗震设防标准，即为如何确定“地震荷载”的 标准。荷载定得越大，即抗震设防标准要求越高，桥梁在 使用寿命期间为抗震设防需要投入的费用也越大。然而， 桥梁在使用寿命期间遭遇抗震设防标准所期望的地震总是 少数。这就是决策的矛盾点：一方面要求保证桥梁抗震安 全，另一方面又要适度投入抗震设防的费用，使投入费用 取得最好的效益 。
精品课件
33
单振型反应谱法
反应谱的概念
由于地震加速度是不规则的函数，上述积分公式难以直接求积， 一般要通过数值积分的办法来求得反应的时程曲线。对不同周期和阻 尼比的单自由度体系，在选定的地震加速度输入下，可以获得一系列
的相对位移y、相对速度 y 和绝对加速度 y 的反应时程曲线，并可从
中找到它们的最大值。以不同单自由度体系的周期Ti为横坐标，以不 同阻尼比C为参数．就能绘出最大相对位移、最大相对速度和最大绝对 加速度的谱曲线，分别称为相对位移反应谱、拟相对速度反应谱和拟 加速度反应谱(分别可简称为位移反应谱、速度反应谐和加速度反应谱)， 并用符号记为SD、PSV和PSA，这三条反应谱曲线合起来简称为反应谱。
称为动力放大系数，其值可以直接由标准化反应谱曲线确定。上
4. 利用反应谱方法计算结构特征力效应和特征位移效应－需求分析；
5. 进行需求/能力比计算，评估结构的抗震性能。
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32
单振型反应谱法
反应谱的概念
根据D’Alembert原理，单自由度振子的振动方程可以表示为：
上述振动方程的m 解(可g 以y 用) 杜cy 哈美k（ y0 Duhay m e2 l）积y 分公2y式 来g 表示：
抗震设防标准制定原则
桥梁工程的抗震设防标准，即为如何确定“地震荷载”的 标准。荷载定得越大，即抗震设防标准要求越高，桥梁在 使用寿命期间为抗震设防需要投入的费用也越大。然而， 桥梁在使用寿命期间遭遇抗震设防标准所期望的地震总是 少数。这就是决策的矛盾点：一方面要求保证桥梁抗震安 全，另一方面又要适度投入抗震设防的费用，使投入费用 取得最好的效益 。
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单振型反应谱法
反应谱的概念
由于地震加速度是不规则的函数，上述积分公式难以直接求积， 一般要通过数值积分的办法来求得反应的时程曲线。对不同周期和阻 尼比的单自由度体系，在选定的地震加速度输入下，可以获得一系列
的相对位移y、相对速度 y 和绝对加速度 y 的反应时程曲线，并可从
中找到它们的最大值。以不同单自由度体系的周期Ti为横坐标，以不 同阻尼比C为参数．就能绘出最大相对位移、最大相对速度和最大绝对 加速度的谱曲线，分别称为相对位移反应谱、拟相对速度反应谱和拟 加速度反应谱(分别可简称为位移反应谱、速度反应谐和加速度反应谱)， 并用符号记为SD、PSV和PSA，这三条反应谱曲线合起来简称为反应谱。
称为动力放大系数，其值可以直接由标准化反应谱曲线确定。上
桥梁结构抗震设计PPT120页
图中的横坐标为结构自振周期T（以秒为单位）
根据设计反应谱计算的单质点地震作用为：
FE CiCzkhG CiCz1G(5 3)
kh | xg |max / g
G mg
| xg x* |max / | xg |max (5 4)
1 kh
式中，水平地震系数Kh和动力放大系数β的乘积即为 水平地震作用影响系数α1 （无量纲）；
i 1
i 1
第i个质点的地震作用Fi为
Fi CiCzkH 11Gi Hi / H (5 10)
5.2
桥桥梁梁按按反反应应谱谱理理论论的的计计算算方方法法
四. 桥梁构件截面抗震验算--按反应谱方法
1、抗震荷载效应组合下截面验算设计表示式：
Sd b Rd
Sd Sd g Gk ; q Qdk ;
H≤12米时 整个结构采用 1 H＞12米时 随结构高度而变，底面
1，墩台顶面及顶面以上 2 ;中间任一点处的 I 1 Hi / H0
式中H对于桥墩为墩顶面至基底（即基础底面）的高 度（以米计），对于桥台则自桥台道碴槽顶面至基底 的高度。
Hi为验算截面以上任一质量的重心至墩台底（即基础 底面）的高度（以米计）。
桥梁按反应谱理论的计算方法
表5—2 综合影响系数Cz
桥梁和墩、台类型
桥墩计算高度H (米)
H 10≤H< 20≤H<
<10 20
30
柔性 柱式桥墩、排架桩墩、薄 墩 壁桥墩
梁
实体 墩
天然基础和沉井基础上实 体桥墩
桥
多排桩基础上的桥墩
0．3 0
0．2 0
0．2 5
0．33 0．25 0．30
0．35 0．30 0．35
桥梁地震震害与抗震设计136页PPT
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
第五讲桥梁抗震设计
落梁破坏
地震时桥墩受 到地震力的作 用，梁墩之间 产生相对错位， 导致桥面梁体 从墩顶下落
5.1 震害及其分析
1、上部结构震害
百花大桥 小半径曲线桥、桥墩刚度变化大
5.1 震害及其分析
1、上部结构震害
落梁破坏
美国1971年圣 费尔南多地震 中，依据1957 年的抗震规范 设计和建造的 桥梁桥面板严 重脱落，促使 美国抗震规范 全面修改。
从20 世纪70 年代后期起，延性概念在结构抗震设计中不断得到重 视。为了最大限度地避免地震动的不确定性，保证结构在大震下 能以延性的形式反应，新西兰学者提出了结构延性抗震设计中的 一个重要原理—能力设计原理。
基于能力设计原理的设计方法（能力设计法），在新西兰最先得 到了应用；其他国家也先后在各自的结构抗震设计规范中，采纳 应用了能力设计原理的一些基本概念。
各类公路桥梁抗震措施等级
地震基本烈度
6
7
8
9
桥梁分类 A
0.05g 0.1g 0.15g 0.2g
7
8
9
9
0.3g
0.4g
更高，专门研究
B
7
8
8
9
9
≥9
C
6
7
7
8
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9
D
6
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8
8
9
5.2 公路桥梁抗震设防要求
5.2.1 公路桥梁抗震设防措施等级
根据工程的重要性和修复(抢修)难易程度，将公路桥梁抗震设防划分为四个类别，对于A类、 B类、C类桥梁采用两水平设防、两阶段设计；D类桥梁采用一水平设防、一阶段设计。 第一阶段的抗震设计，采用弹性抗震设计； 第二阶段的抗震设计，采用延性抗震设计方法，并引入能力保护设计原则。 通过第一阶段的抗震设计，即对应E1地震作用的抗震设计，可达到和原规范基本相当的抗 震设防水平。 通过第二阶段的抗震设计，即对应E2地震作用的抗震设计，来保证结构具有足够的延性能 力，通过验算，确保结构的延性能力大于延性需求。通过引入能力保护设计原则．确保塑 性铰只在选定的位置出现，并且不出现剪切破坏等破坏模式。通过抗震构造措施设计，确 保结构具有足够的位移能力。
桥梁抗震课件-PPT精品文档
日本帝国饭店
1968年帝国饭店被推到了，原因是 地基太浅而且设立在松散潮湿的土 壤里。莱特先生的设计本意是让建 筑物在泥土里滑行就像船只在海水 里漂浮一样，从而达到抗震的目的 。他的原理科学无误而开始被人采 用。1981年日本使用新的建筑细则 ，在建筑物的地基加上一个抗冲击 垫，当地基随地面移动时，建筑物 本身还可以保持平衡。看图:
赖特的构思
• 基地上表土24m厚度以下是18～21m的软土，这层土壤 似乎是上天的恩赐--它是减弱冲击波的最佳减震器。 • 那么为什么不将房屋浮在它上面呢?为什么不采取象军舰 浮在海面上那样，以软而薄的非常轻的结构来取代以尽可 能增加重量的办法所取得的刚度呢?而且为什么不把房屋 造成象双手相合手心向内手指交叉那样来顺应运动呢，以 便当变形消失后，就可恢复到其原先的位置呢?这是一种 在任何方向都可自由屈伸和反屈伸的弹性体结构。为付么 要与地震去硬拼?为什么不顺着它而以智取胜呢? • 这就是我如何抱着这些想法开始设计这座大厦的。
结构动力方程
• 结构动力方程可以写成：
• 式中，M、K、于地震作 用，，是地面运动加速度时 程；、，分别是结构的位移、 速度和加速度列阵。当结构处 于弹性振动状态，恢复力项Ku 为弹性；而当结构振动进入弹 塑性阶段，则恢复力项Ku也呈 非线性。为设置阻尼器附加阻 尼装置带来的阻尼力列阵；只 要处理正确，它总是会使运动 减小
• 此在地震荷载下，通过变形吸收一定的地 震能量，地震荷载消失后能恢复原状，因 此有极强的抗震性能。现存的比应县木塔 还早的唐代建筑五台山佛光寺大殿历经多 次大地震依然完好无损，傲然屹立至今
• 应县木塔的许多抗震构造其原理与现代建筑抗震理念相通或相同： • 抗震研究证明建筑物的平面形状越规整简单越抗震，应县木塔平面 呈八角形，达到了这个要求。 • 应县木塔底层有一圈外柱廊，每层柱子逐层内移，体形下大上小， 利于稳定，利于抗震。 • 应县木塔每层屋檐和平座下有密集的木作斗拱，皆是榫卯连接，能 起到柔性“减震器”的作用。 • 在木塔的每一暗层中，梁、柱、枋、斗拱、斜撑被牢固的连接成一 个网架圈，起到现代建筑中圈梁的作用。（抗震能力不强的砖石结构 建筑进行抗震加固时，在外墙部位加钢筋混凝土柱和圈梁，是抗震加 固通行作法，能大大提高抗震能力。） • 木塔底层有一周很厚的墙，把柱子包裹住,起到现代建筑中剪力墙的 作用,提高抗震能力。
抗震结构设计 桥梁结构的抗震设计PPT课件
桥梁抗震分析可采用的计算方法
地震作用
桥梁分类
E1 E2
B类
规则
非规则
SM/MM SM/MM
MM/TH THC类规则非则SM/MM SM/MM
MM/TH TH
D类
规则 非规则
SM/MM
MM
－
－
注：TH为线性或非线性时程计算方法；SM为单振型反应谱或功率谱方法；MM 为多振型反应谱或功率谱方法。
第18页/共49页
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4.桥梁基础震害 桥梁基础震害原因主要：地基失效(如地基滑移和地基液化)。 桩基础的震害除了地基失效外，也有上部结构传下来的惯性力而引起的桩基剪切 和弯曲破坏，更有由于桩基设计存在缺陷而导致的，如桩基深入稳定土层的长度不 能满足要求，或桩基顶与承台连接强度不够等。 桩基能越过可液化土层，比无桩基础的抗震能力要强。桩基础的震害具有一定的 隐蔽性，不容易被发现，当发现上部结构被破坏时，可能桩基础的破坏已相当严重 了。
桥梁抗震 设防类别
A类 B类
C类 D类
各设防类别桥梁的抗震设防目标
设防目标
E1地震作用
E2地震作用
可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复可继续使用
一般不受损 坏或不需修 复可继续使
用
应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急 交通使用
应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急 交通使用
图8-3 7度及7度以上地区常规桥梁结构构件抗震设计流程
第15页/共49页
结点配筋构造
二、抗震概念设计
根据震害和工程的抗震经验等，总结出来的基本抗震设计思想和原则，并能 够正确适用地解决结构的整体设计方案、细部构造和材料使用，以达到合理的 抗震设计。
桥梁结构第5章 桥梁延性抗震设计及基于性能的抗震设计
(3)能力设计方法的主要步骤
(1)在概念设计阶段，选择合理的结构布局； (2)确定地震中预期出现的弯曲塑性铰的合理位置，并保证结 构能形成一个适当的塑性耗能机制； (3)对潜在塑性铰区域，建立截面弯矩-转角之间的对应关系。 这个过程可以通过计算分析或估算进行。而后利用这些关系确 定结构的位移延性和塑性铰区截面的预期抗弯强度； (4)对选定的塑性耗能构件，进行抗弯设计； (5)估算塑性铰区截面在发生设计预期的最大延性范围内的变 形时，其可能达到的最大抗弯强度（弯曲超强强度），以此来 考虑各种设计因素的变异性； (6)按塑性铰区截面的弯曲超强强度，进行塑性耗能构件的抗 剪设计以及能力保护构件的强度设计； (7)对塑性铰区域进行细致的构造设计，以确保潜在塑性铰区 截面的延性能力。
结构的整体延性与结构中构件的局部延性密切相关，但这 并不意味着结构中有一些延性很高的构件，其整体延性就一 定高。实际上，如果设计不合理，即使个别构件的延性很高 ，但结构的整体延性却可能相当低。
ty y
(a)具有可变形的基础和弹性支座
（b）结构屈服位移
图5.6 “单墩模型”桥梁结构的屈服位移
桥梁结构的位移延性系数，一般与桥墩的位移延性系数不相 等。考虑最为简单的一种情况，即桥梁结构可以理想化为单墩 模型的情况，如上图所示。在这种情况下，水平地震惯性力作 用在上部结构质量中心，结构的屈服位移和极限位移分别定义 为墩底截面到达屈服曲率和极限曲率状态时上部结构质量中心 处的位移。从图中可见，结构的屈服位移由三部分组成：
t≥ X0
tan
X0
(2)支座抗滑稳定性验算
d Rb≥Ehzb
对于D 类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台
(1)支座厚度验算
t≥ X E
桥梁抗震与加固ppt课件
反应谱法基本原理
2.25
Ⅰ：β=2.25(0.2/T) Ⅱ：β=2.25(0.3/T)0.9 Ⅲ：β=2.25(0.45/T)0.95 Ⅳ：β=2.25(0.7/T) 0.9
0.3
1 2 3 4 5T
图1 场地类别与动力放大系数关系曲线
反应谱法基本原理
2、多质点反应谱
➢（1）振型分解法简介 ➢以无阻尼受迫振动为例，简要介绍振型分解法思想。
反应谱法基本原理
反应谱法基本原理
➢（2）多质点体系的地震力计算公式
➢ 用振型分解法求解，即利用振型分的正交特性，将联立微 分方程组一个个地分解为相互独立的振动方程，将多质点的复杂 振动，分解为按各个振型的独立振动的叠加，在求解过程中，引 入第i振型的振型参与系数：
反应谱法基本原理
➢ 由振型分解法可将多自由度现行震动体系分解为多个独立的广义 单自由度振子。广义单自由度振子的最大反应可由谱曲线查出。但一般 情况下，广义单自由度振子的最大反应不同时发生，因此需要以适当的 方式将它们组合起来。
反应谱法基本原理
➢ 不同的地震输入，得 到不同的反应谱曲线 。
➢ 在大量的地震加速度 记录输入后绘制的众多 反应谱曲线的基础上， 经过平均光滑化后，最 终得到得到平均地震反 应谱。
反应谱法基本原理
➢ 不同的体系阻尼比得到相应的反应谱曲线。
反应谱法基本原理
➢★单质点反应谱的地震力计算
➢应根据结构抗震设防的 烈度水准选用。根据我国 铁路工程抗震规范规定： 设计烈度Ⅶ度以上才进行 抗震设防，相应于Ⅶ，Ⅷ 和Ⅸ度，k分别为0.1、0.2 和0.4。
桥梁震害
2、桥台沦陷
桥梁震害
2、桥台沦陷产生的原因
➢当地震加速度作用时，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当 大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。由 于桥面的支撑作用,桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋 转，导致基础破坏。如果桥台基础在液化土上，又将引起 桥台垂直沉陷,最终导致桥梁破坏。
《桥梁抗震课件》PPT课件
• 在列车制动和行车移动荷 载作用下，天兴洲大桥主
梁纵向振动响应混合控制
结果。从图中可见，天兴
洲大桥因列车制动和行车
移动荷载所引起的主梁纵
向最大振动位移响应由控 制前的149．2mm下降至 控制后的28．7 mm，控 制效果明显优于液体粘滞
阻尼器的控制效果，且保
证了天兴洲大桥的正常运 行和平安。
• 2000 次循环风荷载下的疲劳往复测试，取最大风荷载下的最大速度。
相比之下
• 列车制动引起的主梁 的纵向振动响应具有 位移大、速度很小的 特点，这就使得在需 要液体粘滞阻尼器产 生较大控制力以抑制 主梁纵向振动位移的 时候它却因纵向振动 速度太小而无法发挥 其应有的作用，从而 无法有效抑制列车制 动引起的主梁的纵向 振动响应。
主梁纵向最大振动位移 响应仅由控制前的149 ．2 mm下降至控制后 的129．9 mm。可以 看出，液体粘滞阻尼 器对天兴洲大桥的纵 向列车制动及行车移 动荷载引起的主梁纵 向振动响应的控制作 用是十分有限的。
赖特的构思
• 基地上表土24m厚度以下是18～21m的软土，这层土壤似 乎是上天的恩赐--它是减弱冲击波的最正确减震器。
• 那么为什么不将房屋浮在它上面呢?为什么不采取象军舰
浮在海面上那样，以软而薄的非常轻的构造来取代以尽可
能增加重量的方法所取得的刚度呢?而且为什么不把房屋
造成象双手相合手心向内手指穿插那样来顺应运动呢，以
一。柔性的框架构造：墙倒框架不倒
• 中国的传统木构造，具有框架 构造的种种优越性，如“墙倒 屋不塌〞的成效，但其柔性的 连接，又使得它具有相当的弹 性和一定程度的自我恢复能力。
二。整体浮筏式根底、斗栱、榫卯：隔震消能的关键构件
• 斗栱能起到“减震器〞的作用，而且被各 种水平构件连接起来的斗栱群能够形成一 个整体性很强的“刚盘〞，按照“能者多 劳〞的原那么把地震力传递给有抗震能力 的柱子，大大提高了整个构造的平安性
桥梁延性抗震设计课件
n 因钢筋锚固与搭接细部设计不当引起的桥 梁震害，在多次破坏性地震中都时有发现。 由于延性桥墩预期在大震作用下，即使保 护层混凝土脱落，抗力也没有明显的下降。 因此，从保证桥墩的延性能力方面看，对 塑性铰区截面内钢筋的锚固和搭接细节都 必须加以仔细的考虑。各国现行规范对这 方面也都作了明确的规定。
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
3 延性桥墩塑性铰区长度的规定
n 桥墩塑性铰区长度用于确定实际施工中延 性桥墩箍筋加密段的长度
n 等效塑性铰长度则只是理论上的一个概念。 n 各国现行规范都对延性桥墩的塑性铰区长
度作了明确的规定。
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
4延性桥墩中钢筋的锚固与搭接
n 此外，根据能力设计方法设计的结构具有很好的 韧性，能最大限度地避免结构倒塌，同时也降低 了结构对许多不确定因素的敏感性。
桥梁延性抗震设计
能力设计方法进行延性设计的步骤
n 1)在概念设计阶段，选择合理的结构布局； n 2)确定地震中预期出现的弯曲塑性铰的合理位置，并保证结构能形
成一个适当的塑性耗能机制； n 3)对潜在塑性铰区域，通过计算分析或估算建立截面“弯矩一转角”
桥梁延性抗震设计
7.3.2 潜在塑性铰位置的选择
桥梁延性抗震设计
7.3.2 潜在塑性铰位置的选择
n 桥梁预期出现塑性铰的位置通常在便于发现和易于修复的 墩柱的下端或上端，把钢筋混凝土桥墩设计成延性构件。
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
7．4 钢筋混凝土桥墩的延性设计
n 1.钢筋混凝土桥墩的延性性能 n （1）轴压比：轴压比提高，延性下降 n （2）箍筋用量：适当加密箍筋配置，可以大幅度提高延
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
3 延性桥墩塑性铰区长度的规定
n 桥墩塑性铰区长度用于确定实际施工中延 性桥墩箍筋加密段的长度
n 等效塑性铰长度则只是理论上的一个概念。 n 各国现行规范都对延性桥墩的塑性铰区长
度作了明确的规定。
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
4延性桥墩中钢筋的锚固与搭接
n 此外，根据能力设计方法设计的结构具有很好的 韧性，能最大限度地避免结构倒塌，同时也降低 了结构对许多不确定因素的敏感性。
桥梁延性抗震设计
能力设计方法进行延性设计的步骤
n 1)在概念设计阶段，选择合理的结构布局； n 2)确定地震中预期出现的弯曲塑性铰的合理位置，并保证结构能形
成一个适当的塑性耗能机制； n 3)对潜在塑性铰区域，通过计算分析或估算建立截面“弯矩一转角”
桥梁延性抗震设计
7.3.2 潜在塑性铰位置的选择
桥梁延性抗震设计
7.3.2 潜在塑性铰位置的选择
n 桥梁预期出现塑性铰的位置通常在便于发现和易于修复的 墩柱的下端或上端，把钢筋混凝土桥墩设计成延性构件。
桥梁延性抗震设计
桥梁延性抗震设计
7．4 钢筋混凝土桥墩的延性设计
n 1.钢筋混凝土桥墩的延性性能 n （1）轴压比：轴压比提高，延性下降 n （2）箍筋用量：适当加密箍筋配置，可以大幅度提高延
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
从变形的角度看，地震造成结构损坏的原因，在 于它激起的变形超出了结构的弹性极限变形；同
样，地震造成结构倒塌的原因，在于它激起的反
复的弹塑性变形，超出了结构的滞回延性。因此，
如果通过设计，使结构具有能够适应大震弹塑性
变形的滞回延性，则结构在遭遇大地震时，尽管 可能严重损坏，但结构抗震设防的最低目标—— 免于倒塌破坏，却始终能得到保证。这种思想即 为延性抗震设计的基本思想。
从能量的观点看，结构延性抗震设计的基本原理， 是将结构部分构件设计成具有较好的滞回延性， 在预期的地震动作用下，通过延性构件发生的反 复弹塑性变形循环耗散掉大量的地震输入能量， 从而保证结构的抗震安全。
必须指出的是，延性抗震在经济上的优势是以结 构出现一定程度的损坏为代价的。这也是延性抗 震设计的一个主要缺陷。
5.1.2延性指标
在利用延性概念设计抗震结构时，首先必 须确定度量延性的量化指标，即延性指标。 最常用的延性指标为：曲率延性系数（简 称曲率延性）和位移延性系数（简称位移 延性）。
（1）曲率延性系数 （2）位移延性系数
曲率延性系数
钢筋混凝土延性构件的非弹性变形能力， 来自塑性铰区截面的塑性转动能力，因此 可以采用截面的曲率延性系数来反映。
第7章 桥梁延性抗震 设计
20世纪60年代，以纽马克(Newmark)为首的学者 基于结构的非线性地震反应研究，提出用“延性” 的概念来概括结构物超过弹性阶段后的抗震能力。 他们认为在抗震设计中，除了强度与刚度之外， 还必须重视加强结构延性。
另一方面，人们也从震害中认识到了结构的延性。 震害调查显示，在强烈的地震动作用下，按规范 进行抗震设计的结构很多情况下并不具备抵抗强 震的足够强度，但有些结构却没有倒塌，甚至没 有发生严重破坏。这些结构能够在地震中幸存， 是因为结构的初始强度能够基本维持，没有因非 弹性变形的加剧而过度下降，也即具有较好的延 性。
7．3延性抗震设计方法简介
5.2.1能力设计方法
采用能力设计方法一般分下面四步：
➢根据桥梁结构体系的受力特点以及结构的预期性 能要求，选择合适的延性构件。
5.2.2延性构件与能力保护构件的选择
地震力传力路径：主梁产生水平地震力通 过支承连接构件至盖梁以及桥墩，再到基 础，最终至地基。抗震设计中，一般要保 证传力路径不中断和保证震后桥梁的行车 功能。故：主梁、支座、盖梁和桥梁基础 一般作为能力保护构件。而长宽比比较大 的桥墩则设计为延性构件。
目前，抗震设计方法正在从传统的强度理
论向延性抗震理论过渡，大多数多地震国
家的桥梁抗震设计规范已采纳了延性抗震
理论。延性抗震理论不同于强度理论的是， 它是通过结构选定部位的塑性变形(形成塑 性铰)来抵抗地震作用的。利用选定部位的 塑性变形，不仅能消耗地震能量，还能延 长结构周期，从而减小地震反应。
5．1延性的基本概念
5．1．1延性的定义 通常定义为在初始强度没有明显退化情况下的非
弹性变形能力。它包括两个方面的能力，一是承 受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的 能力；二是利用滞回特性吸收能量的能力。
从延性的本质来看，它反映了一种非弹性变形的 能力，即结构从屈服到破坏的后期变形能力，这 种能力能保证强度不会因为发生非弹性变形而急 剧下降。
5.2.3潜在塑性铰位置的选择
5.3延性构件的强度设计与验算
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
曲率延性系数定义为截面的极限曲率与屈 服曲率之比，即：
5.1.3延性、位移延性系数与变形能力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5.1.4曲率延性系数与位移延性系数的关 系
5.1.5桥梁结构的整体延性与局部延性的 关系
5．2桥梁延性抗震设计基本理论
地震之所以造成结构损坏甚至倒塌，在于 它激起的地震惯性力超过了结构的强度。 如果纯粹依靠强度来抵抗地震作用，无疑 会造成材料的巨大浪费。因此，在工程抗 震中，一般都希望利用结构和构件的延性 抗震，即利用塑性铰减小地震力，并耗散 能量。