ch5 桥梁延性抗震设计解读
桥梁抗震
混凝土剪切强度与曲率延性的关系
延性抗震设计方法简介
延性抗震，必须保证结构具形（延性需求）。
延性需求
延性能力
规则桥梁：简化的延性抗震设计 复杂桥梁：非线性动力时程分析
要充分发挥延性能力，必须采用能力设计方法进行延性设计
能力设计方法
脆性链子，强度为 Pib P
延性链子 强度为Pd
脆性链子，强度为 Pib P
Pib'
Pib
Pd
1
△
2y
△
(a) 脆性链子
(b)延性链
子
图5.7 能力设计方法的原理示意图
基本思想：假设延性链子的设计强度为Pd，其可能发挥的最大强度（超强）
为 0Pd ，其中，0 为超强因子。为保证整个链接破坏时是延性的，要求所有脆
性链子的设计强度满足：
Pib 0Pd
能力设计方法的基本原理：在结构体系中的延性构件和能力保护构件（脆
性构件以及不希望发生非弹性变形的构件）之间建立强度安全等级差异（如 同保险丝），以确保结构不会发生脆性的破坏模式。
梁桥延性抗震设计
▪ 钢筋混凝土墩柱桥梁，抗震设计时，墩柱 宜作为延性构件设计。桥梁基础、盖梁、 梁体和结点宜作为能力保护构件。墩柱的 抗剪强度宜按能力保护原则设计。
曲率延性系数与位移延性系数的关系
曲率延性系数与位移延性系数的关系
参考文献
▪ JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震设计细则_4> ▪ 王玉洁,钢筋混凝土桥墩的延性分析,[C],四川建筑 第27卷 1期
2007.02 ▪ 聂年圣·牛瑞森,筋混凝土桥墩延性抗震设计方法分析[C] ▪ 周勇、张力、唐光武,矩形实心公路桥墩延性性能影响因素初步研
【精品】桥梁延性与减隔震设计探讨
桥梁延性与减隔震设计探讨桥梁延性与减隔震设计探讨桥梁延性与减隔震设计探讨摘要：本文从桥梁震害的发生部位和特点入手，详细探讨了桥梁延性抗震设计的要点，并对桥梁减隔震设计中应注意的问题进行了说明。
关键词：桥梁；延性；减隔震；构件；强度Abstract: this article from the location and the characteristics of the bridge damage, the main points of the seismic design and retrofit of Bridges is discussed in detail, and the reduction of the bridge isolation problems should be paid attention to in the design.Key words: Bridges; Ductility; Reduce isolation; Component; Strength of the中图分类号：U442.5+9文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)桥梁震害的发生部位与特点纵观以往的桥梁震害，主要产生于下部结构，即使有上部结构破坏的情况，也往往是由于下部结构的破坏或过大的变位引起的，特别是梁式桥和连续拱桥更是如此。
一般说来，桥梁墩台的破坏主要是由于地面加速度产生很大的振动使薄弱截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲型破坏，矮粗的桥墩则为剪切型破坏，介于两者之间的则为混合型破坏；无筋或少筋的圬工墩台，破坏一般为开裂或折断；而钢筋混凝土或钢结构等延性构件，多表现为开裂、混凝土剥落、压溃、钢筋裸露和弯曲等，并可以产生很大的塑性变形。
常见的破坏部位可归纳如下：承台与桩的连接处，这类破坏多发生在软弱地基上的桥墩；高桩承台式桥墩更易发生这类破坏。
墩身与基础的连接处。
抗震ch5-2
l/b
2.0 1.5
l/Bmax
0.35 0.30
高层建筑（8层及8层以上）的平面中L不宜过长（图5-18）， 突出部分长度l宜减小，凹角处宜采取加强措施。图5-18中，L、 l和l‘的值宜满足前表5-3的要求。
图5-18 高层建筑平面
3. 防震缝的设置
平面形状复杂时，宜用防震缝划分成较规则简单的单 元。但对高层结构，宜尽可能不设缝。
当需要设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求：
1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用 100mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度 5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。 2）框架---抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用上述对框架规 定数值的70%，抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用上述对框 架规定数值的50%；且均不宜小于100mm。
1
V （0.15 fcbh0） RE
(5-2)
柱的剪跨比按下式计算：
＝ Mc／（Vch0）
（5-3）
框架结构的中间层柱的剪跨比可按柱净高与2倍柱截 面高度之比简化计算。上式中，Mc为柱端或墙端截面组合 的弯矩计算值，取上下端弯矩的较大值；V和Vc分别为柱 端或墙端截面组合的剪力设计值和组合的剪力计算值；fc 为混凝土轴心抗压强度设计值。b为粱、柱截面宽度或抗 震墙墙肢截面宽度；h0为截面有效高度，抗震墙可取墙肢 长度。
C60，在8度时不宜超过C70。
2、框支梁、框支柱以及一级抗震等级的框架梁、柱及
节点，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各
类构件不应低于C20。
3、梁柱墙支撑中的受力钢筋宜采用热轧带肋钢筋
4、在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋代替原
桥梁抗震分析、验算与延性构造措施
Ehp = S G h1 tp / g
6 抗震分析
在E2地震作用下，可按下式计算墩顶的顺桥向和横桥向水平位移：
Δd = cδ
δ
F
结构周期
c
T ≤ 0.1s
T ≥ Tg
0.1s ≤ T ≤ Tg 时
1.5 1.0 按线性插值求得
6 抗震分析
6.8 能力保护构件计算
6.4 反应谱法
6 抗震分析
m ax
m ax
m ax
T1
T2
T3
图 3.7 反 应 谱 概 念
m ax T4
m ax T5
φ ji m1
m2 m3
Fj1 Fj2 Fj3 Fji = γ jφ ji S j mi
6 抗震分析
..
.
..
[M ]{x(t)}+[C]{x(t)}+[K]{x(t)}= −[M ]{I}u{t}
Vs
= 0.1 Ak b Sk
f yh
≤ 0.067 ×
f
' c
Ae
7 强度与变形验算
7.4 B类、C类桥梁墩柱的变形验算
E2地震作用下，一般情况应验算潜在塑性铰区域沿顺桥向和 横桥向的塑性转动能力，但对于规则桥梁，验算桥墩墩顶的 位移，对于高宽比小于2.5的矮墩，验算强度。
7 强度与变形验算
E2地震作用下，桥墩潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动 应满足：
N
∑ {x(t)} = {φ} j Yj (t) j =1
..
.
..
Yj (t) + 2ξ jω j Y j (t) + ω 2jYj (t) = −γ j u(t)
桥梁延性抗震设计方法研究
桥梁延性抗震设计方法研究桥梁在地震中的表现和抵抗能力一直是抗震设计中的关键问题之一、桥梁的结构特点决定了其对震动的敏感性和脆性。
桥梁的延性是指在地震作用下，桥梁能够发生一定程度的塑性变形而不发生破坏的能力。
因此，研究桥梁延性抗震设计方法对于提高桥梁结构的抗震能力具有重要意义。
第一，基于土木工程结构的动力响应理论。
当前，桥梁抗震设计主要依据地震波的输入和结构的动力响应进行。
因此，深入研究桥梁结构在地震作用下的动力响应特征，探索桥梁结构的动力反应控制方法，对提高桥梁的抗震能力具有重要意义。
第二，采用塑性设计原理。
桥梁的延性是指在地震作用下，结构能够发生塑性变形，从而能够承受更大的能量，降低震害程度。
因此，采用塑性设计原理对桥梁进行抗震设计是有效的方法之一、研究桥梁延性抗震设计方法，需要对桥梁的受力性能进行全面的分析和评估，确保结构在地震作用下具有良好的延性。
第三，探索合理的能量耗散机制。
桥梁在地震中会受到巨大的动力荷载，因此能量的耗散是保证结构稳定性的关键。
通过合理设置耗能元件，如阻尼器、摩擦支座等，可以降低结构的震害程度。
因此，研究桥梁延性抗震设计方法需要考虑合理的能量耗散机制，并探索适用于桥梁结构的耗能元件的设计方法。
第四，考虑桥梁的整体性能。
桥梁是一个整体结构，各部分之间具有复杂的相互作用关系。
因此，研究桥梁延性抗震设计方法需要考虑桥梁结构的整体性能，而不仅仅是局部部分的性能。
通过全面的结构分析，找出桥梁结构的薄弱环节，并针对性地加强这些薄弱环节，可以提高整个桥梁结构的抗震能力。
通过以上的研究方法，可以提出一种桥梁延性抗震设计方法，该方法能够保证桥梁结构在地震作用下具有良好的延性和耗能能力，降低地震造成的破坏和震害。
同时，该方法还需要综合考虑经济性和可行性，确保抗震设计的有效性和实用性。
总之，研究桥梁延性抗震设计方法对于提高桥梁结构的抗震能力具有重要意义。
通过基于土木工程结构的动力响应理论、采用塑性设计原理、探索合理的能量耗散机制以及考虑桥梁的整体性能，可以提出一种有效的桥梁延性抗震设计方法，为实际工程提供有效的抗震设计参考。
浅述桥梁延性抗震设计中的能力设计理念
浅述桥梁延性抗震设计中的能力设计理念摘要：文章以桥梁的延性抗震设计为切入点，着重阐述了延性抗震设计中的能力设计理念，其中包括了该设计理念的基本原理、计算方法、基本步骤、构造要求以及与传统抗震设计方法的主要优势等等内容，希望通过本文的一些论述，能够对今后桥梁的延性抗震设计提供一些参考经验。
关键词：桥梁；延性抗震设计；能力设计理念0 引言当前我国的交通建设高速发展，桥梁建设的发展更是取得了令人瞩目的傲人成绩。
在桥梁建设发展的过程中，桥梁的抗震设计备受关注，尤其在5.12汶川大地震以后，桥梁的抗震设计更是取得了飞速的发展，从以前纯粹依靠结构的刚度来抵抗地震引起的动力，发展到通过结构的柔度来适应地震引起的波动，抗震设计的理念从如何去抵抗地震力转变为如何去适应地震变形，抗震设计的基本措施也相应调整为：隔震、延性、消能。
其中延性抗震设计即为使结构能够承受地震带来的变形。
本文将着重阐述延性抗震设计中的能力设计理念，希望能为大家更好地了解延性抗震设计，更好地进行桥梁的抗震设计提供一些参考。
1 延性抗震的历史与概念在上世纪70年代以前，全世界的桥梁抗震设计基本上都是纯粹以结构的刚度来抵抗地震引起的动力，基本上都算是“以刚克刚”的设计理念。
直到1971年美国发生了圣·费尔南多地震之后，人们才开始重视延性设计，从单一的强度设计理念转变为强度-延性双重设计的理念，并逐渐正式提出延性抗震设计理念，用中国的话说是“刚柔并济”的设计理念。
目前，延性抗震设计理念已被绝大多数地震国家的桥梁设计规范所采纳。
延性抗震设计，从根本上说就是使结构能够承受地震带来的变形。
从力学本质上，延性反应了结构的一种非弹性变形的能力，这种能力包括两个方面，一是能够承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降；二是能够利用滞回特性吸收能量。
延性的这种非弹性变形能力，是结构从屈服到破坏的后期变形能力，这种能力保证了结构强度不会因为发生了非弹性变形而急剧下降，如此在适应变形、消能、保证足够强度的三重条件下，增强了结构抵御地震破坏的能力，从而确保了桥梁的安全性能。
轨道交通桥梁与结构延性抗震设计的概念及实用设计方法-58页
需要的初始强度最低，但罕遇地震下的破坏也最严重，某种
意义上不适合用于非常重要的结构
2)有限延性－个人理解交通建筑
3)完全弹性－适合用于非常重要的结构，如核反应堆
4.延性的层次
• 应变延性层次----材料层面
• 曲率或转角延性层次---截面
的层面
• 位移延性层次----构件的层
面
• 多构件的位移延性----结构
Hale Waihona Puke
1.建筑抗震规范
2.城市桥梁抗震规范（公路)
2.城市桥梁抗震规范（公路)
3.铁路抗震规范
四.延性抗震设计的实现方法
1.验算内容
• 1）构造要求H/B不小于2.5
• 2）在罕遇地震下进入屈服
• 3）罕遇地震下的位移小于允许的位移
• 假定构件不发生脆性破坏，如剪切破坏，倾覆
2.截面分析
c
s
c
x
h0 x
截面的曲率
s
h x
0
c
x
**曲率--近似等于转角的一阶导数
EI y M
''
s
3.延性指标
• 由于延性指标是反映构件或截面塑性变形能力的指标，因
此必须首先明确从哪个位置开始的变形定义为塑性变形，
难点和核心：求等效屈服曲率和极限曲率
2.具体过程1---公路或城市规范法
• 首先根据正常受力拟定截面和配筋
• 根据截面和配筋情况，利用MIDAS 或XTRACT等软件进
行截面的弯矩曲率分析，得出截面的等效屈服曲率（或利
桥梁的延性抗震设计理念
桥梁的延性抗震设计理念桥梁得抗震设计人类要遭受地震、干旱、洪涝、台风、冰雹、暴雪、沙尘暴等自然灾害,需要认识它们,预防它们。
之前有幸设计过西北地区铁路抗震及华北地区城市桥梁抗震,均采用延性设计方法,提到桥梁得抗震设计,得先从以下几个关于地震得概念说起。
地震震级衡量一次地震大小得等级,定义为离震中100km处用Wood-Anderson式标准地震仪所记录得最大水平地动位移得常用对数值,震级一般分为9级,8级及以上称为巨大地震。
地震烈度衡量地震破坏作用大小得一个指标,标明某一地区地面与各类建筑物遭受某一次地震影响得强弱程度,烈度分为12度,一次具体得地震,只有一个震级,而不同得地区有不同得烈度,一般离震中越近,烈度越高。
汶川地震震级后期修正为8级,但就是距离震中最近得汶川县映秀镇与北川县县城为两个中心呈长条状区域烈度为11度,地震损害影响最大。
青川县烈度为10度,西南端至四川省宝兴县与芦山县,东北端达到陕西省略阳县与宁强县区域烈度为8度。
《中国地震动参数区划图》已经将中国每个地区今后一个时期内在一般场地条件下可能遭遇到得最大地震烈度区划,就是规范中抗震设防烈度得选取依据。
中国主要地震分布我国处于世界上全球环太平洋地震带与欧亚地震带之间,主要分布在1)东南部台湾与福建广东沿海2)华北太行山沿海与京津塘地区3)青藏高原与四川、云南西部4)西北新疆、甘肃与宁夏瞧瞧您得家乡就是否在潜在震区,人类在自然灾害面前有时显得就是无奈无助桥梁主要震害1)上部结构破坏上部结构遭受直接震害被破坏得情形较少,往往就是由于其它部位毁坏而导致上部结构破坏,主要防止落梁或者伸缩缝处撞梁破坏,所以抗震规范中基本都就是下构(桥墩(盖梁)、承台、基础得抗震验算规定要求),2)支承连接部位震害桥梁支承连接部位震害极为常见,支承破坏后引起传力方式改变,从而进一步加大震害3)下部结构与基础震害下部结构与基础严重破坏就是引起桥梁倒塌得主要原因,下部结构与基础承受较大得水平地震力,瞬时反复振动在相对薄弱得截面产生破坏。
第八章桥梁抗震(新教材课件)
图8-2 主梁与桥台间的碰撞震害
（a）
（b）
图8-3 汶川地震中百花大桥落梁震害
图8-4 汶川地震中横跨断层的映秀顺河桥倒塌
2、支座部分的破坏
图8-5 支座脱落、移位
图8-6 支座的撕裂破坏
3、桥墩的破坏
图8-7 桥墩的剪切破坏
图8-8 桥墩的弯曲破坏
图8-9 阪神地震中桥墩的弯曲破坏
从大量的震害和试验结构观察发现，钢筋混凝土墩柱的实际抗弯承 载能力要大于其设计承载能力，这种现象称为墩柱抗弯超强现象（ overstrength）。
因此，为了确保结构不会发生脆性的破坏模式，在确定能力保护 构件的强度设计值时，需要引入抗弯超强系数来考虑延性构件的超强 现象。
于是，单柱墩塑性铰区截面的超强弯矩M0为：
在影响钢筋混凝土墩柱延性能力的因素中，截面的箍筋配置水平是影 响塑性铰区延性能力的一个重要因素。横向箍筋的作用有：①提供斜截 面的抗剪能力；②约束核心混凝土，大大提高混凝土的极限压应变，从 而大大提高塑性铰区截面的转动能力；③阻止纵向受压钢筋过早屈曲。
Mander本构
图8-15 无约束混凝土和约束混凝土的应力-应变曲线
等位移与等能量准则：
等位移准则（长周期）： 对于长周期的单自由度系 统，非线性系统的最大反 应位移与完全弹性系统的 最大反应位移在统计平均 意义上相等。
等能量准则（中等周期）： 对于中等周期的单自由度系 统，弹性体系在最大位移时 所储存的变形能与弹塑性体 系达到最大位移时的耗能相 等。
FE
地 震 力
8.3.2桥梁延性抗震设计基本理论
能力保护设计方法
假度个设（链延超接性强破链）坏子为时的是设延0 P计性d 强的度，，为要其求中所Pd有0脆，为性则超链其强子可因的能子设发。计挥为强的保度最证大满整强
桥梁延性抗震设计
浅析桥梁延性抗震设计[摘要]：大跨度桥梁的抗震设计是一项综合性的工作，需要比较全面的专业知识和功能完善的专用抗震分析软件，从抗震动力学出发来思考问题、解决问题。
[关键词]：桥梁设计延性抗震设计中图分类号：k928.78 文献标识码：k 文章编号：1009-914x（2012）29- 0143 -011.引言：在钢筋混凝土桥梁结构的抗震设计中，必须考虑结构进入弹塑性变形后的动力特性和抗震性能。
我国现行的桥梁设计规范是用对地震作用乘上一个结构综合抗震系数的方法来考虑结构弹塑性变形的影响。
但这一做法在大部分情况下并不能放映桥墩的真实非线性地震影响及破坏失效规律，并且物理概念不明确，所以现在大多数国家普遍采用了延性抗震设计方法。
2桥梁延性抗震设计2.1桥梁震害主要表现：⑴上部结构的破坏：桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形比较少见，往往是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而导致上部结构的破坏；⑵支承连接部位的震害：桥梁支承连接部位的震害极为常见。
由于支承连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。
⑶下部结构和基础的震害：下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。
除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的。
2.2桥梁延性抗震设计桥梁延性抗震设计应分两个阶段进行：a.对于逾期会出现塑性铰的部位进行仔细额配筋设计；b.对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算，确保其抗震安全性。
阶段可以有反复，直到通过抗震能力验算，或者进行减、隔震设计以提高抗震能力。
2.2.1塑性铰区横向钢筋设计横向钢筋不仅约束混凝土，保证截面延性，而且要保证纵向钢筋不压溃屈曲。
因此，塑性铰区的横向钢筋的配置要同时满足这两个要求。
我国公路桥梁抗震设计规范规定8、9度区桥梁墩柱加密区段箍筋的配置要满足要求；圆形截面应采用螺旋式箍筋，间距不大于10cm，箍筋直径不小于8cm；矩形截面的最小体积含箍筋率，纵向和横向均为0.3%。
桥梁结构第6章 桥梁延性抗震设计实例
1）E1地震作用
按规范要求，在E1地震作用下，应进行桥梁结构的弹性地震 反应分析，并验算包括延性构件在内的结构全部构件是否满 足弹性性能要求。根据延性抗震设计中的能力设计方法，在 整个结构体系中，强度上的首要薄弱部位应是延性构件的弯 曲塑性铰区，因此，在E1地震作用下，实际上只要进行延性 构件潜在塑性铰区的抗弯强度验算即可，通常包括地震反应 的计算和墩柱的强度验算。
Mz MD ME 0 161311.7 0.3 1.94104 kN m
Ec Ieff
M y 3.85106
y
kN m2
Ke 3.07103 kN / m
T 2
mt 2
Ke
1.09 103 3.07 103
3.74s
0.45Smax
2 Smax S 2Smax (Tg / T )
2
0.2
1
T 5Tg
Smax
T 0s 0.1s T Tg Tg T 5Tg 5Tg T 6s
图6-5 E1、E2地震加速度反应谱
图6-6 计算模型
6.2.2 计算模型
桥梁工程的抗震设计过程一般包括七个步骤，即抗震 设防标准选定、地震输入选择、抗震概念设计、延性 抗震设计（或减隔震设计）、地震反应分析、抗震性 能验算以及抗震措施选择等，其中延性抗震设计是整 个过程的关键。
6.1 桥梁延性抗震设计步骤
6.1.1 地震动输入
在进行桥梁的地震反应分析时，通常应根据现 行《中国地震动参数区划图》查得该地区设计基本 地震加速度值和根据设计地震分组，由场地类别查 得场地的特征周期，再根据桥梁的类型，结合设防 烈度，选用抗震设计方法，确定地震调整系数以及 E1和E2地震作用水平设计反应谱。
延性设计理念及桥梁抗震分析有限元建模要点
延性设计理念及桥梁抗震分析有限元建模要点摘要：随着近年来我国桥梁设计技术的迅速发展，桥梁抗震分析在桥梁设计中显得愈加重要。
论文简要论述延性抗震设计理论，总结现行规范下两种抗震分析方法的特点，并简述抗震分析建模的要点。
关键词：桥梁抗震；延性设计；有限元建模引言：交通运输在抗震救灾行动中扮演着极为重要的角色，是抢救人民生命财产和开展震后修复工作的重要渠道，所以在桥梁设计阶段，需要熟知延性抗震基本思路和不同抗震分析方法特点，并且在抗震分析的有限元建模过程中要精确有效，采取适当的抗震设计方法和措施，优化桥梁的抗震性能，以保证桥梁的良好抗震能力，发挥其交通枢纽作用。
一、桥梁延性抗震设计基本概念（一）结构延性定义人们从实际地震中观察到的结构反应性能显示，强度不足不一定总是导致结构倒塌，甚至不一定严重破坏，实际上只要结构的初始强度能够基本维持，不出现因非弹性变形的而导致强度过度下降，那么结构就能在地震中幸存，而且震后常只需花少量的费用即可修复，但是如果非弹性变形导致强度急剧降低，则结构的严重破坏甚至倒塌现象是通常可见的，以上便是延性抗震的最初认识。
结构的延性，通常定义为初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形的能力，它包括两个方面的能力：承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力；利用滞回特性吸收能量的能力。
桥梁抗震设计的基本原则之一，是要保证结构在预期的设计地震作用下的安全性。
根据这个原则，按延性概念来设计抗震结构，意味着结构在预期的设计地震作用下必须具有一定可靠度保证的延性储备。
（二）现行桥梁抗震设计基本思路现行桥梁抗震规范《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）和《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166-2011）均采用两水平设防、两阶段设计：A类桥梁的抗震设防目标是中震（E1地震作用）不坏，大震（E2地震作用）可修；B、C类桥梁的抗震设防目标是小震（E1地震作用）不坏，中震（E1地震作用）可修，大震（E2地震作用）不倒。
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
《桥梁延性抗震设计》学习
《桥梁延性抗震设计》——学习摘录北京地铁亦庄线高架桥所处的地震区划为VIIl度，因此根据《铁路抗震设计规范》GB50111-2006的要求，桥梁结构应满足规定的延性要求；关于延性设计的概念，在“规范”中未予以详述，根据范立础教授等人编著的《桥梁延性抗震设计》一书展开系统学习，以期对北京地铁亦庄线的高架桥梁设计，尤其是墩一桩的合理设计予以把握。
以下为《桥梁延性抗震设计》主要内容：1.延性设计概念(1)地震灾害与国策1998年3月1日开始，我国政府正式实施了第一部规范防震减灾工作的重要法律一《防震减灾法》，在《防震减灾法》中规定，“新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求；重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，必须进行地震安全性评价，并根据地震安全性评价的结果，确定抗震设防要求，进行抗震设防”。
根据现行的地震烈度区划图，我国地震烈度在6度及以上的地震区面积占全国的60%,7度和7度以上的地震区面积占全国面积的1/3；我国有46%的城市位于基本烈度7度或7度以上的地震区。
（2）工程震害现象与教训A.地震灾害（直接震害和次灾害）◊地表的破坏主要有地表断裂、滑坡、砂土液化、软土震陷等。
①地表断裂（地裂缝）分为构造地裂缝和重力地裂缝。
构造地裂缝与地质构造有关，是地震断层错动后在地表留下的痕迹，一般说来，构造地裂缝切割很深，可以从地壳内的岩层断裂开始直达地表，而且不受地形地貌的影响。
沿着震源体的错动方向，构造地裂缝可延绵数十或上百公里。
如美国的圣•安德列斯（SanAndress）断层为典型的构造地裂缝。
重力地裂缝是由于地表土质软硬不均匀及微地面重力影响，在地震作用下形成的。
它与震前土质的稳定状态密切相关，其规模不能反映地震动的强烈程度。
这种地裂缝在地震区分布极广，在道路、古河道、河岸、堤上等松软潮湿土壤处常可看见。
可引起房屋开裂以及道路、桥梁等工程设施的破坏，并对地下管道造成严重的破坏。
®滑坡：略。
桥梁延性抗震设计课件
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
城市轨道交通桥梁墩柱延性抗震设计方法
城市轨道交通桥梁墩柱延性抗震设计方法
胡松松;王毅娟;王健
【期刊名称】《北京建筑大学学报》
【年(卷),期】2015(031)001
【摘要】介绍了延性抗震设计的概念和方法,结合实际工程阐述了延性设计的计算流程,探讨了标准段桥梁不同墩柱形式、不同高度墩柱的适用范围.
【总页数】5页(P47-51)
【作者】胡松松;王毅娟;王健
【作者单位】北京建筑大学土木与交通工程学院,北京100044
【正文语种】中文
【中图分类】U448.13
【相关文献】
1.城市轨道交通桥梁墩柱延性抗震设计方法
2.桥梁延性抗震设计方法研究
3.以位移为基础的钢筋混凝土桥梁墩柱抗震设计方法研究
4.桥梁实用延性抗震设计方法研究
5.欧洲规范关于延性桥梁抗震设计方法的安全性评价
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抗震No.6
30
模型2
20
横向力(KN)
10
截面尺寸：10cm*10cm 墩高：100cm 保护层厚度：1.5cm
·轴压比：15% ·含箍率：0.40% ·配筋率：1.13% ·砼强度：19.4
0
-10
-20
-30 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
二、与构件抗震能力相关的材料特性 1、无约束混凝土
A、抗压强度 f c′
22.5Mpa ≤ f c′ ≤ 45Mpa （28天强度，名义强度） 实际强度？
B、弹性模量 E c
0.5f c′ 时割线刚度，见规范
C、抗拉强度
见规范
2、约束混凝土
A、横向钢筋对混凝土的约束作用
被动约束作用： 混凝土应力接近抗压强度时，内部开裂不断发展，横向应变变 大，横向钢筋受拉，限制混凝土的横向膨胀，即约束混凝土。 效应： 改善核心混凝土的应力－应变关系；阻止纵向钢筋屈曲。
H < 10 10 ≤ H < 20 20 ≤ H < 30
0.30 0.20 0.25
0.33 0.25 0.30 0.35 0.35
0.35 0.30 0.35
多排桩基础上的桥墩
iii) 结构延性系数和构件延性系数的关系 桥梁结构的位移延性系数：
上部结构质量中心处的极限位 移与屈服位移之比。
∆t y
limit state）
一般规则桥 小震不坏 中震可修 大震不倒
允许覆盖层混凝土剥落、但核心混凝土完好 一般规则桥： 3 ≤ µ∆ ≤ 6 C。不倒塌极限状态（ Survival limit state） 较少关注，不易确定
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(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 )
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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：
*截面最外层受拉钢筋初始屈服时（适筋构件） *截面混凝土受压区最外层纤维初次达到峰值 应变值时（超筋构件或高轴压比构件）
的布置有关
4 2019/2/25
u y
极限曲率：
*被箍筋约束的核心混凝土达到极限压应变 *临界截面的抗弯能力下降到最大弯矩值的 85%。
通过延性构件在地震动下发生的反复 的弹塑性变形循环，耗散掉大量的地 震输入能量，保证结构的抗震安全
图5.6 滞回耗能与弹性应变能示意图
5.1.1 延性的定义
材料、构件或结构的延性，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。
承受较大非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力
利用滞回特性吸收能量的能力
材料的延性:发生了较大的非弹性变形，强度没有明显下降/脆性 结构构件的延性：局部延性 结构的延性：整体延性 在地震动（随机反复荷载）作用下，结构和构件的 延性会有所降低。
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45
墩顶横向位移(mm)
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桥梁抗震
5.1.2 延性指标
（1）曲率延性系数
塑性铰区截面的极限 曲率与屈服曲率之比：
Mmax My Mu 弯矩最大点 屈服点 失效点
u y
（2）位移延性系数
构件的位移延性系数—构件 的最大位移与屈服位移之比：
tu (C 1) y u (C 1) t y C y C
t
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桥梁抗震
5.2 延性对桥梁抗震的意义
强度 * 纯粹依靠强度抗震不经济，希望利 用延性抗震，即利用塑性铰减小地震 力，并耗散能量。 变形 * 使结构具有能够适应大地震激起的 反复的弹塑性变形循环的滞回延性 能量 * 地震输入能量 = 结构的动能 + 弹性应 变能+阻尼耗能+滞回耗能
10 20 3.8
临界截面的曲率延性系数比相应的墩顶位移延性系数要大得多 在截面及材料特性均相同的条件下，墩越高，位移延性系数越低
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桥梁抗震
5.1.5 桥梁结构的整体延性与构件局部延性的关系
桥梁结构的位移延性系数，
通常定义为上部结构质量中心处 的极限位移与屈服位移之比。
桥梁抗震
第五章 桥梁延性抗震设计
目前，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。
延性的基本概念 延性对桥梁抗震的意义 延性抗震设计方法 钢筋混凝土墩柱的延性设计
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桥梁抗震
5.1 延性的基本概念
（b）结构屈服位移
图5.5 “单墩模型”桥梁结构的屈服位移
变形增大系数
考虑支座弹性变形和基础柔度影 响时，结构的位移延性系数比桥 墩的位移延性系数小；而且支座 和基础的附加柔度越大，结构的 位移延性系数越小。
tu ty p C y p (C 1) y u
lp l
(1 0.5
lp l
)
欧洲规范Eurocode 8：
l p 0.08l 0.022d s f y
l p (0.4 ~ 0.6)h
基于试验的经验公式
给定：
表5.2 桥墩位移延性系数与长细比的关系
l p 0.5h
l /h
20
2.5 20 11.3
5 20 6.4
结构的位移延性系数— 与结构
桥梁抗震
美国加州Caltrans 抗震设计规范中， 采用的理论屈服曲 率定义：
所包围的面积相等
y
Mi ' ' y Mi
图5.2 理论屈服曲率定义
5 2019/2/25
桥梁抗震
5.1.3 延性、位移延性系数与变形能力
抗力R 变形能力 位移延性系数u/y 延性
2 2019/2/25来自桥梁抗震30模型2
20
横向力(KN)
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截面尺寸：10cm*10cm 墩高：100cm
0
-10
·轴压比：15% ·含箍率：0.40% ·配筋率：1.13% ·砼强度：19.4
保护层厚度：1.5cm
-20
-30 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
Ry
y
u
变形
图5.2 延性、位移延性系数和变形能力
一个结构或构件可能有较 大的变形能力，但它实际可 利用的延性却可能较低。 一个结构或构件可能有较 大的延性，但最大位移延性 系数却可能较低。
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抗力R s＝6 矮墩的力－位移曲线 高墩的力－位移曲线 sy ty su tu 变形 t＝3