桥梁抗震分析方法研究
地震作用下桥梁动态响应分析
地震作用下桥梁动态响应分析地震是一种破坏力极大的自然灾害,对桥梁等基础设施的安全构成严重威胁。
桥梁作为交通运输的关键节点,其在地震作用下的动态响应特性直接关系到人员生命和财产安全。
因此,深入研究地震作用下桥梁的动态响应具有重要的理论和实际意义。
一、桥梁在地震中的受力特点桥梁在地震作用下主要受到水平地震力和竖向地震力的影响。
水平地震力通常是导致桥梁结构破坏的主要因素,它会使桥梁产生水平位移、弯曲变形和剪切破坏。
竖向地震力虽然相对较小,但在某些情况下也可能引起桥梁的墩柱破坏、支座失效等问题。
此外,地震波的传播特性也会对桥梁的受力产生影响。
地震波包括纵波、横波和面波,它们的传播速度和振动方式不同,使得桥梁在不同部位受到的地震作用存在差异。
例如,面波在地表附近传播,其能量较大,对桥梁基础的影响较为显著。
二、桥梁结构对地震响应的影响1、桥梁的类型和跨度不同类型的桥梁(如梁桥、拱桥、斜拉桥等)在地震作用下的响应有所不同。
一般来说,梁桥的结构相对简单,但其跨度较小,在地震中的变形能力有限;拱桥具有较好的抗压性能,但对水平地震力的抵抗能力相对较弱;斜拉桥由于其复杂的结构体系,地震响应较为复杂,需要进行详细的分析。
桥梁的跨度也是影响地震响应的重要因素。
跨度越大,桥梁的自振周期越长,与地震波的共振可能性就越大,从而导致更大的地震响应。
2、桥墩和桥台的形式桥墩和桥台是桥梁的重要支撑结构,它们的形式和尺寸对地震响应有显著影响。
实心桥墩的抗弯和抗剪能力较强,但在地震作用下容易产生较大的内力;空心桥墩则具有较好的延性,但在强震作用下可能发生局部屈曲。
桥台的类型(如重力式桥台、轻型桥台等)也会影响桥梁与地基的相互作用,进而改变地震响应。
3、支座和伸缩缝支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键部件,其力学性能直接影响桥梁在地震中的变形和受力。
常见的支座类型如板式橡胶支座、盆式支座等,它们在地震中的滑移和变形特性不同,会导致桥梁的地震响应有所差异。
铁路桥梁的抗震设计与分析
铁路桥梁的抗震设计与分析铁路作为现代交通运输的重要方式,其桥梁的安全性至关重要。
在地震等自然灾害面前,铁路桥梁需要具备足够的抗震能力,以保障铁路运输的畅通和乘客的生命财产安全。
本文将对铁路桥梁的抗震设计与分析进行详细探讨。
一、铁路桥梁抗震设计的重要性铁路桥梁通常跨越河流、山谷等地形,是铁路线路中的关键节点。
一旦在地震中受损,不仅会导致铁路运输中断,还可能引发次生灾害,造成巨大的经济损失和社会影响。
例如,强烈的地震可能导致桥梁坍塌,使列车脱轨,威胁乘客生命安全;也可能损坏桥梁的基础和支撑结构,影响桥梁的长期稳定性。
因此,进行科学合理的抗震设计是确保铁路桥梁在地震中安全可靠的关键。
二、地震对铁路桥梁的影响地震作用下,铁路桥梁可能会受到多种形式的破坏。
首先是水平地震力引起的桥梁结构的位移和变形。
桥梁的梁体、墩柱等部件可能会因水平力而发生相对位移,导致连接部位的破坏,如支座的损坏、伸缩缝的失效等。
其次,竖向地震力也不可忽视。
它可能会增加桥梁结构的竖向荷载,导致桥墩的受压破坏,或者使梁体与桥墩之间的接触面产生过大的压力,影响结构的整体性。
此外,地震还可能引发地基的液化和不均匀沉降,从而削弱桥梁基础的承载能力,导致桥梁倾斜甚至倒塌。
三、铁路桥梁抗震设计的原则1、多防线设计原则在抗震设计中,应设置多重抗震防线,避免因单一构件的破坏而导致整个结构的倒塌。
例如,除了主要的承载构件外,还应考虑次要构件和连接部位的抗震性能,形成相互协同的抗震体系。
2、能力设计原则通过合理的设计,确保结构中的关键构件和部位具有足够的强度和延性,能够在地震中承受较大的变形而不发生脆性破坏。
3、整体性原则注重桥梁结构的整体性,使各个构件之间能够有效地协同工作,共同抵抗地震作用。
加强连接部位的设计,确保力的传递顺畅。
4、经济性原则在满足抗震性能要求的前提下,尽量降低工程造价,通过优化设计方案,选择合适的材料和结构形式,实现经济与安全的平衡。
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。
钢筋混凝土梁桥弹塑性抗震分析方法研究
0引言钢筋混凝土梁桥作为我国桥梁结构中的主要形式,具有耐久性高、可维修性强、结构整体性好等优点,因此应用最为广泛。
在地震灾害作用下,相比其上部结构,梁桥工程中的下部结构更易发生破坏且破坏程度更为严重,这些破坏可能会造成桥梁倾斜、梁体位移或弯曲等,难以维修和修复,严重时甚至导致落梁[1-2]。
从过去的地震破坏经验中可知,梁桥工程在地震灾害作用下,其下部结构发生破坏时通常已处于弹塑性阶段,因此近年来国内外学者针对梁桥结构的弹塑性开展了大量的研究。
张振浩等[3]对钢筋混凝土梁桥结构的弹塑性进行抗震研究,考虑多点非一致激励,结合桥梁结构设计基准期内抗震可靠度的计算结果和指标,对实际工程结构进行数值模拟分析,计算结果表明:采用结构可靠度理论与结构弹塑性分析相结合的方法,可有效获取设计基准期内梁桥结构在多种地震荷载作用下的结构抗震可靠度指标。
该研究为钢筋混凝土梁桥结构的抗震分析和研究提供了一定的参考。
李喜梅等[4]研究钢筋混凝土梁桥结构材料劣化对其抗震性能的影响规律,通过对比不同材料劣化程度、不同地震荷载作用下的结构应力和位移响应,提取梁桥结构不同时期的受力特性和破坏特性,明确了材料劣化和地震荷载对梁桥结构抗震性能的影响。
该研究为钢筋混凝土梁桥的安全设计和管理提供了一定的参考。
赵杰等[5]针对城市高架桥的抗震性能,利用OpenSees 有限元软件,以某六跨连续梁桥为研究对象进行静力弹塑性和动力弹塑性分析,明确了桥墩的延性系数和承载能力以及地震荷载作用结构的变形和受力特性。
不同于前人的研究角度,本文研究纤维单元模型、集中塑性铰模型和等效线弹性分析方法在梁桥结构弹塑性抗震分析中的差异,通过Midas/Civil 有限元分析软件建立全桥模型,基于增量动力分析法对比分析3种不同分析方法的墩底弯矩、墩底剪力及墩顶位移指标等梁桥的抗震性能指标,明确不同分析方法的适用性。
1工程背景和模型建立1.1工程背景本文以实际工程结构为背景,研究对象为三跨钢筋混凝土梁桥,该桥计算跨径为20m+20m+20m=60m ;桥面净空为7m+2×0.75m 人行道;桥梁等级为B 类;桥梁设计车道数为2车道。
桥梁抗震研究综述
桥梁抗震研究综述桥梁是连接城市和乡村的重要交通枢纽,承载着车辆和行人的重要交通工程。
地震是世界范围内常见的自然灾害,桥梁在地震中往往面临严重破坏甚至倒塌的风险。
对桥梁的抗震性能进行研究,提高桥梁在地震中的承载能力和安全性,对于保障交通安全和城乡联通具有极其重要的意义。
目前,关于桥梁抗震性能的研究已经取得了很多进展,本文将综述桥梁抗震研究的现状和发展趋势,以期为相关领域的研究人员提供参考和借鉴,推动桥梁抗震性能的提升。
一、桥梁抗震研究的现状1. 桥梁抗震设计规范目前,国内外都建立了一系列规范和标准,用于规范桥梁的抗震设计和施工。
中国国家标准《公路桥梁抗震设计规范》(GB 50441-2007)、美国国家标准《桥梁设计规范》(AASHTO LRFD Bridge Design Specifications),这些规范主要包括桥梁的抗震设计参数、地震作用下的受力分析、抗震构造形式等内容,为桥梁的抗震设计提供了基本依据。
2. 桥梁抗震性能研究方法在桥梁抗震性能研究中,主要采用了试验、数值模拟和理论分析等方法。
试验包括静力试验和动力试验,通过对不同类型桥梁的地震响应进行试验观测,获取有关结构在地震作用下的变形、位移和应力等数据。
数值模拟则是通过有限元分析等方法,对桥梁在地震作用下的响应进行模拟计算,得到结构的动力特性和抗震性能参数。
理论分析主要以结构动力学和地震工程理论为基础,通过推导和计算,研究桥梁在地震中的受力、变形和破坏机理。
3. 桥梁抗震性能评估与加固技术桥梁抗震性能评估是指对已有桥梁的抗震性能进行评估分析,确定结构的抗震能力及存在的安全隐患。
针对评估结果提出相应的加固措施,包括增加剪力墙、设置阻尼器、加固桥墩等技术手段,以提高桥梁的抗震性能和安全性。
1. 多学科交叉研究随着科学技术的不断进步,桥梁抗震研究已经逐渐向多学科交叉研究的方向发展。
除了结构工程领域的研究外,还需要借助地震工程、材料科学、机械工程等多个学科的知识,开展相关研究,从而全面提高桥梁在地震中的抗震性能。
桥梁结构地震响应分析与评估方法研究
桥梁结构地震响应分析与评估方法研究地震是自然界中一种具有破坏性的自然灾害,对于桥梁结构来说,地震所带来的影响尤为重要。
因此,研究桥梁结构地震响应的分析与评估方法显得十分必要。
本文将探讨桥梁结构地震响应的分析与评估方法,以期提供有效的指导和保障桥梁结构在地震中的安全性能。
一、地震响应分析方法地震响应分析是指利用工程力学原理和地震学原理,对桥梁结构在地震作用下的动力响应进行计算和分析。
常用的地震响应分析方法包括静力弹性分析法、谐波响应分析法、时程分析法和模态分析法。
静力弹性分析法是一种简化的分析方法,假设结构具有线性弹性行为,并忽略结构的非线性效应。
该方法适用于较小震级的地震,对于大震级地震的响应评估则较为不准确。
谐波响应分析法是一种利用谐波激励模拟地震响应的分析方法。
该方法将地震作用看作是一系列正弦波组成的谐波激励,通过对结构在各个谐波激励下的响应进行分析,得到结构的地震反应。
时程分析法是一种基于实际地震波记录对结构进行响应分析的方法。
该方法将实际地震波的时程作为输入,通过数值模拟求解结构在地震作用下的动力响应。
时程分析法考虑了地震波的非线性和非平稳性特征,因此可以更准确地评估结构的地震响应。
模态分析法是一种将结构的地震响应分解为不同模态的分析方法。
该方法通过求解结构的振动模态和模态振型,得到结构在不同模态下的地震响应,并将其叠加得到总体响应。
模态分析法适用于复杂结构和多自由度系统的地震响应分析。
二、地震响应评估方法地震响应评估是指通过对桥梁结构的地震响应进行分析和评估,判断结构的安全性能和耐震能力。
常用的地震响应评估方法包括位移评估、应力评估和能量评估。
位移评估方法主要关注结构的位移响应情况,通过计算和分析结构的最大位移、塑性位移等指标,评估结构的变形程度和塑性变形能力。
位移评估方法更注重结构的整体性能和抗震能力。
应力评估方法主要关注结构的应力状态,通过计算和分析结构的最大应力、剪应力、弯矩等指标,评估结构的承载能力和抗震性能。
桥梁震害和抗震措施分析
常发生 ,主要是 因为有岸坡移动 、地基 失效 ,以及桥墩 的折 断和倾斜倒塌 。落梁 不 仅破坏桥梁结 构本身 ,还会使交通 中断 ,阻碍救援速度 和恢 复工作 ,从而引起 更 大损失。
1 桥 梁震害
地震对桥 梁的危害与很 多因素有关 ,有桥梁 的结 构型式 、体系布置 、抗震 构 造 、桥梁选址 以及地基条件 。地震 对桥梁上部结构 的破坏包 括梁移位 、落梁 、梁 端撞击 、桥 面伸缩缝损坏 、支 座损 坏等 。地震对桥梁 下部结构的破坏包括桥墩 折 断 、钢筋混凝土剥落 、系梁 开裂、挡块 失效 、倾斜等。
1 . 3伸缩缝及挡块破损
桥梁结 构体 系中抗震 性能 比较薄 弱的部 位包括伸 缩缝 和剪力键 等支承 连接 件 。在地震发生时 ,这些 支承连接件往往 发生破 坏。另外 ,经 常发 生的破 坏还有 桥梁 附属支 座移位与变形 ,以及护栏开裂和伸缩缝张开或挤压等 。
1 . 4 墩台破坏
与梁之间 ,以及梁与桥台胸墙之间。 2 . 3 桥 台和桥 墩 当主河槽与河滩分界处 的地形发生突变时 ,不适合把桥墩设置在 这些地 方 ; 位于软弱地基和容 易液化 失效地基上的桥墩基础 ,应该采用深基础 ;桥墩不宜承
地震发生 时 ,巨大的地震作用使 上部结构在纵 向 、横向发生移动 ,进而 引起
绍了一些桥 梁震害 ,并分析 了发生震 害的原 因,以及针对具体震 害提 出一 些抗震措施 。 关键 词 :桥梁结构 ;地震震 害;抗震措施
水平移动 ,进 而破坏桥梁结构 。在选择桥位 时应该 尽量避开不 良地质 区,这些不 良地质 区包 阔活动断层及其临近地段和有 可能滑坡 或崩塌地段 ,还有可能液化 的 软弱 土层地段 。因为一些原 因无法避免 时,可以采 用深基础 ,或者对地基进行处 理 ,而且桥梁 中线应与河流正交 。
桥梁设计中的抗震性能分析
桥梁设计中的抗震性能分析桥梁作为交通运输的重要枢纽,在现代社会中发挥着不可或缺的作用。
然而,地震作为一种不可预测且破坏力巨大的自然灾害,对桥梁的安全构成了严重威胁。
因此,在桥梁设计中充分考虑抗震性能至关重要。
地震对桥梁的破坏形式多种多样。
常见的有桥梁结构的倒塌、桥墩的断裂、梁体的移位以及支座的损坏等。
这些破坏不仅会导致交通中断,还可能造成严重的人员伤亡和财产损失。
为了减少地震带来的危害,桥梁设计中的抗震性能分析就显得尤为重要。
首先,我们来了解一下影响桥梁抗震性能的因素。
桥梁的结构形式是一个关键因素。
不同的结构形式在地震中的表现差异较大。
例如,简支梁桥相对连续梁桥在抗震性能上可能会有所不同。
桥梁的跨度、墩高以及墩的形式也会对其抗震能力产生影响。
较长的跨度和较高的桥墩在地震作用下更容易产生较大的变形和内力。
地基条件也是不可忽视的因素之一。
软弱地基在地震时容易发生较大的变形,从而增加桥梁结构的地震响应。
而坚实的地基则能为桥梁提供更好的支撑,减小地震的影响。
材料的性能同样会影响桥梁的抗震性能。
高强度、高韧性的材料能够更好地承受地震作用下的应力和变形。
在桥梁设计中,抗震设计方法主要包括静力法、反应谱法和时程分析法。
静力法是一种较为简单的方法,但它过于保守,不能准确反映地震的动态特性。
反应谱法考虑了结构的动力特性,能够较为合理地评估结构在地震作用下的响应。
时程分析法则通过直接输入地震波,对结构进行动态分析,可以更精确地模拟地震对桥梁的作用过程。
为了提高桥梁的抗震性能,在设计中通常会采取一系列的措施。
合理的桥梁布局是基础。
例如,尽量使桥梁的质量和刚度分布均匀,避免出现局部薄弱环节。
加强桥墩和桥台的设计,增加其强度和延性。
采用减隔震装置也是一种有效的手段。
常见的减隔震装置有橡胶支座、铅芯橡胶支座等,它们能够有效地减小地震传递到桥梁结构上的能量。
此外,对桥梁进行抗震验算也是必不可少的环节。
通过计算结构在地震作用下的内力和变形,确保其满足抗震要求。
桥梁抗震性能的理论与实验研究
桥梁抗震性能的理论与实验研究桥梁作为交通运输的重要枢纽,在地震发生时其安全性至关重要。
地震可能导致桥梁结构的损坏甚至倒塌,不仅会造成巨大的经济损失,还会威胁到人们的生命安全。
因此,对桥梁抗震性能的研究具有极其重要的意义。
桥梁抗震性能的理论研究是一个复杂而系统的工程。
首先,需要对地震波的特性进行深入分析。
地震波在传播过程中具有不同的频率、振幅和相位,这些因素都会对桥梁结构产生不同程度的影响。
通过对地震波的频谱分析,可以了解其能量分布情况,从而为桥梁的抗震设计提供基础。
在理论研究中,结构动力学是一个关键的领域。
桥梁结构在地震作用下会产生振动,而结构动力学则研究这种振动的规律和特性。
通过建立桥梁结构的数学模型,可以计算出结构的自振频率、振型等动力特性。
这些参数对于评估桥梁在地震中的响应至关重要。
另外,材料力学在桥梁抗震理论中也起着重要作用。
桥梁所使用的材料,如钢材、混凝土等,在地震作用下会表现出不同的力学性能。
研究这些材料在复杂应力状态下的强度、变形和破坏模式,有助于更准确地预测桥梁结构的抗震能力。
有限元分析方法是目前桥梁抗震理论研究中常用的工具之一。
它可以将复杂的桥梁结构离散为多个单元,通过求解方程组来计算结构在地震作用下的响应。
利用有限元软件,可以模拟不同类型的桥梁结构、不同的地震工况,从而为设计提供详细的分析结果。
除了理论研究,实验研究也是评估桥梁抗震性能的重要手段。
振动台实验是其中一种常见的方法。
通过将桥梁模型放置在振动台上,施加模拟的地震波,可以直观地观察桥梁结构的振动情况和破坏模式。
在实验中,模型的制作至关重要。
模型需要按照一定的相似比例缩小,同时要保证材料特性和结构细节的相似性。
这样才能使实验结果能够准确反映实际桥梁的抗震性能。
另外,传感器的布置也是实验中的关键环节。
通过在桥梁模型的关键部位布置位移传感器、加速度传感器等,可以获取结构在地震作用下的位移、加速度等数据,为分析结构的响应提供依据。
桥梁设计中的抗震技术与应用研究
桥梁设计中的抗震技术与应用研究桥梁作为交通基础设施的重要组成部分,在保障人员和物资的流通方面发挥着关键作用。
然而,地震作为一种不可预测且破坏力巨大的自然灾害,对桥梁的安全构成了严重威胁。
因此,在桥梁设计中充分考虑抗震因素,采用先进的抗震技术,对于提高桥梁在地震中的稳定性和安全性至关重要。
一、桥梁在地震中的破坏形式要有效地设计桥梁的抗震性能,首先需要了解桥梁在地震中可能出现的破坏形式。
常见的有以下几种:1、桥墩破坏桥墩是桥梁的主要支撑结构,在地震中容易受到水平力和弯矩的作用。
可能出现的破坏形式包括混凝土开裂、钢筋屈服、墩身倾斜甚至折断。
2、桥台破坏桥台与路堤的连接部位在地震中容易产生不均匀沉降和位移,导致桥台开裂、倾斜或坍塌。
3、支座破坏支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件,在地震中可能会发生移位、脱落或损坏,从而影响桥梁的整体受力性能。
4、梁体破坏梁体在地震作用下可能会出现裂缝、断裂或移位,严重影响桥梁的通行能力。
二、桥梁抗震设计的基本原则为了提高桥梁的抗震性能,在设计过程中需要遵循以下基本原则:1、场地选择应尽量选择地质条件良好、地势平坦的场地建设桥梁,避免在地震断层、软弱土层等不利地段建造。
2、合理的结构体系选择具有良好抗震性能的结构形式,如连续梁桥、刚构桥等,避免采用抗震性能较差的结构。
3、强度和延性设计既要保证桥梁结构在地震作用下具有足够的强度,能够承受地震力的作用,又要具备一定的延性,能够通过塑性变形来消耗地震能量。
4、多道抗震防线通过设置多个抗震构件和体系,形成多道抗震防线,当一道防线失效时,其他防线能够继续发挥作用,保证桥梁的整体稳定性。
三、桥梁抗震技术1、基础隔震技术基础隔震是通过在桥梁基础和上部结构之间设置隔震装置,如橡胶支座、摩擦摆支座等,来延长结构的自振周期,减少地震能量的输入。
隔震装置能够有效地隔离水平地震作用,降低上部结构的地震响应。
2、耗能减震技术耗能减震技术是在桥梁结构中设置耗能装置,如金属阻尼器、粘滞阻尼器等,在地震作用下,耗能装置通过自身的变形和摩擦来消耗地震能量,从而减轻结构的破坏。
桥梁抗震性能实验与分析
桥梁抗震性能实验与分析桥梁作为交通基础设施的重要组成部分,在保障人员和物资的安全运输方面发挥着关键作用。
然而,地震作为一种不可预测的自然灾害,可能对桥梁结构造成严重破坏,威胁到交通运输的正常运行和人们的生命财产安全。
因此,对桥梁抗震性能进行深入研究和实验分析具有重要的现实意义。
在桥梁抗震性能的研究中,实验是获取关键数据和验证理论模型的重要手段。
通过实验,可以模拟地震作用下桥梁结构的响应,评估其抗震能力,并为设计和加固提供依据。
常见的桥梁抗震实验方法包括振动台实验、拟静力实验和数值模拟实验等。
振动台实验是一种能够较为真实地模拟地震作用的实验方法。
在实验中,将桥梁模型放置在振动台上,通过输入不同强度和频率的地震波,观察桥梁模型的动力响应,如位移、加速度、应变等。
振动台实验可以直观地反映桥梁在地震作用下的整体性能,但由于实验设备和模型制作的限制,通常只能进行缩尺模型实验,可能存在一定的尺寸效应。
拟静力实验则主要用于研究桥梁构件或节点的抗震性能。
在实验中,对构件或节点施加往复荷载,模拟地震作用下的变形和受力情况。
通过测量荷载位移曲线、滞回曲线等,可以评估构件的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能指标。
拟静力实验相对简单易行,但无法完全反映地震作用的动力特性。
数值模拟实验则是利用计算机软件建立桥梁的数学模型,通过数值计算模拟地震作用下桥梁的响应。
数值模拟实验可以方便地改变参数,进行大量的计算分析,但模型的准确性和可靠性需要通过实验数据进行验证。
在进行桥梁抗震性能实验时,需要合理设计实验方案,包括模型的相似比、加载制度、测量方案等。
相似比的确定是实验设计的关键之一,要保证模型能够在力学性能上尽可能地反映原型结构的特点。
加载制度的选择应根据实验目的和桥梁的受力特点确定,通常包括单调加载、循环加载等。
测量方案则要确保能够准确获取关键部位的响应数据,如位移传感器、应变片、加速度计等的布置应合理。
以某连续梁桥为例,对其进行抗震性能实验分析。
浅谈桥梁结构抗震分析及抗震措施
浅谈桥梁结构抗震分析及抗震措施摘要:我国是一个多地震国家,近二十多年来,大批桥梁雨后春笋般涌现,确保桥梁在可能发生的地震中安全可靠运营,最大限度避免人员伤亡,减轻震灾带来的经济损失,且设计上又不过于保守,成为工程界日益关注的话题。
在桥梁设计过程中采取适宜的抗震措施来减小乃至避免地震对桥梁破坏,降低经济损失。
关键词:抗震;桥梁设计;抗震措施1 震害形式“前车之鉴,后世之师”,通过对汶川、玉树地震发生后,桥梁破坏的调查与研究,桥梁震害形式主要有以下几种:1.1 支撑连接部件(支座)震害支座在地震中破坏形式有锚固螺栓拔出、剪断、支座位移、活动支座脱落等且支座破坏又会引起连锁反应如伸缩缝、挡块破坏、甚至落梁危险等。
1.2 上部结构震害受地震水平力作用桥梁上部结构在纵横向及扭转发生移位。
主要表现形式有梁体间脱离、错位、顶撞;大位移会使梁体超出墩台支撑面造成落梁(如汶川百花大桥、庙子坪大桥落梁)。
落梁的毁坏性是巨大的特别是顺桥向的,梁体掉下来会直接砸到墩台,造成不可修复性的破坏。
1.3 下部结构震害分为桥墩和基础的破坏,该震害是由于桥梁受到较大水平力,瞬时反复振动导致薄弱截面产生破坏而引起的。
1.3.1 桥墩破坏经大量震害实例调查研究,柔性桥墩的长细比较大多为弯曲破坏(延性破坏),表现形式为:混凝土开裂、压溃、钢筋裸露与压弯并会产生很大的塑性变形,原因主要是由于横向约束箍筋配置不足、间距过大,纵向钢筋搭接或焊接不足、失效,钢筋锚固长度不足,箍筋端部没有弯钩等;粗矮墩的长细比小多为剪切破坏(脆性破坏)。
表现形式为:混凝土大裂缝、钢筋切断等,原因主要是由于墩柱抗剪强度和横向箍筋配置不足等。
1.3.2 基础破坏基础破坏主要是基础移位、场地土液化、不均匀沉降或是上部结构的惯性力影响引起桩基剪断、弯曲破坏等。
2 桥梁抗震设计与措施汶川地震后调查显示干线公路桥梁震后破坏程度远小于地方道路桥梁,主要是因为干线桥梁采用了有效的抗震构造措施且结构安全富裕较多,事实表明合理的抗震构造措施可以有效减轻震害,而所耗费的工程代价比较低,因此抗震构造措施在常规桥梁抗震设计作用重大。
「连续刚构桥桥梁抗震分析」
「连续刚构桥桥梁抗震分析」连续刚构桥桥梁在抗震分析中起着至关重要的作用。
在地震发生时,桥梁所受到的地震力会对其结构造成巨大的影响,因此进行抗震分析是确保其安全性和可靠性的重要手段。
本文将探讨连续刚构桥桥梁抗震分析的重要性以及该分析所涉及的一些关键因素。
连续刚构桥桥梁的抗震分析是一项复杂而细致的工作,需要考虑多种因素。
首先是地震的作用力,地震的震级、震源距离、地表状况等都会对桥梁的抗震性能产生不同程度的影响。
因此,抗震分析需要考虑到不同地震情况下桥梁受力的变化,从而准确评估其抗震性能。
其次,桥梁的结构特点也是抗震分析的关键因素之一、连续刚构桥桥梁由多个连续支座和刚构构件组成,其整体刚度较高,所以在地震作用下,桥梁结构会产生较大的变形和应力。
因此,抗震分析需要考虑到桥梁结构的非线性行为,如开裂、破坏等,以便准确评估其受力状态。
此外,连续刚构桥桥梁的土基也对其抗震性能产生重要影响。
桥梁的土基性质会对地震的传播和桥梁的振动特性产生影响,因此,在抗震分析中需要考虑土基的刚度、阻尼等参数。
在进行连续刚构桥桥梁抗震分析时,可以采用多种方法和工具。
常见的方法包括静力分析法和动力分析法,其中动力分析法又可分为自由振动分析和响应谱分析等。
这些方法可以通过计算机辅助软件实现,如有限元分析软件等。
这些工具可以通过建立桥梁的数学模型来模拟地震作用,进而分析结构的变形、应力等参数。
最后,连续刚构桥桥梁在抗震分析中应该遵循相关的设计规范和标准。
不同地区和国家对桥梁的抗震要求不同,因此在进行抗震分析时应遵循相应的规范和标准,以确保桥梁的安全性和可靠性。
综上所述,连续刚构桥桥梁抗震分析是确保其安全性和可靠性的重要手段。
它需要考虑多种因素,包括地震的作用力、桥梁结构特点、土基性质等。
通过采用不同的分析方法和工具,可以准确评估桥梁的抗震性能,并根据相关规范和标准进行设计和调整。
只有经过充分的抗震分析,我们才能确保连续刚构桥桥梁在地震发生时的安全性和可靠性。
桥梁抗震设计理论分析
桥梁抗震设计理论分析一、桥梁抗震设计的基本原理1. 地震的特点地震是由地壳运动引起的地表震动现象,其特点是瞬间发生、剧烈震动和长时间持续。
地震震级的大小可以通过地震矩表征,地震矩的大小取决于地震破裂面积、断层滑动距离和地壳岩石的弹性模量等因素。
对于桥梁结构来说,地震荷载是一个重要的设计参数,需要根据地震的概率和强度进行考虑。
2. 桥梁结构的受力机理桥梁结构在地震作用下将受到水平和垂直方向上的地震力作用,水平向地震力是最主要的,其大小取决于桥梁结构的质量、减震设备、地震波传播路径等因素。
在地震作用下,桥梁结构可能发生屈曲、剪切、扭转和弯曲等受力情况,因此需要设计合理的结构形式和受力构造,以保证桥梁在地震作用下的稳定性和安全性。
根据地震的特点和桥梁结构的受力机理,抗震设计的基本原则可以总结为:采用合理的结构形式和受力构造、提高结构的抗震性能、加强连接部件的抗震能力、减少结构的柔度和加强刚度、采用适当的减震和隔震措施、提高结构的延性和可修复性等。
1. 地震动力分析地震动力分析是桥梁抗震设计的基础,其目的是确定桥梁结构在地震作用下的动力响应,包括结构的位移、加速度、速度和应力等。
常用的地震动力分析方法包括响应谱分析、时程分析和频域分析等。
响应谱分析是一种简化的地震动力分析方法,通过地震响应谱和结构的动力特性进行结构响应的计算;时程分析是一种基于地震波时程的详细动力分析方法,可以考虑结构的非线性性和耗能能力;频域分析是一种将结构的动力响应转化为频域参数的方法,可以提供结构在不同频率下的响应情况。
2. 结构抗震评定结构抗震评定是指在地震动力分析的基础上,对桥梁结构的抗震性能进行评估和检验。
包括确定结构的抗震性能等级、评定结构的抗震能力、验证结构的受力状态和稳定性等。
结构抗震评定的方法包括弹性分析、弹塑性分析和时程分析等,其中弹塑性分析是一种考虑结构的非线性行为和耗能能力的方法,可以提供结构在地震作用下的塑性变形和破坏状态。
桥梁结构抗震减灾技术研究
桥梁结构抗震减灾技术研究桥梁是现代交通运输的重要组成部分,而地震是世界各地普遍面临的自然灾害之一。
因此,研究和发展桥梁结构的抗震减灾技术变得尤为重要。
本文将探讨当前桥梁结构抗震减灾技术的研究进展,并展望未来的发展方向。
1. 研究背景地震是一种破坏性极大的自然灾害,其对桥梁结构的影响可以导致严重的财产损失和人员伤亡。
因此,在设计和建造桥梁时必须考虑地震力的作用,采取相应的抗震应对措施,以确保桥梁在地震中的安全性。
2. 抗震减灾技术的研究进展(a) 增强桥梁结构的抗震性能研究者通过使用新材料、新技术和新设计概念来提高桥梁结构的抗震性能。
例如,采用高性能混凝土和钢铁合金等材料可以提高桥梁的抗震性能。
此外,新的技术和设计概念,如高强度螺栓连接和框架控制装置等,也可以增强桥梁结构的抗震能力。
(b) 减震技术的应用减震技术是一种通过降低地震对桥梁结构的冲击力来减轻损坏的方法。
这些技术包括使用液压缓冲器、摩擦滑动装置和基础隔震等。
减震技术的应用可以大大减轻地震对桥梁结构的冲击力,从而保护桥梁的完整性和稳定性。
(c) 监测和预警系统的发展随着科技的不断进步,桥梁结构的监测和预警系统得到了很大的发展。
这些系统可以实时监测桥梁的结构变形和振动情况,并通过预警系统及时提醒人们采取行动。
这种监测和预警系统的发展使得桥梁在地震来临之前可以采取相应的措施,降低受损风险。
3. 未来的发展方向(a) 利用人工智能技术未来的研究可以利用人工智能技术来提高桥梁结构的抗震能力。
通过分析大量的数据和模拟地震情景,人工智能技术可以帮助研究者更好地理解桥梁结构在地震中的行为,并提供相应的建议和解决方案。
(b) 探索新型材料和结构设计随着科学技术的不断进步,研究者可以继续探索新型材料和结构设计,以提高桥梁结构的抗震能力。
例如,纳米材料和复合材料等新材料的应用可以提高桥梁的强度和稳定性。
(c) 跨学科合作未来的研究可以加强跨学科合作,将工程学、地震学、计算机科学等不同领域的知识融入到桥梁结构的抗震减灾技术研究中。
混凝土桥梁墩基础的抗震性能分析
混凝土桥梁墩基础的抗震性能分析一、引言混凝土桥梁是现代交通建设中不可或缺的一部分,桥梁墩基础是桥梁结构的重要组成部分,其抗震性能的好坏直接影响着桥梁的运行安全。
因此,研究混凝土桥梁墩基础的抗震性能是非常必要的。
二、混凝土桥梁墩基础的抗震设计要求混凝土桥梁墩基础的抗震设计应符合以下要求:1. 满足地震烈度和规定的安全等级要求;2. 基础应保证有足够的抗震强度和刚度;3. 应避免基础的水平位移和旋转;4. 基础的抗震性能应考虑土体的动态效应。
三、混凝土桥梁墩基础的抗震性能分析方法混凝土桥梁墩基础的抗震性能分析方法包括以下几种:1. 静力分析法:静力分析法是通过对桥梁墩基础在地震作用下的受力情况进行静力分析,确定其抗震强度和刚度。
2. 动力分析法:动力分析法是根据桥梁墩基础的动力特性,通过地震波的输入和墩基础的反应,计算墩基础的抗震性能。
3. 土-结构耦合分析法:土-结构耦合分析法是将土体与结构进行耦合分析,考虑土体的非线性特性和结构的动态响应,计算墩基础的抗震性能。
四、混凝土桥梁墩基础的抗震性能分析案例以某公路高速桥梁为例,进行混凝土桥梁墩基础的抗震性能分析。
1. 基础参数:墩柱截面尺寸为1.2m×1.2m,墩柱高度为20m,基础尺寸为4.8m×4.8m×2.5m。
2. 地震参数:设计地震烈度为8度,地震作用时间为10s。
3. 分析方法:采用动力分析法分析墩基础的抗震性能。
4. 分析结果:根据计算结果得出,该墩基础的水平抗震刚度为1.2×10^6N/m,水平抗震弹性周期为1.1s,地震作用下的最大位移为0.01m,墩柱的最大剪力为1.2×10^6N。
五、混凝土桥梁墩基础的加固措施对于已经建成的混凝土桥梁墩基础,如果其抗震性能不足,可以采取以下加固措施:1. 增加墩基础的截面尺寸或高度;2. 在墩基础周围设置加固带;3. 对墩柱进行加固或更换;4. 在墩基础下方设置抗震支撑。
桥梁抗震设计案例分析
桥梁抗震设计案例分析桥梁作为交通建设中不可或缺的一部分,其安全性和抗震能力显得尤为重要。
本文将通过分析一个桥梁抗震设计案例,探讨如何在设计中提高桥梁的抗震能力以确保其在地震中的安全性。
1. 桥梁抗震设计的背景与重要性随着交通的发展和城市的扩张,桥梁作为城市重要的交通纽带,其抗震性能日益受到关注。
地震作为一种具有瞬时性和破坏性的自然灾害,常常给桥梁结构带来极大的冲击和破坏。
因此,提高桥梁抗震设计的能力迫在眉睫。
2. 抗震设计案例分析本案例选取了某城市的一座桥梁项目,进行了详细的抗震设计和分析。
设计团队根据地震烈度、地质条件、桥梁结构形式等因素,采取了以下措施提高抗震能力。
2.1 结构形式的选择基于地震力的分析,设计团队选择了合适的桥梁结构形式。
在本案例中,采用了钢筋混凝土箱梁桥结构,该结构在抗震性能方面具有较强的优势。
其稳定性好、刚度大、抗震能力强等特点,能够有效减轻地震对桥梁的破坏。
2.2 桥梁基础的设计在设计过程中,对桥梁的基础进行了合理的设计。
通过对地质勘察数据的分析,确定了地基的承载力和稳定性。
设计团队选用了深基坑开挖技术,采用了加固措施,提高了桥梁的稳定性和抗震性能。
2.3 结构材料的选择与加固在本案例中,设计团队选用了高强度混凝土和高强度钢材作为桥梁的主要结构材料。
这些材料具有良好的抗震能力和耐久性,能够在地震中有效地保护桥梁的安全。
同时,对于既有桥梁,针对其结构进行了加固处理,提高了其抗震能力。
2.4 抗震隔震与减震设计设计团队在本案例中还考虑了抗震隔震与减震设计。
采用了隔震支座及阻尼器等装置,将地震所产生的能量有效地分散和减震,从而保护了桥梁的安全。
3. 案例分析结果通过抗震设计措施的选择和实施,本案例中的桥梁在地震中表现出良好的抗震能力和稳定性。
在地震发生后,桥梁结构基本完好,没有发生严重的损坏和破坏,确保了通行安全。
4. 结论通过本案例的分析可以看出,桥梁抗震设计是确保桥梁安全和稳定的关键要素之一。
桥梁抗震设计中的地震荷载分析方法
桥梁抗震设计中的地震荷载分析方法地震是造成人员伤亡和财产损失的一种自然灾害,对于大型工程建筑物,如桥梁,地震抗震设计显得尤为重要。
地震荷载分析方法是桥梁抗震设计的关键步骤之一,本文将论述桥梁抗震设计中地震荷载分析的方法和技术。
一、地震荷载的特点地震荷载是指地震作用在结构上的力和力矩,地震荷载的特点主要体现在以下几个方面:1. 非静力荷载:地震荷载是一种非静力荷载,与静态荷载不同,地震荷载是瞬时发生的,其大小和方向都在短时间内发生变化。
2. 高频荷载:地震荷载具有高频特性,地震波的频率通常在0.1Hz以上,达到几十甚至几百Hz。
这种高频荷载会引起桥梁的共振现象,对桥梁结构的破坏具有显著的影响。
3. 多向性荷载:地震荷载是多向性的,地震作用的方向不固定,可能是水平方向,也可能是垂直方向,因此需要考虑多个方向上的地震荷载。
二、地震动特性的分析地震动特性是进行地震荷载分析的基础,主要包括地震剧烈程度、地震频谱和地震时间历程等。
1. 地震剧烈程度:地震剧烈程度是评价地震强度的一个指标,通常使用震级和烈度来表示。
震级是地震的能量释放量,是对地震波幅值的对数进行数量化的结果;烈度是对地震发生时对不同地区产生的影响进行综合评判的结果。
2. 地震频谱:地震频谱是描述地震波特征的一种图形,即地震波的频率和相对振幅之间的关系。
通过对地震频谱的分析,可以了解地震波的强度和频率特性,进而对结构进行设计和评估。
3. 地震时间历程:地震时间历程是描述地震波产生和传播过程的一种曲线,通过采集真实地震数据,可以获得地震时间历程。
地震时间历程的分析可以确定地震的波形特性,并作为荷载分析的输入条件。
三、地震荷载分析方法地震荷载分析方法主要包括确定地震作用下的结构反应和地震动输入条件。
1. 结构反应分析:结构反应分析是指在给定地震输入条件下,计算出结构的响应,包括位移、速度、加速度等。
结构反应分析可采用传统的模态超级位置法、直接积分法或非线性时程分析法。
桥梁震害分析与抗震加固措施研究
在 多方 向地震动力作用下 , 利用 反应谱法计算 结构 的地 震 反应 时 , 还涉及到空 间组合 , 即各个方 向输入 引起 的地震
反应组合 。 目前 主要采用组合 法有 C C 完全 二次结合 ) Q ( 和 S S( R S 平方和开平方 ) 。通 常 中小跨 度桥 梁采 用 S S 法 R S法 组合, 大跨度桥梁用 C C法组合。 Q
混凝 土 的强 度和本 构关系 [ . 京 : M] 北 中国建筑工 业 [ ] 过镇 海. 5
出 版 社 ,04 20
() 1 改变混凝 土强度等级 时 , 可以提高试 件 的屈 服荷 载 和极 限荷 载 , 并且增幅明显 , 但同时延性也会有所降低 ;
2 £ I、 、
e
[ ] 占 {}
C ]
+[ ] 8 K { }=一[ ] ,6 ( ) ( ) { } t 4
下, 结构物无重大损坏 , 经修复 后仍可 继续使 用 ; 在大震 ( 罕
遇地震 ) 作用下 , 结构物可能产生重大破坏 , 但不致倒 塌。一
般遵 循 以 下原 则 :
式 中 : ] [ 、K] [ 、 c] [ 分别 是结构 的质量矩阵 、 阻尼矩 阵 和刚度矩 阵; , 为惯性力指标 向量 。 {} 若结构 的 自由度较高 , 4 一般 采用振 型叠加法求 解。 式( ) 由于低 阶振 型比高 阶振型更能反应地震 振动运动 , 因此 只需 求解较 低阶的振 型叠加 即可反应桥梁结构 的地震反应情况 。
震与加固改造,0 93 ( ) 7 8 2 0 ,1 6 :9— 2 铁道部第 四勘 测设计 院. 路工 程设 计技 术手 册 : 梁墩 台 铁 桥 [ . M] 北京 : 中国铁道 出版社 ,9 7 19
桥梁抗震设计的理论与实践探讨
桥梁抗震设计的理论与实践探讨桥梁作为交通基础设施的重要组成部分,在保障人员和物资的流通方面发挥着关键作用。
然而,地震等自然灾害可能对桥梁造成严重破坏,影响其正常使用甚至导致垮塌,给人们的生命财产安全带来巨大威胁。
因此,桥梁抗震设计至关重要。
一、桥梁抗震设计的理论基础1、地震作用的特性地震是一种复杂的自然现象,其产生的地震波包括纵波、横波和面波等。
这些波的传播特性和能量分布对桥梁结构的影响各不相同。
了解地震作用的特性是进行桥梁抗震设计的前提。
2、结构动力学原理桥梁在地震作用下会产生振动,结构动力学原理用于分析桥梁结构的动力响应。
这包括对结构的自振频率、振型和阻尼等参数的研究。
3、抗震设计规范各国和地区都制定了相应的桥梁抗震设计规范,这些规范基于大量的研究和实践经验,为桥梁抗震设计提供了基本的准则和要求。
二、桥梁抗震设计的方法1、静力法静力法是一种较为简单的设计方法,将地震作用等效为静力荷载施加在桥梁结构上。
这种方法适用于结构简单、自振周期较小的桥梁。
2、反应谱法反应谱法考虑了结构的动力特性和地震动的频谱特性,通过反应谱曲线来确定结构的地震响应。
它是目前桥梁抗震设计中常用的方法之一。
3、时程分析法时程分析法通过直接输入地震波,对桥梁结构进行动力时程分析,能够更准确地反映结构在地震作用下的全过程响应。
但计算量较大,通常用于重要或复杂的桥梁。
三、桥梁结构的抗震措施1、合理的结构选型选择具有良好抗震性能的桥梁结构形式,如连续梁桥、拱桥等。
避免采用抗震性能较差的结构形式。
2、加强构件的连接确保桥梁各构件之间的连接牢固可靠,能够有效地传递地震力,避免节点破坏。
3、增加耗能装置在桥梁结构中设置耗能装置,如阻尼器、防屈曲支撑等,消耗地震输入的能量,减轻结构的损伤。
4、基础的抗震设计合理设计桥梁基础,提高基础的承载能力和抗变形能力,确保桥梁在地震作用下的稳定性。
四、桥梁抗震设计的实践案例1、国内某大型桥梁的抗震设计该桥梁位于地震多发区,设计过程中充分考虑了地震作用的特性和当地的地震风险。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
桥梁抗震分析方法研究摘要:桥梁的抗震设计是各国土木工程师现在都非常重视的问题,进行抗震分析是抗震设计的前提。
介绍了静力法、线弹性反应谱法、时程分析法、Push-over法、虚拟激励法,并对这几种分析方法的优缺点作了初步的分析。
着重介绍了随机振动虚拟激励的基本原理和特点.最后提出了有待进一步研究的几个问题。
关键词:桥梁抗震;静力法;弹性反应谱法;时程分析法;虚拟激励法1 静力法早期结构抗震计算采用的是静力理论,1900年日本大房森吉提出静力法的概念,它假设结构物各个部分与地震动具有相同的振动。
此时,结构物上只作用着地面运动加速度乘以结构物质量所产生的惯性力。
即忽略地面运动特性与结构的动力特性因素,简单地把结构在地震时的动力反应看作是静止的地震惯性力(作为地震荷载)作用下结构的内力分析。
1915年,佐野提出震度法,即根据静力法的概念提出以结构的10%的重量作为水平地震荷载,于1923年关东大地震后的次年建立了最早的桥梁下部结构工程的抗震分析方法。
从动力学的角度分析,把地震加速度看作是结构破坏的单一因素有极大的局限性,因为它忽略了结构的动力特性这一重要因素。
只有当结构物的基本固有周期比地面卓越周期小很多时,结构物在地震振动时才可能几乎不产生变形而被当作刚体,静力法才能成立。
由于其理论上的局限性,现在已较少使用,但因为它概念简单,计算公式简明扼要,在桥台和挡土结构等质量较大的刚性结构的抗震计算中仍常常用到。
2 弹性反应谱法应用反应谱法进行抗震设计,最关心的是地震力的最大值。
对于单质点体系最大地震力的计算式为:P=m|δ¨g+y¨|max=kHβW式中:KH——水平地震系数;β——动力放大系数;W——体系的总重量;水平地震系数的取值根据抗震设防的烈度水准选用。
对于一特定的地震波其加速度反应谱是不规则的,而且一个反应谱总相应于一定的体系阻尼比,实际上我们所使用的规范反应谱,是在输入大量的地震加速度记录后所绘制的很多反应谱曲线经过处理后得到的平均反应谱,平均反应谱在《公路工程抗震设计规范》(004-89)即是动力放大系数β。
所以,结构的地震反应,是以卓越周期为主要成分的地震波激励下的结构的强迫振动。
由此即反映出具有不同特征周期的不同场地土对应的反应谱,《公路工程抗震设计规范》(004-89)根据场地土的分类分别规定了5%阻尼比的不同的反应谱曲线。
对于多质点体系,其振动方程可用下式表达:[M]{δ¨}+[C]δ+[K]{δ}=-[M]{I}δ¨g (t)式中:[M]——多质点体系的质量矩阵;[C]——多质点体系的阻尼矩阵;[K]——多质点体系的刚度矩阵。
上述振动方程一般通过转换到正则坐标和振型坐标用非耦合或正交振型反应叠加求解,将多质点体系分解为多个独立的广义单质点体系,广义单质点体系的最大反应可由反应谱曲线查出。
由于地震地面运动更容易激起最低振型而不是较高振型的反应,因此仅仅需要几个振型叠加就能得到近似的而又很好的桥梁地震反应情况,尤其对于大量的少自由度桥梁体系更是如此。
一般情况下,广义单质点体系的最大反应不同时发生,因此需要将它们组合起来;同时每个振型对地震反应的贡献也是不同的,每个振型的参与情况可以通过振型参与系数得到,如下式所示Pi={φ}i[M]{I}{φ}i[M]{φ}i振型组合方法是反应谱理论的另一重要问题,是影响桥梁地震反应预测精度的关键因素。
目前各国抗震规范采用的组合方法主要是基于平稳随机振动理论的SRSS,CQC等一致激励振型组合方法。
最普遍的SRSS法,对于频率分离较好的平面结构的抗震计算有良好的精度,为大多数国家的抗震设计规范所采用,如我国现行部规JTJ004-89,美国的AASHTO 规范,欧洲的Eurocode8规范。
该方法对于中小桥梁的地震反应计算有较高精度,但对于频率密集的空间结构由于忽略了各振型间的耦合影响,通常会过高或过低地估计结构的地震反应。
CQC法是80年代初W ilson等人基于随机过程导出的比例阻尼线性多自由度体系振型组合规则。
较好地考虑了密集频率时的振型相关性,克服了SRSS法的不足。
3 时程分析法时程分析可以进行有线弹性材料行为、非线性材料滞回特征、几何非线性效应的模型分析。
但是,除了二维或三维空间坐标,必须考虑一个附加的时间坐标。
对桥梁模型进行地震时程分析,有三种可用的分析方法:①时域内的逐步积分,②时域内的标准振型时程的叠加;③频域反应的计算变换到时域内叠加。
因为对于一个特定的地震地面运动,线弹性时程反应分析得到的设计信息总量很少,因此方法②和③在总体形式上因依赖于叠加原理而受到限制。
进行时程分析可以得到数值上较为精确的分析结果,但是存在着在一些参数难以确定的问题,因而本质仍然比较模糊。
其他问题如:输入地震动;简化结构分析模型是否与实际相符;结构-基础-土相互作用问题;结构构件的非线性动力特性和屈服后的行为;数值积分的精度及稳定性等都有待于解决时程分析不仅计算量大,建立模型复杂,而且对分析结果的整理要求也很高,结果的准确性很大程度上取决于输入的地面运动的情况。
其主要缺点是计算结果过渡依赖于所选取的加速度时程曲线,离散性很大.为得到较可靠的计算结果常要计算许多时程样本,并加以统计评论,为此需要进行大量的计算.实际上只对特别重要的大跨度结构才使用该法4 Push-over法Push-over分析方法是将地震荷载等效成侧向荷载,通过对结构施加单调递增水平荷载来进行分析的一种非线性静力分析方法,它研究结构在地震作用下进入塑性状态时的非线性性能。
采用对结构施加呈一定分布的单调递增水平力的加载方式,用二维或伪三维力学模型代替原结构,按预先确定的水平荷载加载方式将结构“推”至一个给定的目标位移,来分析其进入非线性状态的反应,从而得到结构及构件的变形能力是否满足设计及使用功能的要求.尽管这一方法还有待进一步完善,但它基本可以满足工程要求。
对于桥梁结构来说,Push-over分析方法通常将相邻伸缩缝之间的桥梁结构当做空间独立框架考虑,上部结构通常假定为刚性,分析的初始阶段是对单独的排架墩在所考虑的方向上(顺桥向或横桥向)进行独立的倒塌分析,以获得构件在单调递增水平荷载作用下的整个破坏过程和变形特征,从而发现桥梁结构的薄弱环节。
Push-over方法作为一种非线性静力方法,其计算过程简便易于操作,结果可以以图形方式示出,能够计算结构从线弹性、屈服一直到极限倒塌状态的内力、变形、塑性铰位臵及转角,找出结构的薄弱部位。
Push-over方法由于其近似假定的存在及对支承条件的考虑等因素,影响了更大范围的推广应用,上述问题仍有待进一步研究。
尽管Push-over方法还有待完善,但是它对抗震分析的作用不可低估。
Push-over方法可以比较准确地给出构件的屈服顺序、承载的薄弱部位和可能发生的破坏形式等重要的信息,这些对抗震分析来说十分重要。
更重要的是,Push-over方法可作为基于可靠度和功能的结构抗震设计的工具。
从长远来看,我国规范中势必引入基于功能的抗震设计要求,因此,工程上需要简便而又有一定精度的地震响应分析方法。
对于特定类型的结构,可以选择不同的设计方案,用Push-over方法得到结构失效时能抵抗的最大的水平荷载以及相应的内力和变形状态。
这些结果可以方便地用于可靠度指标的计算中。
Push-over方法以其方便、快捷、计算较准确、能反映抗震能力与需求的特点,在今后抗震设计方法的发展中有着较大的发展空间。
5 虚拟激励法随机振动是一门应用概率统计方法研究随机荷载作用下结构动力性态的技术学科.上世纪50年代末,由于航天工程的推动,在工程振动的研究中引入了概率和数理统计理论,极大的推动了对随机振动的研究.随机振动描述了客观存在的不确定性,在土木、机械、航空和航海等工程领域得到了广泛应用随机振动方法较充分地考虑了地震发生的统计特性,被广泛认为是一种较为先进合理的抗震分析工具.已被1995年颁布的欧洲桥梁规范采用.大连理工大学建立的虚拟激励法作为一种新的随机振动分析方法,已对被认为很困难的多点非均匀随机激励问题给出精确高效的计算方法,在普通微机上已可快速而精确地计算有数千自由度、几十个地面支座的大跨度多点地震激励问题,达到了实用要求。
虚拟激励法的基本原理虚拟激励法的基本原理可用图1的单源激励问题予以阐述.Sxx(ω)为一个零值平稳随机激励x(t)的自功率谱密度;H(ω)为结构频率响应函数,则任意输出响应量y(t)也为平稳随机过程,其功率谱密度如图1(a)右端.当线性系统作用单位简谐激励eiωt时,相应的响应为Heiωt,如图1(b).显然,当作用为简谐激励时~x= Sxxeiωt,其相应的响应必为~y= SyyHeiωt,如图1(c).将带“~”的量称为虚拟量.考虑简谐激励~x= Sxxeiωt作用于该线性系统,容易证明响应量~y和自谱密度函数Syy有如下关系式~y*~y =|~y |2=|H |2Sxx(ω) =Syy(ω)(1)同样,容易证明互谱密度函数Sxy、Syx同激励x和响应y之间有如下等式成立~x*~y = Sxx(ω)e-iωtSxx(ω)Heiωt=Sxx(ω)H =Sxy(ω)(2)~y*~x = Sxx(ω)H*e-iωtSxx(ω)eiωt=H*Sxx(ω)=Syx(ω)(3)在上述虚拟简谐激励~x = Sxx(ω)eiωt作用下,考虑两个响应量~y1、~y2,其相应的频率响应函数分别为H1和H2,如图1(d),则有~y1*~y2= Sxx(ω)H1*e-iωtSxx(ω)H2eiωt=H*1Sxx (ω)H2=Sy1y2(ω)~y2*~y1= Sxx(ω)H2*e-iωtSxx(ω)H1eiωt=H*2Sxx (ω)H1=Sy2y1(ω)(4)由式(2) ~(4)可以看出,通过引入虚拟激励~x= Sxxeiωt 可以很方便地通过简谐振动分析计算结构随机响应的功率谱.以上通过对单源激励问题的说明对随机振动虚拟激励的基本原理进行了简要的介绍.参考文献[1] 赵岩.桥梁抗震的线性/非线性分析方法研究[D].大连:大连理工大学,2003.[2] Shi Z Y,Law S S. Structural Damage Localization from Modal Strain Energy Change[J].Journal of Sound and Vibration,1998,218(5):825-844.11。