ch5桥梁延性抗震设计
桥梁的延性抗震方法与减隔震设计 张学义
桥梁的延性抗震方法与减隔震设计张学义发表时间：2019-06-20T11:18:43.430Z 来源：《基层建设》2019年第8期作者：张学义[导读] 摘要：桥梁工程作为生命线工程的重要组成部分，应尽量减少其在地震作用下的破坏。
天津市市政工程设计研究院 300392 摘要：桥梁工程作为生命线工程的重要组成部分，应尽量减少其在地震作用下的破坏。
桥梁的减、隔震设计是目前常用的桥梁抗震方案。
本文对于桥梁延性抗震思想和减、隔震设计进行了简要的阐述与分析，比较了两种方法的异同。
以希腊的里翁-安蒂里翁桥为例，详细分析了其设计中所采用的减、隔震措施。
并提出了一种桥梁减、隔震的设计构想。
关键词：延性；减、隔震；漂浮 1．桥梁的延性抗震设计方法 1．1延性抗震设计方法的概念及其发展从本质上讲，延性反映了一种非弹性变形的能力，保证刚度和强度不会因为非弹性变形而急剧降低。
对材料而言，延性材料是指在发生较大的非弹性变形时强度和刚度都没有明显下降的材料，与之对应的是脆性材料，则指一出现非弹性变形或在非弹性变形极小的情况下便发生破坏的材料；对结构和构件而言，如果结构或构件在发生较大的非弹性变形时，其强度和刚度仍没有明显的下降，则这类结构或结构构件称为延性结构或延性构件。
延性结构具有的延性水平与结构中包含的延性构件具有的延性水平密切相关。
但这并不意味着结构包含一些延性水平高的构件，其整体延性水平就一定高，实际上在某些情况下，即使个别构件的延性水平很高，但结构的整体延性水平却可能很低。
1．2 能力设计的方法能力设计原则是Park等在20世纪70年代中期提出的一个重要原则，并最早在新西兰混凝土设计规范（NZS3101，1982）中得以应用，以后这个原则先后被美国、欧洲和日本等国家和地区的桥梁抗震规范所采用。
能力设计方法的基本原理为：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，统称为能力保护构件）之间建立强度安全等级差异，以确保结构不会发生脆性的破坏模式。
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：
混凝土桥梁施工过程延性抗震设计
混凝土桥梁施工过程延性抗震设计黎志辉;练志娟;徐定超【摘要】Ductility seismic design of concrete bridge construction process is discussed,from the restrictive conditions,the conceptual design,the choice of the upper structure,piers and foundation,ductility seismic choose,the essay puts forward strengthening the stirrup design experiment method,the bridge is raised ductility seismic intensity,and solved the ductility seismic design of bridge construction.%从限制条件、概念设计、上部结构选择、桥墩和基础选择、延性抗震选择等方面，对混凝土桥梁施工过程延性抗震设计进行论述，提出了加强箍筋设计的实验方法，提高了桥梁延性抗震强度，解决了桥梁施工中延性抗震设计的难题。
【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)009【总页数】2页(P163-163,164)【关键词】延性抗震设计;桥梁;箍筋;延性实验【作者】黎志辉;练志娟;徐定超【作者单位】扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州 225127;扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州 225127;扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州225127【正文语种】中文【中图分类】U441.3桥梁，承载着人类祈求沟通的心愿，鼓舞着人们追求跨越的梦想，一座功能明确、造型精美、技术先进的桥梁，建成以后往往成为一个地方的地标建筑，桥梁是道路的重要组成部分，是交通工程中的关键性枢纽，在交通发展中起着非常重要的作用。
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)
钢筋混凝土桥梁延性抗震设计的研究及发展
钢筋混凝土桥梁延性抗震设计的研究及发展朱 日希,弓俊青(北方交通大学土建学院,北京100044)摘 要:介绍了延性抗震设计的概念和方法,对当前钢筋混凝土桥梁延性抗震设计的研究成果进行了综述,并讨论了钢筋混凝土桥梁延性抗震设计方面需要解决的几个问题。
关键词:钢筋混凝土结构;桥梁;抗震设计;延性中图分类号:U 448.34;U 442.55 文献标识码:A 文章编号:1003-4722(2000)-0001-05收稿日期:1999-08-01基金项目:国家自然科学基金资助项目(59978001);铁道部科技发展基金资助项目(99G 41)作者简介:朱 日 希(1937-),男,教授,1958年毕业于唐山铁道学院桥梁隧道专业,1986～1988年美国L eh ish 大学访问学者,1994年美国L eh ish 大学高级访问学者。
1 引 言结构在强烈地震作用下,大部分将进入弹塑性变形阶段,与弹性变形相比,过大的塑性变形会使结构开裂,混凝土脱落,甚至破坏;但另一方面,由于弹塑性阶段的结构刚度降低,结构自振周期增大,改变了结构的地震反应特性,非弹性的不可恢复变形可以耗散输入的地震能量,从而减小地震对结构的作用;在非线性状态下,结构是否破坏将取决于塑性变形能力或耗散能量的能力,而不取决于强度,强度条件并不能恰当地估价结构的抗震能力。
如何有效地利用结构非线性变形的耗能能力,同时结构又不会产生过大的强度损失和过大的塑性变形,避免开裂太大而不易修复或破坏,就必须对结构的弹塑性变形特性及破坏机理作深入的研究,进行结构延性抗震设计,以减轻甚至避免震害的产生。
在近年来发生的几次大地震中,桥梁结构的震害严重,如1971年圣费尔南多地震中,许多新建桥梁遭到不同程度的破坏。
在1976年我国唐山大地震中,桥梁大多毁坏或严重破坏,在7至11度区内的130座桥梁中,完好或基本完好的仅占25.38%;同样在1994年诺斯里奈地震和1995年阪神大地震中,许多高架桥严重破坏,直接与间接经济损失巨大。
桥梁设计中的抗震设计规范解读
桥梁设计中的抗震设计规范解读设计一座桥梁时，抗震设计是必不可少的一项工作。
抗震设计规范旨在规范桥梁的抗震能力，以保证桥梁在地震或其他外力作用下不会倒塌或轻微损坏。
本文将解读桥梁设计中的抗震设计规范。
一、桥梁抗震设计的基本原则在设计中，桥梁的抗震设计需要遵循以下基本原则：1. 建立适当的耐震能力目标：桥梁的设计耐震能力要与场地特点和重要性相适应，以达到灾害损失控制的要求。
2. 充分考虑动力效应：桥梁在地震作用下所承受的力不仅包括静力荷载，还包括动力荷载。
因此，在抗震设计时，应对桥梁在地震中的动力反应进行充分的研究。
3. 选取适当的地震波：地震波是桥梁抗震设计中的重要参考依据。
选择与实际场地相符合的地震波，能更好地反映地震灾害的损伤情况。
4. 均衡造价与耐震能力：建立可靠的抗震设计方案，尽可能达到规定要求，但也要考虑造价因素。
5. 要有系统的桥梁抗震设计文件：桥梁抗震设计文件需要详尽、清晰、全面地说明整个设计过程，以便建造方、监理方或审核单位审核和验收。
二、抗震设计规范的具体要求根据相关规范，进行桥梁的抗震设计时，需要遵循以下具体要求：1. 桥墩设计：与桥梁基础联结强度要求高，桥墩的纵向和横向的强度应适宜，特别是在桥墩土基础不良的情况下，要对桥墩加强抗震支撑和加固。
2. 桥面铺装设计：（1）桥面铺装的振动感应要素在桥梁的横向和纵向上的传递原则应有规定。
（2）桥面铺装的直接基础的作用范围是桥墩、上部结构和基础，后期在桥梁设计方案及施工中应考虑铺装的垂直和水平方向受震影响的设定。
（3）桥面铺装设计中的连接构件，如伸缩缝、支座、传动杆、角钢、焊缝、螺栓等，应有相应的规范，特别是在连接构件处的振动应力会引起硬件结构变形，对硬件的材料和工艺水平等要求较高。
3. 桥梁设计标准：（1）要求各种附属设施的设计、材料和施工，必须获得质量检验合格证书。
（2）在桥梁设计和制造中，对材料的选用和材料的变形、疲劳特性以及统计学参数要求非常的苛刻。
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。
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
桥梁抗震
09级桥梁工程2班 姓 名：乐宣涛 学号：P091913440
延性及延性破坏
• 延性通常是指在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：一 是承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显的 下降；二是利用滞回特性吸收能量的能力。结构 的延性称为整体延性，构件的延性称为局部延性。 常用的两个延性指标为：位移延性和曲率延性。 延性抗震设计是以结构非线性动态行为为基础的， 主要研究在结构不发生大的破坏和丧失稳定的前 提下提高构件的滞回耗能能力塑性铰的设置与极 限变形能力。 • 延性破坏是指结构或构件在破坏前有明显变形或 其它预兆的破坏类型。
钢筋混凝土桥墩的延性分析
• (1)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； • (2)若保持墩顶位移延性系数不变，则临界截面的曲率延性系数就随桥 墩长细比的增大而增大；同样，若保持临界截面的曲率延性系数不变， 则墩顶位移延性系数就随曲率延性系数 桥墩长细比的增大而降低；随 着L／h对结构h的增大，直线斜率逐延性系数的影响渐减小，L／h的 变化对临界截面的曲率延性系数的影响比对墩顶位移延性系数的影响 大得多； • (3)保持墩顶位移延性系数不变，则临界截面的曲率延性系数就随桥墩 塑性铰区等效长度的增大而减小；同样，若保持临界截面的曲率延性 系数不变，则墩顶位移延性系数就随桥墩塑l生铰区等效长度的增大而 增大； • (4)若保持墩顶位移延性系数不变，则临界截面的曲率延性系数就随 ， 塑性铰区长度比桥墩计算高度的增大而减小；同样，若保持临界截面 的曲率延性系数不变，则墩顶位移延性系数就随，性铰区长度比桥墩 计算高度的增大而增大。 • 总结：说明在截面和截面材料特性均相同时，墩越高，具有的位移延 性系数越低。结论(3)、(4)说明对同样高度的桥墩塑性铰区等效长度 越大，具有的位移延性系数越大。
《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。
钢筋混凝土抗震框架梁柱节点的延性设计准则_游渊
第18卷第4期重庆建筑大学学报Vol.18N o.4 1996年12月Journal of C hon gq in g Jianzhu Universit y Dec.1996钢筋混凝土抗震框架梁柱节点的延性设计准则游渊傅剑平白绍良汤华(重庆建筑大学建筑工程学院630045)(广洲市设计院510000)摘要在对梁端或柱端受拉钢筋屈服后发生剪切失效的节点的受力特征进行正确分类的基础上,并对相对作用剪力和相对配箍率影响节点延性的规律进行认真分析归纳之后,本文明确指出了抗震框架节点的设计准则应是在保证节点抗剪承载力不低于先屈服的梁端或柱端屈服承载力前提下的延性控制准则。
在给出该设计准则的完整定义后,讨论了几个国家目前采用的设计控制体系在体现延性设计准则方面的可用性,其中着重从节点传力机构以及受力特征分类角度讨论了美国AC I-AS C E352委员会节点配箍控制方案中存在的概念性问题。
关键词钢筋混凝土,框架,梁柱节点,抗震设计,设计准则中图法分类号T U375.1T U375.21引言从八十年代初期到后期,新西兰、美国、中国和日本这四个地震多发国家根据各自当时对钢筋混凝土抗震框架节点受力特点的认识和本国的学术和工程传统,先后在各自的设计规范或建议中提出了抗震框架节点的设计方法。
经过对比计算可以发现这四个国家对节点配箍量和贯穿节点梁柱筋的粘结条件以及作用剪力上限和配箍率构造下限的规定都不完全相同,有些还差别很大。
就节点配箍率这个主要技术指标来看,这四个国家控制的宽严程度大体上可分为两档。
其中要求较严的是新西兰NZS3101规范的1982年版本[1],它坚持了高标准的“延性框架”设计要求,按该规范设计出的组合体在试验中直到先屈服的梁端达到正截面破坏均不会发生节点剪切破坏。
而美国AC I-ASC E352委员会1985年修订的《现浇框架梁柱节点设计建议》[2]、中国的《混凝土结构设计规范》G BJ10-89和日本建筑学会1988年公布的《基于极限承载力概念的钢筋混凝土建筑物抗震设计指南(草案)及说明》[3]在节点配箍率要求上虽然也有一定差别,但普遍比新西兰1982年规范的要求低一个档次,按新西兰学术界的说法,均属于“有限延性框架”水准[4]。
桥梁抗震设计标准
桥梁抗震设计标准在桥梁设计中，抗震设计是至关重要的一环。
近年来，随着地震频发，桥梁的抗震性能越来越受到关注。
本文将重点介绍桥梁抗震设计的标准。
桥梁抗震设计应遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则。
具体来说，桥梁抗震设计应达到以下目标：1. 在小震作用下，桥梁结构应能正常使用，不发生过大的变形或损坏。
2. 在中震作用下，桥梁结构应能进行维修，即在地震后通过维修恢复正常使用。
3. 在大震作用下，桥梁结构应能承受地震力，不发生倒塌或严重损坏，保障生命安全。
为达到上述目标，桥梁抗震设计应考虑以下几个方面：1. 场地选择在选择桥梁的建造地点时，应尽量选择远离地震带的地段。
如果必须建设在地震带上，应进行详细的场地勘察，评估地震风险，并采取相应的抗震措施。
2. 结构体系桥梁的结构体系应合理选择，避免出现过大的地震力集中。
例如，采用多跨连续梁、刚架桥等结构形式，避免使用单跨简支梁等容易产生震害的结构形式。
3. 抗震设防标准根据国家规定的抗震设防标准，桥梁设计时应进行地震烈度评估，并采取相应的抗震措施。
对于特别重要的桥梁，应采用更高级别的抗震设防标准。
4. 地震动参数在桥梁设计中，应考虑地震动参数对结构的影响。
这些参数包括地震加速度、地震速度、地震位移等。
根据不同的地震动参数，结构设计应有所不同。
5. 抗震构造措施在桥梁结构设计中，应采用一些抗震构造措施来提高结构的抗震性能。
例如，增加结构构件之间的连接强度，增加支撑和固定构件的数量，防止构件在地震中脱落等。
6. 建筑材料和施工方法桥梁的建筑材料和施工方法也会对其抗震性能产生影响。
例如，采用高性能混凝土、高强度钢材等材料可以提高结构的强度和耐久性。
同时，合理的施工方法也可以提高结构的整体性和稳定性。
综上所述，桥梁抗震设计是保障人民生命财产安全的重要一环。
在设计过程中，应综合考虑场地选择、结构体系、抗震设防标准、地震动参数、抗震构造措施以及建筑材料和施工方法等因素，以确保桥梁具有足够的抗震性能。
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
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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
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
4 2020/11/17
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
M
' i
' y
图5.2 理论屈服曲率定义
5 2020/11/17
桥梁抗震
5.1.3 延性、位移延性系数与变形能力
抗力R Ry
变形能力 位移延性系数u/y 延性
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。
抗力R
s＝6 矮墩的力－位移曲线
高墩的力－位移曲线
t＝3
sy ty su
tu 变形
图5.3 柔性高墩与延性矮墩的比较
6 2020/11/17
桥梁抗震
5.1.4 曲率延性系数与位移延性系数的关系
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
2 2020/11/17
5 10 15 20 25 30 35 40 45
墩 顶 横 向 位 移 (mm)
3 2020/11/17
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：
u y
（2）位移延性系数
Mmax My Mu
屈服点
弯矩最大点
失效点
开裂点
y
u
图5.1 截面弯矩－曲率关系示意图
构件的位移延性系数—构件 的最大位移与屈服位移之比：
u y
结构的位移延性系数— 与结构
的布置有关
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）
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%。
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桥梁抗震
y y p 1 p y 1 3 ( 1 )llp(1 0 .5 llp)
欧洲规范Eurocode 8： lp0.0l8 0.02ds2 fy
lp(0.4~0.6)h
基于试验的经验公式
给定： lp 0.5h
20
表 5.2 桥 墩 位 移 延 性 系 数 与 长 细 比 的 关 系
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。
桥梁抗震
30
模型2
20
横 向 力 (KN) 横 向 力 (KN)
10
截面尺寸：10cm*10cm
0
墩高：100cm
-10
-20 -30
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0
· 轴 压 比 ： 15% · 含 箍 率 ： 0.40% · 配 筋 率 ： 1.13% · 砼 强 度 ： 19.4
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
1 2020/11/17
桥梁抗震
5.1 延性的基本概念
的极限位移与屈服位移之比。
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(a)具有可变形的基础和弹性支座 （b）结构屈服位移
C1Tr b 1 变形增大系数
图5.5 “单墩模型”桥梁结构的屈服位移
y
tu ty p C y p ( C 1 ) y u
t ttu y(C1 C ) y y u(C1 C )
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。
9 2020/11/17
5 10 15 20 25 30 35 40 45
墩 顶 横 向 位 移 (mm)
40
30
模型3
保护层厚度：1.5cm
20
10
实测恢复力曲线
0
-10
-20
-30 -40
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0
· 轴 压 比 ： 20% · 含 箍 率 ： 0.57% · 配 筋 率 ： 1.54% · 砼 强 度 ： 19.4
l/h
2.5Βιβλιοθήκη 51020
20
20
11.3
6.4
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
8 2020/11/17
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
ty
桥梁结构的位移延性系数，
y
通常定义为上部结构质量中心处
(x)ddxx
墩底截面刚刚屈服时
(x)
x l
y
y 13yl2
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
(a) (b)M (C)屈服 (d)极限状态
图 5.4 悬臂墩曲率分布
p lp(uy)
p p ( l 0 .5 lp ) (u y ) lp ( l 0 .5 lp )
图5.6 滞回耗能与弹性应变能示意图
延性抗震必须以结构出现一定程度的损坏为代价。
10 2020/11/17
桥梁抗震
5.3 延性抗震设计方法简介
延性抗震，必须保证结构具有的延性（延性能力）超
过预期地震动所能激起的最大非弹性变形（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