王克海桥梁抗震的研究进展精品PPT课件
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12
桥梁抗震设计方法 研究现状
13
百度文库
第一阶段 强度设计理论
第二阶段
第三阶段
延性抗震设计理论 基于性能的抗震设计理论
强度设计
强度 延性
延性抗震理论不同于强度理 论的是，它通过结构选定部 位的塑性变形来抵抗地震作 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。
9
地基与结构的相互作用
研究内容归纳为：自由场地的地震反应、基础地震响应、土与结构 相互作用的计算模型及分析方法的研究。
地基与结构相互作用分析方法主要有直接法、子结构法和集中参数法。
地震动输入
直接法示意图
地震动输入
子结构法示意图
集中参数法示意图
10
桩-土-结构相互作用来说，是自由场地地震反应加上考虑土体对桩基约束 作用的多点激振下的桥梁结构地震反应，可采用集中质量法进行研究。 集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩-土体系的质量联合作为一个 整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。
地震动输入方向
美国规范 规定水平地震作用按两个相互垂直方向分别输入，两个 互相垂直的方向为纵桥向和横桥向。
欧洲规范 规定输入水平和竖向三个方向的地震作用。
日本规范 规定一般考虑两个正交水平地震作用；对于支承构件， 要求考虑竖向地震作用。
我国规范 计算地震荷载时，要求分别考虑顺桥和横桥两个方向的 水平地震荷载。对于位于基本烈度为9度区的大跨径悬臂梁桥，还应 考虑上、下两个方向竖向地震荷载和水平地震荷载的不利组合。
墩柱的弯曲破坏： 在地震中非常常见的震害，表现为开裂、混凝土剥落压溃、钢筋裸露和 弯曲等，究其原因主要是约束箍筋配置不足、纵向钢筋的搭接或焊接不 牢等引起的墩柱延性能力不足。美国北岭地震、日本阪神地震、台湾集 集地震中可见此类震害。
墩柱的剪切破坏： 桥梁墩柱的剪切破坏是非常常见的，由于剪切破坏是脆性的，往往会造 成墩柱以及上部结构的倒塌，震害较为严重。最为惨重的墩柱剪切破坏 发生在日本阪神地震中，独立墩的剪切破坏主要是纵向钢筋过早切断和 约束箍筋不足。
桩-土-结构动力相互作用分析模型
11
桥梁结构非线性问题
非线性问题可以分为三类：几何非线性问题、材料非线性问题以及 状态非线性。
在桥梁抗震分析中涉及到的非线性主要有： 几何非线性（梁-柱效应、大变形效应和缆索垂度）； 支座、伸缩缝、挡块、减隔震装置等边界及连接单元的非线性； 地基土体的非线性； 强震作用下，结构表现出的非线性行为，如碰撞、损伤等。
静力弹塑性分析方法 Push-over方法
• 能力谱法
• N2方法 抗震性能 • 位移影响系数法
评价方法
• 适应谱法 • 模态的Push-over方法
8
地震分析方法——概率性地震力理论
概率性分析方法仍处于理论研究阶段，不能得到数值结 果，无法在工程中得到应用。
虚拟激励法是将平稳随机响应分析转化成为简谐响应分 析，将非平稳随机响应分析转化为确定性时间历程分析， 从而采用确定性分析方法实现随机振动的求解。
桥梁破坏严重，交通瘫痪 开始重视交通系统的抗震分析和研究 1977年我国颁发了公路工程抗震设 计规范，1989年修订
4
桥梁结构地震反应分析 的研究现状
5
地震动输入方式 影响地震动特性的因素：震源、传播介质与途径、场地条件。
地表面 场地土层 基岩
地震波传播途径示意图
6
地震动输入方式——加速度输入和弹塑性位移反应谱
强度
位移
延性
经济效益
基于性能的抗震设计理论将 抗震设计的重点从“力”的 设计转换到将建筑物的整个 性能作为设计过程的一个控 制函数。
14
桥梁抗震加固技术及结构 振动控制的研究现状
15
移位（纵向、横向）
16
碰撞震害
17
支座震害
支座移位 活动支座脱落
支座自身构造破坏 锚固螺栓拔出、剪断
18
墩台震害
第16届全国结构工程学术会议
桥梁抗震的研究进展
博士/副研究员
Email: kh.
交通部公路科学研究院
主要内容概况
桥梁抗震研究的重要转折点
桥梁地震反应分析的研究现状
桥梁抗震设计方法的研究现状
桥梁抗震加固技术及结构振动 控制的研究现状
展望
2
桥梁抗震研究的重要转折点
3
美国
1971年San Fernando地震
中国
1976年唐山大地震
提出了基于性能的抗震设计理论 洛杉矶市高速公路上多座桥梁严重 破坏，交通运输网络被切断
320座桥梁破坏，Hanshin高架桥 倒塌，3条高速公路和新干线铁路完 全中断，交通系统几乎全部中断 对结构抗震的基本问题重新研究 修订规范，于1996年出版
1994年国务院提出未来 10年的防震减灾目标 1998年颁布《中华人民 共和国防震减灾法》
桥台的破坏：
桥台震害也较为常见，除了地基丧失承载力等引起的桥台滑移外，桥台
的震害主要表现为台身与上部结构的碰撞破坏，以及桥台向后倾斜。这
一震害和台后填土不够密实有关。
19
唐山地震中桥墩破坏情况
美国Loma Prieta地震 中框架桥墩破坏情况
美国Northridge地震
20
1995年日本阪神地震
桥梁结构倒塌5座，42座损坏 桥梁抗震设计规范的重要转折点 提出“生命线工程”的概念
1989年Loma Prieta地震
延性抗震设计开始被各国重视 Cypress高架桥在地震中倒塌 San Francisco-Okaland 海湾 大桥发生落梁
1994年Northridge地震
日本
1923年日本关东地震 1995年日本阪神地震
1999年台湾集集地震
2004年日本新澙地震
21
基础震害
桥梁基础破坏是国内外许多地震的重要震害现象之一。 大量震害资料表明：地基失效是桥梁基础产生震害的主要原因。 我国海城地震和唐山地震、日本新泻地震中，都有大量的地基 失效引起桥梁基础震害的实例。扩大基础的震害一般是由地基 失效引起的，常用的桩基础的震害，除了地基失效外，还有上 部结构传下来的惯性力引起的桩基剪切、弯曲破坏，还有桩基 设计不足引起的震害。
最不利输入方向的标准
以能量为标准 以屈服面函数为确定最不利输入方向的标准 采用位移延性和滞回能分析最不利地震动输入
7
地震分析方法——确定性地震分析方法
反应谱法
时程分析法
优点
缺点
简 单 易 操 作
地 震 动 特 性
结 构 动 力 特 性
弹 性 范 围
计 算 最 大 反 应
长 周 期 部 分
优点
缺点
设 了选地 计 结 计 解择震 算 果 双 破减动 量 分 重 坏震要 大 析 保 机方求 耗 困 证 理法高 时 难
桥梁抗震设计方法 研究现状
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百度文库
第一阶段 强度设计理论
第二阶段
第三阶段
延性抗震设计理论 基于性能的抗震设计理论
强度设计
强度 延性
延性抗震理论不同于强度理 论的是，它通过结构选定部 位的塑性变形来抵抗地震作 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。
9
地基与结构的相互作用
研究内容归纳为：自由场地的地震反应、基础地震响应、土与结构 相互作用的计算模型及分析方法的研究。
地基与结构相互作用分析方法主要有直接法、子结构法和集中参数法。
地震动输入
直接法示意图
地震动输入
子结构法示意图
集中参数法示意图
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桩-土-结构相互作用来说，是自由场地地震反应加上考虑土体对桩基约束 作用的多点激振下的桥梁结构地震反应，可采用集中质量法进行研究。 集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩-土体系的质量联合作为一个 整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。
地震动输入方向
美国规范 规定水平地震作用按两个相互垂直方向分别输入，两个 互相垂直的方向为纵桥向和横桥向。
欧洲规范 规定输入水平和竖向三个方向的地震作用。
日本规范 规定一般考虑两个正交水平地震作用；对于支承构件， 要求考虑竖向地震作用。
我国规范 计算地震荷载时，要求分别考虑顺桥和横桥两个方向的 水平地震荷载。对于位于基本烈度为9度区的大跨径悬臂梁桥，还应 考虑上、下两个方向竖向地震荷载和水平地震荷载的不利组合。
墩柱的弯曲破坏： 在地震中非常常见的震害，表现为开裂、混凝土剥落压溃、钢筋裸露和 弯曲等，究其原因主要是约束箍筋配置不足、纵向钢筋的搭接或焊接不 牢等引起的墩柱延性能力不足。美国北岭地震、日本阪神地震、台湾集 集地震中可见此类震害。
墩柱的剪切破坏： 桥梁墩柱的剪切破坏是非常常见的，由于剪切破坏是脆性的，往往会造 成墩柱以及上部结构的倒塌，震害较为严重。最为惨重的墩柱剪切破坏 发生在日本阪神地震中，独立墩的剪切破坏主要是纵向钢筋过早切断和 约束箍筋不足。
桩-土-结构动力相互作用分析模型
11
桥梁结构非线性问题
非线性问题可以分为三类：几何非线性问题、材料非线性问题以及 状态非线性。
在桥梁抗震分析中涉及到的非线性主要有： 几何非线性（梁-柱效应、大变形效应和缆索垂度）； 支座、伸缩缝、挡块、减隔震装置等边界及连接单元的非线性； 地基土体的非线性； 强震作用下，结构表现出的非线性行为，如碰撞、损伤等。
静力弹塑性分析方法 Push-over方法
• 能力谱法
• N2方法 抗震性能 • 位移影响系数法
评价方法
• 适应谱法 • 模态的Push-over方法
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地震分析方法——概率性地震力理论
概率性分析方法仍处于理论研究阶段，不能得到数值结 果，无法在工程中得到应用。
虚拟激励法是将平稳随机响应分析转化成为简谐响应分 析，将非平稳随机响应分析转化为确定性时间历程分析， 从而采用确定性分析方法实现随机振动的求解。
桥梁破坏严重，交通瘫痪 开始重视交通系统的抗震分析和研究 1977年我国颁发了公路工程抗震设 计规范，1989年修订
4
桥梁结构地震反应分析 的研究现状
5
地震动输入方式 影响地震动特性的因素：震源、传播介质与途径、场地条件。
地表面 场地土层 基岩
地震波传播途径示意图
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地震动输入方式——加速度输入和弹塑性位移反应谱
强度
位移
延性
经济效益
基于性能的抗震设计理论将 抗震设计的重点从“力”的 设计转换到将建筑物的整个 性能作为设计过程的一个控 制函数。
14
桥梁抗震加固技术及结构 振动控制的研究现状
15
移位（纵向、横向）
16
碰撞震害
17
支座震害
支座移位 活动支座脱落
支座自身构造破坏 锚固螺栓拔出、剪断
18
墩台震害
第16届全国结构工程学术会议
桥梁抗震的研究进展
博士/副研究员
Email: kh.
交通部公路科学研究院
主要内容概况
桥梁抗震研究的重要转折点
桥梁地震反应分析的研究现状
桥梁抗震设计方法的研究现状
桥梁抗震加固技术及结构振动 控制的研究现状
展望
2
桥梁抗震研究的重要转折点
3
美国
1971年San Fernando地震
中国
1976年唐山大地震
提出了基于性能的抗震设计理论 洛杉矶市高速公路上多座桥梁严重 破坏，交通运输网络被切断
320座桥梁破坏，Hanshin高架桥 倒塌，3条高速公路和新干线铁路完 全中断，交通系统几乎全部中断 对结构抗震的基本问题重新研究 修订规范，于1996年出版
1994年国务院提出未来 10年的防震减灾目标 1998年颁布《中华人民 共和国防震减灾法》
桥台的破坏：
桥台震害也较为常见，除了地基丧失承载力等引起的桥台滑移外，桥台
的震害主要表现为台身与上部结构的碰撞破坏，以及桥台向后倾斜。这
一震害和台后填土不够密实有关。
19
唐山地震中桥墩破坏情况
美国Loma Prieta地震 中框架桥墩破坏情况
美国Northridge地震
20
1995年日本阪神地震
桥梁结构倒塌5座，42座损坏 桥梁抗震设计规范的重要转折点 提出“生命线工程”的概念
1989年Loma Prieta地震
延性抗震设计开始被各国重视 Cypress高架桥在地震中倒塌 San Francisco-Okaland 海湾 大桥发生落梁
1994年Northridge地震
日本
1923年日本关东地震 1995年日本阪神地震
1999年台湾集集地震
2004年日本新澙地震
21
基础震害
桥梁基础破坏是国内外许多地震的重要震害现象之一。 大量震害资料表明：地基失效是桥梁基础产生震害的主要原因。 我国海城地震和唐山地震、日本新泻地震中，都有大量的地基 失效引起桥梁基础震害的实例。扩大基础的震害一般是由地基 失效引起的，常用的桩基础的震害，除了地基失效外，还有上 部结构传下来的惯性力引起的桩基剪切、弯曲破坏，还有桩基 设计不足引起的震害。
最不利输入方向的标准
以能量为标准 以屈服面函数为确定最不利输入方向的标准 采用位移延性和滞回能分析最不利地震动输入
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地震分析方法——确定性地震分析方法
反应谱法
时程分析法
优点
缺点
简 单 易 操 作
地 震 动 特 性
结 构 动 力 特 性
弹 性 范 围
计 算 最 大 反 应
长 周 期 部 分
优点
缺点
设 了选地 计 结 计 解择震 算 果 双 破减动 量 分 重 坏震要 大 析 保 机方求 耗 困 证 理法高 时 难