第八章桥梁抗震(新教材课件)
桥梁工程抗震设计课件
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• 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。
桥梁专业设计技术规定 第八章 桥梁震动及抗震
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8 桥梁振动及抗震8.1结构抗震体系8.1.1结构应具有合理的地震作用传力途径和明确的计算简图。
结构除了具有必要的承载能力以外,还应具有良好的变形能力和耗能能力,以保证结构的延性性能。
8.1.2结构的质量和刚度应均匀分布,避免因质量和刚度突变而造成地震时结构各部分相对变形过大。
对于质量和刚度变化较大的部位,应采取有效措施予以加强。
8.1.3结构基础应建造在坚硬的地基上,尽可能避开活断层及地质条件不好的地基。
当结构必须建造在软土地基或可能液化的地基上时,应对地基进行处理。
8.1.4上部结构应尽量采取连续的形式。
当上部结构与下部结构之间的支座允许上部结构平动时,必须保证支承面宽度并采取相应的限位措施,防止落梁的发生。
8.1.5确定墩柱的截面尺寸时应避免墩柱的轴压比(墩柱所承受的轴向压力与抗压极限承载力之比)过大,以保证墩柱截面的延性性能。
8.1.6对于多跨连续结构,各中墩柱的截面尺寸和高度应使各柱的纵桥向刚度和横桥向刚度基本相同。
跨径相差较大时,应考虑上部结构质量对横桥向频率的影响。
对于地面高差较大的地形,可通过下挖地面来调整墩柱的高度。
8.1.7对于大跨度桥梁,应结合桥位处的地质条件和地震动特性等具体情况,对各种结构体系进行分析研究,选择抗震性能较好的结构体系。
8.2地震反应计算8.2.1工程设计项目应按《地震安全性评价管理条例》(国务院令第323号)及各地方相应管理办法,要求业主对相应区域进行地震危险性分析,并根据地震危险性分析进行结构的地震反应计算。
在桥梁建设中尽量避开具有危险性的活动地震断层。
活动性地震断层附近桥梁的地震反应计算要特别注意地面位移对结构的影响。
按“条例”不需进行地震安全性评价的一般性工程,应按照《中国地震动参数区划图》(GB18306-xx)规定的设防要求进行抗震设防。
8.2.2应根据工程的重要性等级、场地的地质条件和地震烈度、结构的自振特性等情况,按照规范用反应谱方法进行结构的地震反应计算。
桥梁抗震课件
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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。
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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 。
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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
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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
桥梁抗震-全书回顾课件
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(a) 喇叭型墩
(b) 柱式墩
图2.29 1994年美国北岭地震Mission-Gothic桥的墩柱剪切破坏
图2.30 1999年台湾集集地震中实体矮墩的剪切破坏
(3) 墩柱的基脚破坏
非常少见,一旦出现后果严重
图2.31 1971年美国的圣费南多地 震中墩柱基脚破坏:22根螺纹钢 筋从桩基础中拔出,导致桥墩倒 塌。由于墩底主钢筋的构造处理 不当,造成主钢筋的锚固失败。
3.2 框架墩的震害
框架墩的震害比较常见。 框架墩的震害主要表现为: 盖梁破坏:剪切破坏,弯曲破坏,钢筋锚固长度不够引起破坏 墩柱破坏 节点破坏:剪切破坏
图2.32 1989年美国洛马·普里埃塔地震中Cypress高架桥 800m上层框架塌落:梁柱结点配筋不足,竖直柱体配 筋连续性和横向箍筋不足。盖梁钢筋的锚固长度不够。
1.3 《中国地震动参数区划图》
• 中国地震动峰值加速度区划图(设防水准:50年超越概率10% ) • 中国地震动反应谱特征周期区划图
1.4 重大建设工程的设防要求
《防震减灾法》规定:“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”
一、地震的基本知识
1. 工程抗震设防的对象
浅源(深度 <60km ) 构造地震
与地质构造密切相关, 往往发生在地应力比较 集中、构造比较脆弱的 地段,即原有断层的端 点或转折处、不同断层 的交汇处。
《规范》规定:
选择桥位时,应尽量避开抗震危险地段,充分利用抗震有利地段 (发震断层及其邻近地段,地震时可能发生大规模滑坡、崩塌等的不良地质地段)
• 基础破坏:桩基自身设计强度的不足或构造处理不当
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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。
08地震作用和结构抗震验算1工程,振动,稳定,全套,课件
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8、9度时的大跨、长悬臂结构和9度的高层建筑: 考虑竖向地震作用
特别不规则、甲类和超过规定范围的高层建筑: 一维或二维时程分析法的补充计算
第二八章、地单震作质用和结点构抗弹震验性算 体系地震反应
0 0.1 Tg
T (s)
5Tg
6.0
3.水平地震影响系数最大值 max kmax (阻尼比0.05)
地震
烈
度
影响 6
7
8
9
多遇地震 0.04 0.08(0.12) 0.16(0.24) 0.32
罕遇地震 — 0.50(0.72) 0.90(1.20) 1.40
括号内的数字分别对应设计基本加速度0.15g和0.30g地区的地震影响系数。
单自由度弹性体系计算简图:
将结构参与振动的全部质量集中于一点,用无重量的弹性直杆 支承于地面形成单质点体系,当该体系只作单向振动时,就形成 了一个单自由度体系。如等高单层厂房、水塔等.
单质点弹性体系计算简图 (a)单层厂房及简化体系;(b)水塔及简化体系
第八章 地震作用和结构抗震验算
二、单质点弹性体系地震反应
5、抗震设计反应谱
为了便于计算,《抗震规范》采用相对于重力加速度 的单质点绝对最大加速度,即α与体系自振周期T之间 的关系作为设计用反应谱。(基于标准反应谱曲线)
Sa g
xg max g
ห้องสมุดไป่ตู้
Sa xg
max
k
第八章 地震作用和结构抗震验算
抗震设计反应谱
《建筑抗震设计规范》
桥梁工程抗震设计课件
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桥梁工程抗震设计
桥梁工程抗震设计
桥梁工程抗震设计
5.3.7 限制条件
• 受功能要求、路线走向以及桥址地质条件等因素的制约,
桥梁结构体系的选择受到很大的限制。
(1)路线走向
• 对桥梁抗震结构体系的要求常常与路线走向相矛盾。从抗
震角度来说,理想的桥梁结构应是越简单、越规则越好。 因此,希望桥梁是直的,各跨分布均匀,各墩的高度基本 相同。但这通常难于做到,例如在城市桥梁中,为了适应 路线走向,大量采用弯、坡、斜桥和立交桥。
对场地进行处理,以降低液化的可能性。
• 在结构布局上,一种是采用简支梁,并通过构造措施连接
在一起,以防落梁。这种方法在过去的地震中并没有特别 成功。
• 另一种替代的方案是确保上部结构与桥墩完全固结,并使
桩基础穿过易液化土层直达坚硬的土层里。这种方案可以 避免由于液化导致地基失效的可能性。
桥梁工程抗震设计
• 结构抗震性能:木结构、钢结构的抗震性能较优,钢
筋混凝土结构次之,砖、石及素混凝土结构最差。
• 预期采用新一代建筑材料建造的结构抗震性能优良。
桥梁工程抗震设计
一、无约束混凝土(普通混凝土)
• 从试验中发现,各种反复荷载(变形)下无约束混凝土的
包络线都与单调加载的全曲线十分接近;
• 而且,由包络线上的峰值点给出的抗压强度和峰值应变也
否则,应采取措施增强基础抗侧移的刚度和 加大基础埋置深度;对于小桥,可在两桥台基 础之间设置支撑梁或采用浆砌片(块)石满铺河 床。
桥梁工程抗震设计
(3)在软弱粘性土层、液化土层或严重不均匀土 层上建桥时,还应根据具体情况采取下列措施:
① 换土或采用砂桩。换土方法适用于软弱粘性土 层或液化土层较薄、埋藏较浅的情况,先将软弱 粘性土层或可液化土挖去,然后分层回填非液化 土,并逐层夯实。
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4
桥梁震害启示
1 桥梁震害分析
桥梁震害
直接震害 间接震害
垮塌、移位、落梁、墩身破坏、桥台破坏、 地基破坏、支座破坏、伸缩缝破坏
砸坏、挤压横移
➢ 桥位选择应充分考虑地形和地质条件,尽量远离滑坡、崩塌地段, 对于必须通过不良地质病害的桥位应进行处治。
➢ 桥位要尽量远离断裂带,尤其应避免与断裂带小角度交叉。同时选 择易于修复的桥梁方案,并制定相应的应急预案。
1 桥梁震害分析
桥梁震害——支座失效
支座滑移变形
1 桥梁震害分析
桥梁震害——支座失效
支座脱空
1 桥梁震害分析
桥梁震害——支座失效
支座与钢板错位
桥梁震害分析
桥梁震害——支座失效
支座纵向滑移
1 桥梁震害分析
桥梁震害——支座失效
支座横向移位
1 桥梁震害分析
桥梁震害——支座失效
盆式支座限位块破坏
1 桥梁震害分析
联号 墩编号 墩高(m)
13 30.3
14 29.9
第5联
15 16(固定)
29.7
26.9
17 22.2
18 18.1
第6联
19(固定)
20
7.1
桥台
1 桥梁震害分析
倾斜 19号墩
典型的桥墩底部破坏
1 桥梁震害分析
桥墩 节点破坏
墩底 剪切破坏
桥梁震害分析
1
地震宏观震害
2
典型桥梁震害
1 桥梁震害分析
桥梁震害——支座失效
盆式支座限位块破坏
1 桥梁震害分析
锚 固 螺 栓 剪 断
支 座 位 移 过 大
1 桥梁震害分析
桥梁震害——挡块损坏
抗震结构设计 桥梁结构的抗震设计PPT课件
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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
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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。
桥梁抗震课件
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•
从20世纪40年代后期开始,围绕塔科马海峡大 桥风毁事故的原因后人进行了大量的分析与试验 研究。当时有两种观点。一种观点认为塔科马桥 的振动与机翼的颤振类同,是一种风致扭转发散 振动;另一种观点认为塔科马桥的主梁是H型断 面,存在明显的涡流脱落,因此是一种涡激共振。 二种观点互相争论,直到1969年,斯坎伦 (R.Scanlan)提出了钝体断面的分离流颤振理论, 成功地解释了塔科马桥的风毁机理,并由此奠定 了桥梁颤振分析的理论基础。
伏尔加桥蛇形共振 桥面起舞汽车癫 狂
• 2010年5月20日,俄罗斯伏尔加格勒一座横 跨伏尔加河的大桥突然发生剧烈的摇晃, 最剧烈的晃动幅度达1.5米。当时在桥上行 驶的汽车几乎被颠起来。当地政府不得不 紧急关闭大桥,组成专家查找大桥“舞动” 的原因。
1940年11月7日上午在风的作用下坍塌的美国华盛顿 州塔科马海峡大桥
桥梁抗震
概念 为避免桥梁遭受地震的破坏所 采取的技术措施
桥梁受震
• 地震对桥梁的破坏主要是由于地表破坏和桥梁受震破坏引起的。其 中地表破坏有地裂、滑坡、塌方、岸坡滑移和砂土液化等现象。地裂 会造成桥梁跨度的缩短、伸长或墩台下沉。在陡峻山区或砂性土和软 粘土河岸处,强烈地震引起的塌方、岸坡滑动以及山石滚落,可使桥 梁破坏。在浅层的饱和和疏松砂土处,地震作用易引起砂土液化,致 使桥梁突然下沉或不均匀下沉,甚至使桥梁倾倒。在坡边土岸或古河 道处,地震则往往引起岸坡滑移、开裂和崩塌等现象,造成桥梁破坏。 桥梁受震破坏是由于地震使桥梁产生水平和竖直振动,造成桥梁构件 的损坏和破坏,甚至使桥梁倒塌。此外,有些桥梁虽然在强度上能够承 受地震的振动力,但由于桥梁上部、下部结构联结不牢,整体性差, 往往会造成桥梁上部和下部结构间产生过大的相对位移,从而导致桥 梁破坏。梁桥受震破坏主要表现为:①墩台开裂、倾斜、折断或下沉; ②支座弯扭、断裂、倾倒或脱落;③桥梁上部结构和下部结构间相对 位移;④落梁。拱桥受震破坏主要表现为:①拱圈开裂;②墩台下沉; ③多孔时墩身开裂、折断;④落拱。一般说来,桥梁震害在高烈度震 区比低烈度震区重;岸坡滑移和地基失效处的桥梁震害比一般地基处 严重。
桥梁抗震与加固ppt课件
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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。
桥梁结构地震反应分析PPT课件
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回顾:弹性体系的地震反应分析
(引出地震反应谱概念)
一、地震作用下单自由度体系的运动方程
质点位移 质点加速度 惯性力 弹性恢复力 阻尼力 运动方程
X (t) x(t) xg (t) X(t) x(t) xg (t) I (t) (mx mxg )
t
y(t)
P( ) sin (t )d
0 m
---杜哈美积分
P(t) m
P(t)
y(t) P( )
计阻尼时
y(t)
t 0
P( ) m D
e (t )sin D
(t
)d
t
t
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三、单自由度体系地震作用分析
运动方程 mx cx kx mxg
或 x 2x 2x Fe (t) / m
地震反应谱
最大相对位移
Sd
x(t) max
1
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
最大相对速度
Sv
x(t) max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
最大加速度
Sa
x(t) xg max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
最大反应之间的关系 Sa Sv 2Sd
sin
(t
)d
max
t (s)
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yg (t )
(ms2 )
《桥梁抗震课件》PPT课件
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• 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
抗震课件第八章
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第八章隔震、减震与结构控制初步§8.1 结构抗震设计思想的演化与发展由震源产生的地震力,通过一定途径传递到建筑物所在场地,引起结构的地震反应。
一般来说,建筑物的地震位移反应沿高度从下向上逐级加大,而地震内力则自上而下逐级增加。
当建筑结构某些部分的地震力超过该部分所能承受的力时,结构就将产生破坏。
在抗震设计的早期,人们曾企图将结构物设计为“刚性结构体系” 。
这种体系的结构地震反应接近地面地震运动,一般不发生结构强度破坏。
但这样做的结果必然导致材料的浪费,诚如著名的地震工程专家Rosenblatt 所说的那样:“为了满足我们的要求,人类所有财富可能都是不够的,大量的一般结构将成为碉堡。
”作为刚性结构体系的对立体系,人们还设想了“柔性结构体系” ,即通过大大减少结构物的刚性来避免结构与地面运动发生类共振,从而减轻地震力。
但是,这种结构体系在地震动作用下结构位移过大,在较小的地震时即可能影响结构的正常使用,同时,将各类工程结构都设计为柔性结构体系,也存在实践上的困难。
长期的抗震工程实践证明:将一般结构物设计为“延性结构” 是合宜的。
通过适当控制结构物的刚度与强度,使结构构件在强烈地震时进入非弹性状态后仍具有较大的延性,从而可以通过塑性变形消耗地震能量,使结构物至少保证“坏而不倒” ,这就是对“延性结构体系” 的基本要求。
在现代抗震设计中,实现延性结构体系设计是工程师所追求的抗震基本目标。
然而,延性结构体系的结构,仍然是处于被动地抵御地震作用的地位。
对于多数建筑物,当遭遇相当于当地基本烈度的地震袭击时,结构即可能进入非弹性破坏状态,从而导致建筑物装修与内部设备的破坏,造成巨大的经济损失。
对于某些生命线工程(如电力、通讯部门的核心建筑),结构及内部设备的破坏可以导致生命线网络的瘫痪,所造成的损失更是难以估量。
所以,随着现代化社会的发展,各种昂贵设备在建筑物内部配置的增加,延性结构体系的应用也有了一定的局限性。
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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
足:
Pib 0Pd
19
延性构件与能力保护构件的选择 通常把桥墩作为延性构件进行设计,而把主梁、支座、盖梁和基础作 为能力保护构件进行设计。 需要注意的是,钢筋混凝土构件的剪切破坏属于脆性破坏,会大大降 低结构的延性能力,因此,对于延性墩柱的抗剪设计,应采用能力保护 设计方法进行设计。
Ae 核心混凝土面积,可取0.8Ag
(a) (b)M
(C)屈服
(d)极限状态
图8-14 悬臂墩曲率分布
墩顶位移延性系数与临界截面的曲率延性系数之间的对应关系:
y p y
1
p y
1 3(
1) lp l
(1 0.5 lp ) l
钢筋混凝土墩柱的延性
大量试验研究表明,对于钢筋混凝土墩柱,横向箍筋和纵向钢筋对核 心混凝土提供有效的约束作用,提高了钢筋混凝土墩柱的强度和延性。 国内外研究表明,影响钢筋混凝土墩柱延性的因素有:轴压比、纵筋配 筋率、箍筋用量、箍筋形状、混凝土强度等级、保护层厚度等。
f
分别为考虑地基变形时,顺桥向做用于支座顶面或横桥向作
用于上部结构质心处的单位水平力,在墩身计算高度H/2处,
和一般冲刷线或基础顶面引起的水平位移,与单位力作用处
的水平位移之比值 0
X0
1 0
1
X
f /2
2 0
2
Xf
3 0
3
8.4.4 E1地震作用下桥梁的地震反应
求得规则桥梁的等效振型质量和等效振型刚度后,则可
有限损伤
结构总体反应在 经临时加固,可 不产生严重的结
弹性范围内,基 供紧急救援车辆 构损伤
本无损伤
使用
丁 立即使用
结构总体反应在 弹性范围内,基 本无损伤
不致倒塌
10
8.2.2地震作用和地震影响
桥梁结构在计算地震作用时,通常采用反应谱法,使用的规范反应谱的表 达式为:
102 0.45 SmaxT 0.45Smax , 0 T 0.1s
常用的延性指标有曲率延性系数(简称曲率延性)和位移延性系数(简称位 移延性)。
u y
曲率延性系数
u y
位移延性系数
曲率延性系数与位移延性系数的关系
在墩底截面达到极限状态时,沿墩高的实际 曲率分布曲线如图8-14c所示。为了便于计 算,引入等效塑性铰长度的概念,即假设在 墩底附近存在一个长度为lp 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。
S
2Smax ,
2Smax Tg / T ,
0.1s T Tg Tg T 5Tg
2 0.2 1 T 5Tg Smax ,
5Tg T 6s
Smax 2.25A
1 0.02 0.05 / 8
u —塑性铰区域的最大容许转角。
32
33
8.4.7 E2地震作用下能力保护构件的设计与验 算
在延性桥墩截面通过抗弯强度验算后,塑性铰区截面的纵向钢筋就已 经确定下来了,因此塑性铰区的实际抗弯能力也就确定下来了。根据 能力设计原理,为了确保强震作用下塑性铰切实发生在延性构件上, 能力保护构件的设计荷载应根据延性构件塑性铰区的实际抗弯能力来 加以确定。
M cp 为盖梁的质量
M p 为墩身质量(t),对于扩大基础,为基础顶面以
cp
上墩身质量 为盖梁质量换算系数
p 为墩身质量换算系数
23
X0 为考虑地基变形时,顺桥向做用于支座顶面或横桥向作用于 上部结构质心处的单位水平力,在墩身计算高度H处引起的
水平位移,与单位力作用处的水平位移之比;
X X f /2
图8-17 墩柱塑性铰区域
x(t)
8.4 规则桥梁的延性抗震设计 8.4.1 规则桥梁的定义
参数
参数值
单跨最大跨径
≤90m
墩高
≤30m
单墩长细比
大于2.5且小于10
跨数
2
3
4
5
6
曲线桥梁圆心角φ 及半径 单跨φ<30°且一联累计φ<90°,同时曲梁半径R≥20B0(B0为
R
桥宽)
跨与跨间最大跨长比
3
2
2
1.5
1.5
轴压比
<0.3
任意两桥墩间最大刚度比
4
4
3
2
下部结构类型
桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩
地基条件
不易液化、侧向滑移或不易冲刷的场地,远离断层
8.4.2 等效振型刚度
我国CJJ规范对简支梁采用的水平荷载模式是,在顺桥向或横桥向作用 于支座顶面或上部结构质量重心上单位水平力,求取在该点引起的水 平位移,从而确定顺桥向或横桥向的等效刚度。 对于连续梁一联中一个墩采用顺桥向固定支座,其余均为顺桥向活动 支座的,由于其在顺桥向的主要约束由固定墩提供,因此其顺桥向地 震反应采用的水平荷载模式是在固定墩支座顶面作用单位水平力,并 根据相应是水平位移确定顺桥向的等效刚度。
Ri为第i个活动支座的恒载反力 ;i 0.02
活动墩的支座地震力则为相应的摩擦力:Ekti i Ri
8.4.5 E1地震作用下延性构件的设计与验算
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。
2.2 (2.05)
2.0 (1.7)
1.55
例如,当对某乙类桥梁进行7度区(0.1g)E1和E2地震作用下的抗震计算时 ,根据规范规定的反应谱计算公式,其中水平向地震动峰值加速度A的取值, 应根据现行《中国地震动参数区划图》的地震动峰值加速度,乘以表8-3中的 E1和E2地震调整系数(0.61和2.2)得到。
-
桥梁 抗震 设防 分类 甲
乙
丙
E1地震作用 震后使用要求 立即使用 立即使用
立即使用
损伤状态
E2地震作用 震后使用要求
损伤状态
结构总体反应在 不需修复或经简 可发生局部轻微
弹性范围内,基 单修复可继续使 损伤
本无损伤
用
结构总体反应在 弹性范围内,基 本无损伤
经抢修可恢复使 用,永久性修复 后恢复正常运营 功能
FP
地 FE
震 力
FP
p e
弹性
塑性
p(e )
位移
p Rd e
弹性
塑性
p e
位移
29
位移修正系数:
1 T* 1
Rd
(1 )
D T
D
1.0
Rd 1.0
T * 1.0 T
T* 1.25Tg
T* 1.0
T
30
E2地震作用下,如果延性构件发生屈服进入塑性阶段,则 需要验算延性构件的延性能力或变形能力。对于规则桥梁, 可以简化为墩顶位移能力的验算。
8.2.4桥梁抗震体系
隔震装置
图8-11 延性抗震体系示意图
图8-12 减隔震抗震体系示意图
8.3 延性抗震设计理论 8.3.1延性的基本概念
延性的定义:结构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。
第8章 桥梁延性抗震设计
第8章 桥梁延性抗震设计
8.1 桥梁震害 8.2 桥梁工程抗震的一般规定 8.3 延性抗震设计理论 8.4 规则桥梁的延性抗震设计 8.5 例题 8.5 桥梁抗震构造措施
8.1桥梁震害 1、上部主梁的破坏
图8-1 汶川彻底关大桥上部主 梁移位震害
8.2.3抗震设计方法分类