第三章 抗震规范设计专题

midas Civil 2010抗震专题—08公路抗震规范设计专题Integrated Solution System for Bridge and Civil Strucutres

目录

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二、结构动力学概念

§一、前言

1. 地震及桥梁震害分析·························································3

2.08公路桥梁抗震设计细则推出·········································

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§四、模态分析（振型分析）

§三、空间动力分析模型

§五、反应谱分析

§六、时程分析

目录

§七、08公路常规桥梁抗震设计流程

1. 7度及7度以上地区常规桥梁总体设计流程 (3)

2.7度及7度以上地区常规桥梁结构构件抗震设计流程 (4)

§八、结合08抗震规范进行桥梁抗震设计

1.桥梁概况 (7)

2. 有限元模型 (7)

3. 抗震分析方法 (11)

4.E1反应谱分析 (7)

5.Mander本构和M—Phi曲线 (7)

6. 荷载组合 (24)

7. 结合08抗震规范进行桥梁抗震设计 (24)

8. E2时程分析 (24)

一、前言

随着社会经济飞速发展、科技进步日新月异，人口分布逐渐密集于城市。地震作为一种严重自然灾害不仅因其巨大能量释放而造成大量地面构筑物和各种设施的破坏与倒塌，且次生灾害中因交通及其它设施的毁坏而造成的间接经济损失更是十分巨大。我国是一个多地震的国家，最近二十多年来，桥梁建设快速发展，各种型式的桥梁大量涌现。如何确保桥梁在可能发生的地震作用下安全可靠地运行，最大限度地避免人员伤亡，减轻震灾带来的经济损失，且设计又不过于保守，成为工程界及其关注的问题。

为了能够有效的进行新桥设计和确定现有桥梁的加固措施，有必要对潜在的问题领域有一个清楚的了解。而加深这种了解的最好办法就是对地震中已经发生的桥梁失效及破坏进行系统地研究和分类。常言道“前车之鉴，后世之师”，这句话对桥梁抗震设计尤为适用。因而进行桥梁震害调查分析，对发展桥梁抗震设计原理和设计细节是非常必要的。

1. 地震及桥梁震害

分析桥梁震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施的科学依据。鉴于现有的大量震害实例及有关资料(范立础，卓卫东，2001)总结，可将桥梁震害的具体表现形式可分为以下几种情况:

板式橡胶支座剪切破坏

1)支撑连接部件(支座)的震害:

支座作为支撑连接部件在地震中损坏极为常见，如阪神地震中支座损坏的比例达到调查总数的28%!支座的破坏会改变力的传递方式，从而对结构其他部位的抗震性能产生影响。支座破坏形式主要有支座位移;锚固螺栓拔出、剪断;活动支座脱落等。

支座滑动、破坏及梁体位移

2)上部结构移位震害

所谓上部结构移位震害即桥梁上部结构的纵向、横向、及扭转发生的移位造成的震害。这种震害比较常见，一般来说设置伸缩缝的地方容易发生。这种震害的具体表现形式之一是梁间开脱、错位、或顶撞;另一种表现形式就是大位移使上部结构超出了墩、台的支持面导致落梁。资料表明，顺桥向落梁情形远多于横桥向，它约占全部落梁总数的80%}-90 %(西山兽伸等，1983)。顺桥向落梁时，梁端撞击桥

墩侧壁，这种冲击作用对下部结构会造成很大影响，因为落梁的能量比梁在墩顶发生振动时的能量具有

压倒性优势。如，日本福井地震时就发现了落梁冲撞桥墩而使墩身倾斜的现象。桥梁上部结构的破坏很多都是碰撞、落梁兼而有之。日本福井地震中的板垣桥落梁震害就是一个例子:所有的梁都朝左岸方向产生了位移，梁的右岸端在墩顶处脱落并下坠。事后调查，原因之一是由于左岸桥台胸墙在地震中被剪断倒塌，右岸胸墙没有破坏，迫使梁向左岸移动;另外一个原因是该桥的钢筋混凝土梁在两端支座只安装了油毛毡，而且墩顶宽只有1.2米，从而产生了很大的震害。

3）下部结构的震害

下部结构指桥墩、桥台和基础。

下部结构及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。桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起。根据大量震害实例，长细比较大的柔性墩多为弯曲破坏，即延性破坏，表现为:混凝土的开裂、压溃、钢筋裸露与压弯，并会产生很大的塑性变形。这种破坏主要是由于约束箍筋配设不足、纵向钢筋搭接或焊接不牢等引起墩的延性不足；长细比小的粗矮桥墩多为剪切破坏，即脆性破坏，表现为：混凝土大裂缝、钢筋切断等。这种破坏主要是由于墩柱剪切强度不足引起。桥剪切破坏

台的震害，除地基承载力失效(如砂土液化、边坡滑移等)引发的桥台倾覆、滑移外，还表现为上部结构的顶撞破坏。基础破坏也是主要震害现象，主要是由于场地土的液化导致的倾覆、不均匀沉陷，或者由于上部结构惯性力影响引起的桩基剪切、弯曲破坏等。基础的破坏带有很大的隐蔽性，震后不易发现，往往通过上部结构的震害体现出来，而且不易修复。

大量震害综合分析表明，引发桥梁震害原因主要可大致归为以下三种:a.所发生的地震强度超过了抗震设防标准;

b.桥梁场地对抗震不利，地震引起地基失效、变形或边坡滑移;

c.人为原因造成桥梁结构设计、施工不当，使桥梁结构本身抗震能力不足。

弯曲破坏

2. 08公路桥梁抗震设计细则推出

公路工程抗震设计规范(J丁J 004-89)是单一水准强度抗震设计，仅仅使用烈度来描述地震作用强度，很多方面的规定过于笼统、模糊。例如，通过引入综合影响系数来折减地震力后采用弹性抗震设计，其隐含的意思是允许结构进入塑性，对结构的延性性能有相应的要求，但在设计上又没有进行必要的延性抗震设计，其延性能力能否满足要求是不确定的，这也是原规范存在的一个较大缺陷。

根据交通部《关于下达1999年度建设标准、规范、定额等编制、修订工作计划的通知》(交通部公路发[1999]82号)，由重庆交通科研设计院组织对《公路工程抗震设计规范》( JTJ 004-89)桥梁抗震设计部分进行修订，编写((公路桥梁抗震设计细则》。

修订后的《公路桥梁抗震设计细则》共有11章、4个附录。修订的主要内容包括:

(1)扩大了适用范围，增加了非规则桥梁的抗震设计内容;对斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150m的特大跨径梁桥和拱桥，给出了抗

震设计原则和有关规定;增加了减隔震桥梁的设计原则和有关规定。

(2)修订了相应的设防标准和设防目标，采用了两水平设防、两阶段设计的抗震设计思想，由单一的强度抗震设计修改为强度和变形

双重指标控制的抗震设计。

(3)补充、细化了场地和地基部分的有关规定。

(4)修订了地震作用部分，修订了水平设计加速度反应谱，反应谱周期由Ss增加到lOs，增加了场地系数、阻尼调整系数、竖向设计

加速度反应谱等内容，增加了地震作用分量组合、设计地震动时程等有关规定，取消了综合影响系数。补充修订了地震土压力计算公式。

(5)增加了桥梁延性抗震设计和能力保护原则的有关规定，增加了延性构造细节设计的有关规定。

(6)增加了抗震分析建模原则和抗震分析方法等有关规定。

(7)修订了抗震措施的有关规定。

随着新规范的推出，工程师急迫需要具备桥梁抗震分析与设计的能力。Midas Civil不但具备强大的桥梁抗震分析功能（包括振型分析、反应谱分析、时程分析、边界非线性分析、静力弹塑性分析以及动力弹塑性分析），而且还新增了与规范相结合的抗震设计验算功能，可以很好地辅助工程师进行桥梁抗震设计。