目前国内外主要桥梁抗震设计方法

11
• 基于损伤和能量的设计方法
1. 在超过设防地震作用下，虽然非弹性变形对防止结构倒 塌有着重要的作用，但结构自身一会因此产生一定的损 伤，当非弹性变形超过结构自身非弹性变形能力时，则 会导致结构倒塌。因此，对结构在地震作用的非弹性变 形以及由此引起的结构损伤就成为抗震研究的一个重要 方面，并由此产生基于损伤的设计方法。人们试图引进 反应结构损伤程度的某种指标来作为设计指标。
动力理论不但考虑了地震动的持时，还更进 一步地考虑了地震动过程中反应谱所不能概 括的其它特性。
a
8
• 动力理论其主要具有如下特点：
1. 输入地震动参数需要给出符合场地情况、具有概率含意 的加速度过程X(t)，对于复杂结构要求给出地震动二个 分量的时间过程及其空间相关性
2. 结构和构件的动力模型应接近实际情况，要包括结构的 非线性恢复力特性；
1. 伪动力理论。 2. 强震作用下结构体系反应往往超出弹性范围，此
时反应谱方法就不再适用了。 3. 不能给出结构地震反应的全过程，更不能给出地
震过程巾各构件进入弹塑性变形阶段内力和变形 状态，无法找出结构的薄弱环节
4. 实际状态中的应用于现有研究现状的脱节
a
7
•动力分析
动力设计理论是通过计算获得地震过程中结 构反应随时间的变化的过程一时间历程 (time—history)，即采用时程分析法。时程 分析方法是通过输入地震波，直接计算结构 的地震反应的分析方法。
a
10
•基于承载力和构造保证延性的设计方法、
为了解决静力法向反应谱法过渡的问题，构造延性被引入。
以美国UBC规范为代表，通过地震力降低系数R讲反应谱法得 到的加速度反应值 降低到与静力法水平地震相当的设计 地震加速度
采用反应谱的基于承载力和构造保证延性的设计方法成为各 国抗震设计规范的主要方法。
a
2. 从能量观点看，只要结构的阻尼耗能和体系的塑性变形 耗能和滞回耗能能力大于地震输入能量，结构即可抵御 地震作用
a
12
• 能力设计方法
该方法是基于对非弹性性能对于结构抗震能力贡献 的理解和超静定结构在地震作用下实现具有延性 破坏机制的思想提出的，可保证结构抗震设防目 标，同时又使设计经济合理。
➢ 核心：
此理论创立时，一般认为结构是刚性的，故结构上 任何一点的振动加速度均等于地震动加速度，结构 上各部位单位质量所受到的地震力是相等的。
a
3
• 地震反应谱是一组具有相同阻尼、不同自 振周期的单质点体系在地震动时频反应谱 分析方法的初步研究作用下的最大反应， 并按照周期的大小顺序排列起来按照这种 方法可以对多条地震记录进行计算并且获 得相应的反应谱，对一定数量这样的谱进 行统计分析，给出有统计意义的设计反应 谱。
静力法和早期的反应谱法都是以惯性力的形式反映地震作用， 并按弹性方法来计算结构地震作用效应。
❖ 局限：
1. 当遭遇超过设计烈度的地震，结构进入弹塑性状态，此 种方法无法应用。
2. Biblioteka Baidu静力法向反应谱法过度的过程中，短周期结构的加速 度谱值比静力法中的地震系数大一倍以上，这就让以前 通过静力法设计的建筑物如何能够经受住强烈地震作用 无法得到解释。
4. 问题：对于结构性能状态的具体描述和计算，以及设计 标注目前尚不明确。
a
14
基于位移设计方法
用力作为单独的指标难以全面描述结构的非 弹性性能和破损状态，而用能量和损伤指标 又难以实际应用，因此目前基于性能设计方 法的研究主要用位移指标对结构的抗震性能 进行控制，称为DBD.
➢能力谱
a
15
a
16
a
17
注：
•能力谱方法用到依据“位移模式或分布力模 式采用推覆分析方法获得结构的基底剪力-顶 点位移关系”方法来确定能力曲线，该计算 方法假定结构弹性位移模式和弹塑性位移模 式一致，对此问题国际上尚有争论。
•按能力谱法确定的需求位移未考虑结构损伤 和滞回耗能的影响。
a
18
3. 动力反应分析方法要给出结构反应的全过程，包括变形 和能量损耗的积累；
4. 计算原则要考虑到多种使用状态和安全的概率保证。
5. 由于动力理论在输入、模型、方法和原则等四个方面，
都提出了更具体的要求，更明确的规定、更详细的计算，
从而可以得到更可靠的结构设计。
a
9
二
• 基于承载力设计方法
静力法和反应谱法
a
4
•反应谱分析
反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特 性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结 构动力特性(自振周期、振型和阻尼)所产生 的共振效应。地震时结构
所受到的最大水平基底剪力，即总水平地震 作用为：
a
5
• 理论的完善 1. 重视结构延性 2. 机振动理论的应用 3. 地条件的考虑
a
6
• 局限性
目前国内外主要桥梁抗震设计 方法
a
1
地震反应分析方法的发展
• 第一种划分
1. 静力分析 2. 反应谱 3. 动力分析
• 第二种划分
1. 基于承载力设计方法 2. 基于承载力和构造保证延性的设计方法 3. 基于损伤和能量的设计方法 4. 能力设计方法 5. 基于性能/位移设计方法
a
2
一
•静力分析 该理论认为：结构物所受到的地震作用，可以简化 为作用于结构的等效水平静力P，该等效水平静力的 大小与地震动的最大水平加速度有关。其大小等于 结构重力荷载W乘以地震系数k，即：
1. “强柱弱梁” 2. “强剪弱弯” 3. “强则强，弱则弱”
a
13
• 基于性能设计方法
1. 基本思想：使所设计的工程结构在使用期间满足各种预 定的性能目标，而具体性能要求可根据建筑和结构的重 要性来确定。
2. 可明确描述结构性能状态的物理量：力，位移（刚度）， 速度，加速度，能量和损伤。
3. 基于性能设计方法要求能够给出结构在不同强度地震作 用下，这些结构性能指标的反应值（需求值），以及结 构自身的能力值。