桥梁抗震与加固

震力作用；第三，基脚一般是在地面以下，地震后不易发
生破坏。但是基脚也是存在一定缺陷，如：弯曲强度、剪 切强度、柱内延伸和锚固及抗拉钢筋连接不合适等。
桥梁震害
小结
上述所介绍的桥梁几种破坏形式是相互影响的。不同
的地质条件和不同的抗震措施所造成破坏的程度和类型 往往是不同的。当发生强烈的地震时，往往是桥梁的整 体遭受地震作用。因此在桥梁的设计中尤其是不规则桥 梁和大跨度桥梁，必须从整体分析桥梁的抗震性能。
桥梁震害
3、墩柱破坏
桥梁震害
3、墩柱破坏
桥梁震害
3、墩柱破坏产生的原因
桥梁属于“头重脚轻”结构。墩柱一般是桥梁抗侧向力的 主要构件，因此墩柱的破坏是最普遍的。墩柱破坏的主要 表现形式有：弯曲强度不足、弯曲延性不足、纵筋搭接区
的抗弯能力以及剪切强度不足等。墩柱的破坏往往引起一
系列的连锁反应，如落梁、整个结构的倒塌等。
桥梁震害
4、盖梁破坏
桥梁震害
4、盖梁破坏产生的原因
盖梁的结构形式一般包括两种情况，一种为悬臂结构，另
一种为两端刚结于柱的深梁结构。由于盖梁相对来说较短， 其破坏形式主要表现为抗剪强度不足或锚固筋不能满足抗 拉要求，引起锚固端破坏。
桥梁震害
5、节点破坏
桥梁震害
5、节点破坏
桥梁震害
5、节点破坏产生的原因
地百度文库震 波
桥梁震害
桥梁震害主要形式
当20世纪80年代以来，国外发生过一系列大
地震，从这些震例中了解和分析桥梁结构的抗震
性能、震害特点及产生原因,得出结论，概括起来
有以下几点：
桥梁震害
1、落梁破坏
桥梁震害
1、落梁破坏
桥梁震害
1、落梁破坏产生原因
一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低 估横向地震作用和位移。
（3）动态时程分析法 特点：可以精确的考虑到地基和结构的相互作用， 地震时程相位差及不同地震时程多分量多点输入，结构的
各种复杂非线性因素以及分块阻尼等问题，此外动态时程
分析法可以使桥梁抗震设计从单一的强度保证转入强度、 变形（延性）的双重保证。
抗震设计与加固简介
★桥梁抗震主要内容： （1）场地、地基和基础的选择 选择桥址时，应选择坚硬场地。基岩、坚实的碎石类 地基、硬粘土地基是理想的桥址场地；设计时要注意基础 的整体性,以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。
（2）体系的整体性和规则性 桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。整 体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被振散掉落， 同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面 或立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度 均匀、对称、规整,避免突然变化。
抗震设计与加固简介
（3）提高结构与构件的强度和延性 桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因 此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小， 使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的 破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强 度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制 结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要 参数。由于地震动是周期反复作用的运动，还要注意周期 反复变形下结构和构件的刚度与强度的退化效应。
反应谱法基本原理
反应谱理论的发展
★加利福尼亚州经常遭受地震的困扰，加州对地震现象开 展专门的调查研究并在1930年之后，逐步认识到查明地震 动特性对的抗震设计的重要意义。 ★从1931年起，美国开始逐步进行强震观测台网的布置， 在1940年成功地收集了包括埃尔森特罗地震记录在内的大 量地震记录资料。
另外一种是由于地基土的作用造成大的地震位移，这种
桥梁震害主要发生在建在软土或者可能液化的地基土上的
桥梁上。
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。
0.3 1 2 3 4 5
T
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：
东南大学
2010年技术交流
桥梁抗震与加固的探讨
汇报人：谢群华
东南大学交通规划设计院
摘要
一.桥梁震害
汇报 主要 内容
二.反应谱法计算基本原理
三.抗震设计及加固简介
四.工程实例（钟秀路、濠东路跨线桥）
五.结论与展望
桥梁震害
当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积聚的变形能 突然释放，引起剧烈的振动，振动以弹性波的形式从震源 向各个方向传播并释放能量，这种波就是地震波。 P波（纵波） S波（横波） L波（面波）
抗震设计与加固简介
（4） 能力设计 能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件(延 性构件和能力保护构件———不适宜发生非弹性变形的构 件统称为能力保护构件)和不同破坏模式(延性破坏和脆性 破坏模式)之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差 异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的 破坏模式。在我国建筑抗震设计中，普遍采用“强柱弱梁, 强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想，这种思想即能力 设计原则的具体体现。。
★抗震设计的主要包括：
（1）正确选择能够有效抵抗地震作用的结构形式。 （2）合理分配结构的刚度、质量及阻尼等动力参数，最大限度利用 结构材料自身强度和韧性。 （3）正确估计地震可能对结构造成的损害，以便通过结构构造和其 他抗震措施，使损害控制在有限范围。
抗震设计与加固简介
★地震力的主要计算方法：
有关，改变式中的圆频率或阻尼比，将得到不同的反应时程曲线。
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。
反应谱法基本原理
2.25
Ⅰ：β Ⅱ：β Ⅲ：β Ⅳ：β =2.25(0.2/T) =2.25(0.3/T)0.9 =2.25(0.45/T)0.95 =2.25(0.7/T) 0.9
节点区域应力是比较复杂的。连接节点包括弯结点和T型
结点,在地震荷载和重力荷载的作用下处于复杂而又变化的
应力状态，再加上节点区域钢筋大量相交，造成混凝土施 工的困难,使节点区形成人为地震薄弱环节。常导致节点区 域混凝土的压碎和锚固筋的破坏。
桥梁震害
6、基脚破坏
桥梁震害
6、基脚破坏产生的原因
基脚破坏相对来讲是较少见的破坏形式，一般墩柱较 早发生了弯曲或剪切破坏，是基脚不会受到最大力的作用； 另外，基脚的摇摆作用，会保护基脚，使起免受过高的地
反应谱法基本原理
★ 1943年，比奥特提出了反应谱的概念，并给出世界上第一条 弹性反应谱曲线 ★ 1948年，豪斯纳提出基于加速度反应谱曲线的弹性反应谱； ★ 1956年，纽马克率先把该方法应用于墨西哥城拉丁美洲大厦的 抗震设计 ★ 1958年第一届世界地震工程会议之后，这以方法被许多国家所 接受，并逐渐被采纳到结构抗震设计规范中
抗震设计与加固简介
图6 抗剪刚度
图7 抗扭刚度
抗震设计与加固简介
（3）盖梁-柱接点区的加固
图9 外套层加固
抗震设计与加固简介
图10 更换节点
（4）上部结构的加固 通常来说，上部结构的失效和伸缩缝中支撑面纵桥向 长度不足，以及梁抗弯强度不足尤其是抗正弯不足以至不 能于柱中形成塑性铰有关。
抗震设计与加固简介
反应谱法基本原理
反应谱法原理
1、单质点反应谱
a)
m
b)
P(t)
m
激振力 地面运动
反应谱法基本原理
反应谱法基本原理
计算都得到相对位移y，相对速度 ，绝对加速度 的时间变化
规律，即反应时程曲线。由于地震加速度是不规则的函数，一般可采 用数值积分法求解。 由式可见，相对位移、相对速度、绝对加速度与圆频率和阻尼比
（1）静力法 特点：忽略结构动力特性，把加速度看成结构作用 的单一因素，具有很大的局限性，因此，只适用于刚度很 大的结构，如：桥台等。
（2）动力反应谱法 特点：考虑了地面运动和结构的动力特性，比静力 法有很大进步，但是只停留在结构在弹性范围内，一旦进 入塑性阶段就不能直接运用等。
抗震设计与加固简介
图11 拉杆限位加固
抗震设计与加固简介
图12 预应力加固
图13 减少地震作用加固
抗震设计与加固简介
（5）基础的加固
图14 稳定性加固
图15 抗弯刚度加固
抗震设计与加固简介
图16 抗剪刚度加固
工程实例（钟秀路、濠东路跨线桥）
1、地理位置
工程实例（钟秀路、濠东路跨线桥）
反应谱法基本原理
反应 谱法 用于 抗震 设计 基本 步骤
第一步：根据强震记录统计用于设计的地 震动反应谱。
第二步： 将结构振动方程进行振型分解， 将物理位移用振型广义坐标表示，而广义坐 标的最大值由第一步的设计反应谱求得。最 后，反应量的最大值可通过适当的方法将各 振型反应最大值组合起来得到。
反应谱法基本原理
小结
反应谱方法通过反应谱概念巧妙地降动力问题静力化
，概念简单、计算方便，得到各国的广泛适用；但是， 反应谱法也存在一定的缺陷。如：反应谱只是弹性范围 内的概念计算，当结构进入塑性阶段时即不能直接利用 ；也不能反应地震时效性；还存在振型组合问题等。
抗震设计与加固简介
1、桥梁抗震设计 ★总体桥梁抗震设计目标： “小震不坏,中震可修,大震不倒”！！！
抗震设计与加固简介
2、桥梁加固设计
★桥梁加固设计的原则： 在桥梁进行加固设计前要确定两件事：第一，通过分 析结果来判断失效或损伤的危险程度是否有加固设计的必 要；第二，确定加固程度。 ★桥梁构件的加固设计： （1）混凝土柱的加固 加固技术包括钢套管，利用预应力金属线产生的主动 约束及使用复合材料外套层如玻璃纤维、碳纤维或其他环 养树脂处理纤维及钢筋混凝土等。
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
3、反应谱组合方法
因为各个振型所引起的反应最大值不一定在同一时刻发生，因 此不能简单的直接求代数和，必须考虑不同振型最大反应的组合问 题。 目前主要还是采用经验组合方法组合，如： ★ （1）各分量反应最大值绝对值之和（SUM）。给出反应最大值 的上限估计值。 ★ （2）各分量反应最大值平方和的平方根（SRSS）。 ★ （3）各分量反应最大值中的最大者加上其他分量最大值之和乘 以一个小于1的系数α。
抗震设计与加固简介
（5）多道抗震设防 多道抗震设防，是指在一个抗震结构体系中，一部分 延性好的构件在地震作用下，首先达到屈服，充分发挥其 吸收和耗散地震能量的作用，即负担起第一道抗震防线的 作用,其他构件则在第一道抗震设防屈服后才依次屈服，从 而形成第二道、第三道或更多道抗震防线，这样的结构体 系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。应力图使桥梁 具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中， 一道防线破坏后尚有第二道防线可以支承结构，避免倒塌。 因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。
抗震设计与加固简介
图2 钢套管加固
图3 增加截面加固
抗震设计与加固简介
图4 复合材料套管加固
（2）盖梁的加固 盖梁在上部结构和柱子间起到力的传递作用。 盖梁加固主要有两种方式：第一，提高盖梁的强度使 之达到能维持柱子塑性铰的水平；第二，通过削减盖梁在 地震中产生的作用力。
抗震设计与加固简介
图5 抗弯刚度