橋梁抗震.doc

1 地球也有像脈搏那樣的連續(xù)不斷的震動(dòng)，叫做脈動(dòng)。2 地震按其成因可分為：火山地震 陷落地震 誘發(fā)地震 構(gòu)造地震。3 地震的震級(jí)是衡量地震大小的等級(jí)，用符號(hào)M表示。4 地震烈度是用來衡量地震破壞作用大小的一個(gè)指標(biāo)，它表示某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受某一次地震影響的強(qiáng)弱程度。5 基本烈度是指該地區(qū)今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，在一般場地條件下可能遭遇到得最大地震烈度。6 震級(jí)和震中烈度的關(guān)系是在環(huán)境條件基本相同的條件下，震級(jí)越大，震源深度越淺，則震中烈度越高。7 地震波是 當(dāng)震源巖石發(fā)生斷裂 錯(cuò)動(dòng)時(shí),巖石所積聚的變形能突然釋放，引起劇烈的震動(dòng)，震動(dòng)以彈性波的形式從震源向各個(gè)方向傳播并釋放能量。8 地震波分為 體波和面波 體波分為橫波和縱波 面波分為瑞利波和樂浦波。9 地震動(dòng) 也稱為地面運(yùn)動(dòng)，是指由震源釋放出來的地震波引起的地表附近土層的震動(dòng)。10 地震動(dòng)重要的影響因素主要是地震動(dòng)強(qiáng)度 頻譜特性和強(qiáng)震持續(xù)時(shí)間，簡稱地震動(dòng)三要素。11 地震分布 是 環(huán)太平洋地震帶 歐亞地震帶。12 地震災(zāi)害主要表現(xiàn)在 直接災(zāi)害和次生災(zāi)害。13 直接災(zāi)害是 由地震的直接作用，如地震波引起的強(qiáng)烈震動(dòng) 地震斷層的錯(cuò)動(dòng)等所造成的災(zāi)難14 直接災(zāi)害的主要表現(xiàn)在地表破壞 （地裂縫 滑動(dòng) 砂土液 軟土震陷）建筑物破壞 生命線工程破壞。15 次生災(zāi)難是 由地震引發(fā)的火災(zāi) 水災(zāi) 有毒物質(zhì)泄漏和疫病流行等災(zāi)難。16 橋梁震害的原因有 （1）所發(fā)生的地震強(qiáng)度超過了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，這是無法預(yù)料的。（2）橋梁場地對(duì)抗震不利，地震引起地基失效或地基變形。（3）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工錯(cuò)誤（4）橋梁結(jié)構(gòu)本身抗震能力不足17 橋梁震害分為地基失效引起的破壞和結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈震動(dòng)引起的破壞18 支座的震害的原因主要是支座設(shè)計(jì)沒有充分考慮抗震的要求，連接與支擋等構(gòu)造措施不足，以及某些支座形式和材料本身的缺陷。19 支座的破壞形式主要表現(xiàn)為支座移位 錨固螺栓拔出 剪斷 活動(dòng)支座脫落，以及支座本身構(gòu)造上的破壞等。20 橋墩的破壞形式主要有彎曲破壞和剪切破壞。21 彎曲破壞的原因主要是約束箍筋配置不足 縱向鋼筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性能力不足。22 抗震設(shè)計(jì)的啟示：（1）要重視橋梁結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)，選擇較理想的抗震結(jié)構(gòu)體系（2）要重視延性抗震，并且必須避免出現(xiàn)脆性破壞（3）要重視結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)造設(shè)計(jì)，避免出項(xiàng)構(gòu)造缺陷（4）要重視橋梁支承連接部位的抗震設(shè)計(jì)，同時(shí)開發(fā)有效的防止落梁裝置（5）對(duì)復(fù)雜橋梁，應(yīng)進(jìn)行空間動(dòng)力時(shí)程分析（6）要重視采用減隔震技術(shù)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力23 抗震設(shè)防的原則一般應(yīng)考慮的三方面因素（1）根據(jù)橋梁的重要性程度確定該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（2）地震破壞后，橋梁結(jié)構(gòu)功能喪失可能引起次生災(zāi)害的損失（3）建設(shè)單位所能承擔(dān)抗震防災(zāi)的最大經(jīng)濟(jì)能力24 地震超越概率是指一定場地在未來一定時(shí)間內(nèi)遭遇到大于或等于給定地震的概率，常以年超越概率或設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率表示25 地震安全性工作的主要內(nèi)容包括：地震烈度復(fù)核 設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的確定 地震小區(qū)劃 場區(qū)及周圍地震地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 場區(qū)地震災(zāi)害預(yù)測等26 橋梁結(jié)構(gòu)的自振周期和地震動(dòng)卓越周期越接近，它的振型接受到地震力的影響越大；而結(jié)構(gòu)的阻尼比越小，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)也越大。分析和認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的自振周期 振型和阻尼比這些動(dòng)力特性的重要意義就在于此。27 地震力計(jì)算方法主要有靜力法 動(dòng)力反應(yīng)譜法和動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法28 單自由度體系在給定的地震作用下某個(gè)最大反應(yīng)與體系自振周期的關(guān)系曲線29 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般要求：（1）選擇橋位時(shí)，應(yīng)盡量避開地震危險(xiǎn)地段，充分利用地震有利地段（2）避免或減輕在地震作用下因地基變形或地基失效造成的破壞（3）本著減輕震害和便于修復(fù)的原則，合理確定設(shè)計(jì)方案（4）提高結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強(qiáng)度和延性，避免脆性破壞（5）加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性（6）在設(shè)計(jì)中提出保證施工質(zhì)量的要求和措施30 橋梁工程抗震設(shè)計(jì)的具體任務(wù)（1）正確選擇能夠有效地抵抗地震作用的結(jié)構(gòu)形式（2）合理地分配結(jié)構(gòu)的剛度 質(zhì)量和阻力等動(dòng)力參數(shù)，以便最大限度地利用構(gòu)件和材料的承載和變形能力（3）正確估計(jì)地震可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞，以便通過結(jié)構(gòu)構(gòu)造和其它抗震措施，使損失控制在限定的范圍內(nèi)31 橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)一般都要包括五大部分，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)選定 抗震概念設(shè)計(jì) 地震反應(yīng)分析 抗震性能驗(yàn)算 抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)32 抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案 材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。33 從抗震的角度來看，理想的橋梁結(jié)構(gòu)體系布置應(yīng)是（1）從幾何線性上看：是直橋，而且各墩高度相差不大。（2）從結(jié)構(gòu)布局上看:上部結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，伸縮縫盡可能少：橋梁保持小跨徑：在多個(gè)橋墩上布置彈性支座：各個(gè)橋墩的強(qiáng)度和剛度在各個(gè)方向都相同：基礎(chǔ)是建造在堅(jiān)硬的場地上。34 橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析要解決三個(gè)關(guān)鍵問題：(1)確定合適的地震輸入（2）建立結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及振動(dòng)方程：一般采用有限元方法將結(jié)構(gòu)離散化，建立橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，然后確定各離散單元的力學(xué)特性，最終建立相應(yīng)的地震振動(dòng)方程：（3）選擇合適的方法求解地震振動(dòng)方程得到地反應(yīng)。35 地震動(dòng)加速度時(shí)程的選擇主要的三種方法 （1）直接利用強(qiáng)震記錄（2）采用人工地震加速度時(shí)程和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化地震加速度時(shí)程36 對(duì)于橋梁長度很大的橋梁，各支承點(diǎn)可能位于顯著不同的場地土上，由此導(dǎo)致各支承處輸入地震動(dòng)的不同，在地震反應(yīng)分析中就要考慮多支承不同激勵(lì)，簡稱多點(diǎn)激振。37 即使場地土情況變化不大，也可能因地震動(dòng)沿橋縱軸向先后到達(dá)的時(shí)間差，引起各支承處輸入地震時(shí)程的相位差，簡稱行波效應(yīng)。38 但在實(shí)際的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中，一般都采用集中質(zhì)量矩陣，即直接將整個(gè)單元的質(zhì)量人為地集中在單元節(jié)點(diǎn)上，這樣得到地質(zhì)量矩陣為對(duì)角矩陣。39 墩柱在地震作用下將會(huì)受到較大剪力和彎矩作用，一般由地震反應(yīng)控制設(shè)計(jì)。因此，墩柱，以及保持上下部連接可靠的支座等連接構(gòu)件，是橋梁抗震驗(yàn)算的主要部分。40 抗震的主要驗(yàn)算：在橋梁結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算中，不僅要驗(yàn)算墩柱的抗彎能力和抗剪強(qiáng)度，還要驗(yàn)算支座等連接構(gòu)件能否有效工作。41 橋梁結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)方面，墩與梁的連接構(gòu)造設(shè)計(jì)和墩柱的構(gòu)造設(shè)計(jì)42 在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中，世界各國普遍采用構(gòu)造措施防止落梁震害，包括兩個(gè)方面；（1）限制支承連接部位的支承面最小寬度（2）在相鄰梁之間安裝縱向約束裝置43 兩種典型的縱向約束裝置：拉桿式和擋塊式44 延性抗震理論不同于強(qiáng)度理論的是它是通過結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形來抵抗地震作用的45 材料 構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性定義為在初始強(qiáng)度沒有明顯退化情況下的非彈性變形能力46 最常用的延性指標(biāo)為：曲率延性系數(shù)和位移延性系數(shù)47 對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件，塑性鉸區(qū)截面的屈服曲率，一般指截面最外層受拉鋼筋初始屈服時(shí)的曲率或截面混凝土受壓區(qū)最外層纖維初次達(dá)到峰值應(yīng)變值時(shí)的曲率48 延性對(duì)橋梁抗震的意義：（1）從變形的角度看，地震造成結(jié)構(gòu)損壞的原因，在于它激起的變形超出了結(jié)構(gòu)的彈性極限變形；同樣，地震造成結(jié)構(gòu)倒塌的原因，在于它激起的反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)，超出了結(jié)構(gòu)的滯回延性。因此，如果通過設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)具有能夠適應(yīng)大地震激起的反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)的滯回延性，則結(jié)構(gòu)在遭遇設(shè)計(jì)預(yù)期的大地震時(shí)，盡管可能嚴(yán)重?fù)p壞，但結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的最低目標(biāo)免于倒塌破壞，卻始終能得到保證。這種思想即為延性抗震設(shè)計(jì)的基本思想。（2）從能量的觀點(diǎn)看，結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)的基本原理，是將結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件設(shè)計(jì)成具有較好的滯回延性，在預(yù)期的地震動(dòng)作用下，通過延性構(gòu)件發(fā)生的反復(fù)彈塑性變形循環(huán)耗散掉大量的地址輸入能量，從而保證結(jié)構(gòu)的抗震安全。49 能力設(shè)計(jì)方法的基本原理為：在結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件之間建立強(qiáng)度安全等級(jí)差異，以確保結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生脆性的破壞模式50 采用能力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)，一般分為以下三步進(jìn)行：（1）選定結(jié)構(gòu)中潛在塑性鉸區(qū)地位置，把塑性鉸區(qū)截面的抗彎強(qiáng)度盡可能設(shè)計(jì)得與需求的強(qiáng)度接近。（2）在含有塑性鉸的構(gòu)件中，諸如剪切破壞 錨固失效和失穩(wěn)等脆性破壞模式，依靠提供足夠的強(qiáng)度安全數(shù)加以避免；（3）對(duì)于脆性構(gòu)件或不希望出現(xiàn)塑性變形的構(gòu)件，確保其強(qiáng)度安全等級(jí)高于包含塑性鉸的構(gòu)件。51 所謂規(guī)則橋梁，是指實(shí)際結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)可以近似簡化為單自由度系統(tǒng)進(jìn)行分析的橋梁52 從大量震害和試驗(yàn)結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，立柱的實(shí)際抗彎承載能力要大于其設(shè)計(jì)承載能力，這種現(xiàn)象稱立柱抗彎超強(qiáng)現(xiàn)象53 能力保護(hù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)任務(wù)，就是要確保能力保護(hù)構(gòu)件具有比延性構(gòu)件適當(dāng)高一些的強(qiáng)度安全系數(shù)54 在箍筋約束混凝土橋墩中，橫向箍筋有三個(gè)重要的作用：（1）提供斜截面的抗剪能力（2）約束核芯混凝土，大大提高混凝土的極限壓應(yīng)變，從而大大提高塑性鉸區(qū)截面的轉(zhuǎn)動(dòng)能力（3）阻止縱向受壓鋼筋過早屈曲55 鋼筋混凝土墩柱的延性與以下因素有關(guān)：軸壓比 箍筋用量 箍筋形狀 混凝土強(qiáng)度 保護(hù)層厚度 縱向鋼筋 截面形式56 減震是利用特制減震構(gòu)件或裝置，使之在強(qiáng)震時(shí)率先進(jìn)入塑性區(qū)，產(chǎn)生大阻尼，大量消耗進(jìn)入結(jié)構(gòu)體系的能量。隔震則是利用隔震體系，設(shè)法阻止地震能量進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)。57 結(jié)構(gòu)對(duì)地震的反應(yīng)有亮哥基本規(guī)律：（1）地震動(dòng)的頻率成分非常復(fù)雜，但地震能量一般集中在一個(gè)頻率范圍內(nèi)（2）結(jié)構(gòu)的阻尼越大，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)越小，因?yàn)樽枘崾拐駝?dòng)系統(tǒng)能量耗散了58 減隔震技術(shù)的工作機(jī)理有三條（1）采用柔性支承延長結(jié)構(gòu)周期，減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)（2）采用阻尼器式能量耗散元件，限制結(jié)構(gòu)位移（3)保證結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有足夠的剛度59 橋梁減隔震系統(tǒng)應(yīng)包含柔性支承 阻尼裝置和構(gòu)造措施60 減隔震技術(shù)的適用條件（1）橋梁上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)形式，下部結(jié)構(gòu)剛度比較大，整個(gè)橋的基本周期比較短（2）橋梁下部結(jié)構(gòu)高度變化不規(guī)則，剛度大均勻，引入減隔震裝置可調(diào)節(jié)各橋墩剛度，因而可以避免剛度較大橋墩承擔(dān)很大慣性力的情況（3）場地條件較好，