橋梁抗震規(guī)范宣講ppt課件

1、橋梁抗震分析、驗算與延性構造措施,李建中,同濟大學,公路橋梁抗震設計細則宣講,1,延性構造細節(jié)設計,抗震分析,強度與變形驗算,汶川地震橋梁震害與抗震設計,2,1.1典型橋梁震害,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,落梁破壞,橋梁結構特點：采用板式橡膠支座，梁體直接擱置在支座上,廟子坪大橋,3,第5孔落梁,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,4,百華大橋,百華大橋位于岷江右岸，橋長495.55m，最大墩高30.87m。上部采用425（鋼筋砼連續(xù)梁）+525（鋼筋砼連續(xù)梁）+50（簡支T梁）+325（鋼筋砼連續(xù)梁）+520（鋼筋砼連續(xù)梁）+220（鋼筋砼連續(xù)梁）平面位于R=150的圓曲線（左偏）、L=19

2、2.601的直線以及R=66的圓曲（右偏）上。第5聯橋跨，即5-20米連續(xù)梁整體傾覆，完全破壞,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,5,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,6,阪神地震中西宮港大橋引橋落梁,Span collapse,1971 San Fernando earthquake.,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,1989 Loma Prieta Earthquake,7,墩柱破壞,汶川地震百華大橋墩柱破壞,Loma Prieta 震害,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,8,1995年日本阪神大地震Hanshin Expressway,洛馬-普雷塔大地震,1999年臺灣集集地震,1 橋梁地震橋

3、梁震害與抗震設計,9,日本阪神（1995）,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,10,基礎破壞,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,11,支座滑動、破壞及梁體位移,映秀岷江大橋,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,12,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,13,壽江大橋,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,14,其它橋梁,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,15,梁體間碰撞，擋塊破壞,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,16,1.2橋梁震害原因與啟示,支承連接部件失效,支承連 接部件 失效,固定支座：強度不足 活動支座：位移能力不足 橡膠支座：梁底與支座底滑動,墩、臺支承寬度不足、防落梁措施設計不合理（限位裝置）,落梁,

4、梁體較大位移,梁、墩 臺間較 大位移,伸縮縫、擋塊破壞（碰撞問題）,足夠搭接長度 合理設計防落梁措施和限位裝置,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,17,采用板式橡膠支座的橋梁，混凝土擋塊在地震中破壞，可以有 效減少下部結構所受地震力，但對于這種類型的橋梁抗震設計 的關鍵怎樣采用合理的梁體限位裝置、設置足夠的梁墩合理搭 接長度控制梁體位移在不發(fā)生落梁的范圍又不增加墩柱地震力。,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,18,在高烈度地震區(qū)盡可能采用整體性和規(guī)則性好的橋梁結構，結 構的布置要力求幾何尺寸、質量和剛度均勻、對稱、規(guī)則，避 免突然變化。從幾何線形上看，盡量選用直線橋梁。,選擇合理的連接形式，對橋梁

5、抗震性能十分重要，對于高橋墩 的橋梁，建議采用上部結構與下部結構有選擇性的剛性連接 （固接方式）；對于矮墩橋梁，上部結構和下部結構聯結建議 采用支座連接方式，并合理設置梁墩的搭接長度。,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,19,橋梁墩柱破壞,墩柱延性不足：橫向約束箍筋配置不足； （抗彎破壞） 構造缺陷：橫向約束箍筋間距過大，搭接失 效，縱筋過早切斷，錨固長度不足；箍筋端部 沒有彎鉤等,抗剪強度不足：橫向箍筋配置不足； （剪切破壞）,延性抗震設計,能力保護設計,1 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,20,基礎破壞,斷裂通過 基礎移位、沉降 避讓,土破壞：,沙土液化 防液化措施,樁身破壞：,能力保護設計,1

6、 橋梁地震橋梁震害與抗震設計,21,6 抗震分析,適用范圍： 常規(guī)橋梁,單跨跨徑不超過150m的混凝土梁；橋圬工或混凝土拱橋；墩高超過40m，墩身第一階振型有效質量低于60,6.1 一般規(guī)定,22,規(guī)則橋梁和非規(guī)則橋梁劃分,表6.1.4 橋梁抗震分析可采用的計算方法,6 抗震分析,23,表6.1.3 規(guī)則橋梁的定義,6 抗震分析,24,截面特性取值取值,地震作用下，橋臺臺身地震慣性力可按靜力法計算。,E1地震作用下，常規(guī)橋梁的所有構件抗彎剛度均按毛截面計算,E2地震作用下，延性構件的有效截面抗彎剛度應按下式計算，但其他構件抗彎剛度仍按毛截面計算,6 抗震分析,25,延性構件,能力保護構件,橋墩

7、,橫梁（蓋梁）、基礎、墩柱抗剪 、支座,梁墩相對位移,6.2 梁橋延性抗震設計,6 抗震分析,26,6 抗震分析,27,6.3 建模原則,模型建立,單元質量可采用集中質量代表；墩柱和梁體的單元劃分應反映結構的實際動力特性；,支座單元應反映支座的力學特性,混凝土結構的阻尼比可取為0.05；進行時程分析時，可采用瑞利阻尼,計算模型應考慮相鄰結構和邊界條件的影響,6 抗震分析,28,板式橡膠支座剪切剛度,活動盆式支座,梁柱單元的彈塑性單元,6 抗震分析,29,考慮樁-土共同作用邊界單元,邊界條件模擬,6 抗震分析,30,規(guī)則橋梁可按本細則第6.7節(jié)的要求選用簡化計算模型：單墩模型,地震輸入方向： 直

8、線橋，沿順橋向和橫橋向兩個水平方向地震輸入； 曲線橋，沿相鄰兩橋墩連線方向和垂直于連線水平方向進行多方向 地震輸入（用曲梁單元時，只需計算一聯兩端連線（割線）和垂直 割線方向的地震輸入），以確定最不利地震水平輸入方向。,6 抗震分析,31,6.4 反應譜法,m1,m2,m3,Fj1,Fj2,Fj3,6 抗震分析,32,SRSS方法組合,CQC方法組合,6 抗震分析,33,地震動三要素 振幅 頻譜： 振幅-頻率 關系曲線 持續(xù)時間,6.5 時程分析方法,6 抗震分析,34,時程分析的最終結果，當采用3組時程波計算時，應取3組計算結果的最大值；當采用7組時程波計算時，可取7組結果的平均值。 在E1

9、地震作用下，線性時程法的計算結果不應小于反應譜法計算結果的80%。,6 抗震分析,35,6.7規(guī)則橋梁計算（簡化為單墩模式),規(guī)則橋梁重力式橋墩順橋向和橫橋向的水平地震力,6 抗震分析,36,板式橡膠支座的規(guī)則橋梁,6 抗震分析,37,實體墩由墩身自重在墩身質點的水平地震力,柱式墩由墩身自重在板式橡膠支座頂面產生的水平地震力,6 抗震分析,38,在E2地震作用下，可按下式計算墩頂的順橋向和橫橋向水平位移：,F,6 抗震分析,39,6.8 能力保護構件計算,能力保護,墩柱抗剪,蓋梁,橋梁基礎,應根據可能出現塑性鉸處按實配鋼筋，并采用材料強度標準值和軸壓力計算出的彎矩承載能力,考慮超強系數來計算,

10、6 抗震分析,40,E2地震作用下，如橋梁墩柱未進入塑性，橋梁墩柱的剪力設計值、橋梁基礎和蓋梁的內力設計值可用E2地震作用的計算結果,6 抗震分析,41,42,7 強度與變形驗算,43,44,7.1 一般規(guī)定,地震,E1地震,E2地震,結構在彈性工作范圍，無損傷,損傷、彈塑性變形、足夠的塑性變形能力,墩抗剪、基礎、蓋梁、主拱圈 等不損傷,橋墩延性構件,能力保護,7 強度與變形驗算,45,D類橋梁、圬工拱橋、重力式橋墩和橋臺，可只進行E1地震作用下結構的強度驗算。,7 強度與變形驗算,7.2 D類橋梁、圬工拱橋、重力式橋墩和橋臺強度驗算,順橋向和橫橋向E1地震作用效應和永久作用效應組合后，應按現

11、行公路橋涵設計規(guī)范相關規(guī)定驗算,為了簡化計算，在進行D類橋梁、圬工拱橋、重力式橋墩等的支座抗震驗算時，雖然只進行E1地震作用下的地震反應分析，但采用一個支座調整系數來考慮E2地震作用效應，通過大量分析，建議取2.3。,46,7.3 B類、C類橋梁抗震強度驗算,強度驗算,E1地震,橋墩、橋臺強度,E2地震,矮墩,拱橋主拱圈、聯接系和橋面系,能力保護構件,墩柱塑性鉸區(qū)域抗剪,基礎、蓋梁等,7 強度與變形驗算,47,墩柱塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的斜截面抗剪強度驗算：,7 強度與變形驗算,48,7.4 B類、C類橋梁墩柱的變形驗算,E2地震作用下，一般情況應驗算潛在塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的塑性轉

12、動能力，但對于規(guī)則橋梁，驗算橋墩墩頂的位移，對于高寬比小于2.5的矮墩，驗算強度。,7 強度與變形驗算,49,E2地震作用下，橋墩潛在塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的塑性轉動 應滿足：,7 強度與變形驗算,50,等效屈服曲率、極限破壞狀態(tài)的曲率,7 強度與變形驗算,51,圓形截面和矩形截面截面屈服曲率和極限率簡化公式：,矩形截面屈服曲率：,圓形截面極限曲率,矩形截截面極限曲率,圓形截面屈服曲率：,7 強度與變形驗算,52,E2地震作用下，規(guī)則橋梁可按下式驗算橋墩墩頂的位移:,單柱墩容許位移,7 強度與變形驗算,53,雙柱墩、排架墩，橫橋向的容許位移可在蓋梁處施加水平力F，進行非線性靜力分析,7 強

13、度與變形驗算,54,7.5 B類、C類橋梁的支座驗算,橡膠支座,支座厚度驗算 變形,抗滑穩(wěn)定性驗算,盆式支座,活動盆式支座,固定盆式支座,7 強度與變形驗算,55,8 延性構造細節(jié)設計,圖9.1.5 高墩常用的空心截面類型,8.1 墩柱結構構造措施,56,墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內加密箍筋的配置,加密區(qū)的長度：彎曲方向截面寬度的1.0倍，超過最大彎矩80 的范圍,加密箍筋的最大間距,箍筋的直徑不應小于:10mm,螺旋式箍筋的接頭必須采用對接，矩形箍筋應有135彎勾，并伸入核心混凝土之內6以上；,加密區(qū)箍筋肢距: 25cm；,10cm或6 或b/4；,8 延性構造細節(jié)設計,57,塑性鉸區(qū)域內加密箍筋的最小體積含箍率 (7度、8度）,圓形截面,矩形截面,9度增加,墩柱潛在塑性鉸區(qū)域以外箍筋的體積配箍率不應小于塑性鉸區(qū)域加密箍筋體積配箍率的50%。,8 延性構造細節(jié)設計,58,、,空心截面墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內加密箍筋的配置，應符合下列要求： 應配置內外兩層環(huán)形箍筋，在內外兩層環(huán)形