橋梁結(jié)構(gòu)論文抗震性能論文

1、 橋梁結(jié)構(gòu)論文抗震性能論文：SAP2000橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)摘 要：介紹了SAP2000程序中的Pushover方法的基本原理和方法，闡述了利用SAP2000程序進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)Pushover分析的計(jì)算步驟，結(jié)合橋梁破損極限狀態(tài)的定量準(zhǔn)則進(jìn)行橋梁抗震性能評(píng)價(jià)，并給出了一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。結(jié)果表明，SAP2000程序可以較方便地實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的Pushover分析，并且可以對(duì)一般橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能做出合理的評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞：Pushover分析；橋梁；抗震性能；SAP20001 Pushover方法的基本理論1.1 基本原理SAP2000程序提供的Pushover分析方法，主要基于兩本手冊(cè)，一本是由美國應(yīng)用

2、技術(shù)委員會(huì)編制的混凝土建筑抗震評(píng)估和修復(fù)（ATC-40），另一本是由美國聯(lián)邦緊急管理廳出版的房屋抗震加固指南（FEMA273/274）。混凝土塑性鉸本構(gòu)關(guān)系和性能指標(biāo)來自于ATC-40，鋼結(jié)構(gòu)塑性鉸本構(gòu)關(guān)系和性能指標(biāo)來自于FEMA273/274，而Pushover方法的主干部分，即分析部分采用的是能力譜法，來自于ATC-40。其主要步驟如下：（1）用單調(diào)增加水平荷載作用下的靜力非線性分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)的基底剪力-頂點(diǎn)位移曲線；（2）建立能力譜曲線和需求譜曲線；（3）性能點(diǎn)的確定；（4）結(jié)果分析和性能評(píng)價(jià)。1.2 能力譜和需求譜的建立Pushover分析最終要形成結(jié)構(gòu)的能力譜曲線和需求譜曲線，并確定

3、兩曲線的交點(diǎn)，能力譜曲線由Pushover分析得到，需求譜曲線由反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換得到。能力譜由結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線轉(zhuǎn)換得來，見圖1，具體轉(zhuǎn)換過程如下：結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線上任一點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)為（Vt，r）；能力譜曲線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)為（Sai,S式中：rm-結(jié)構(gòu)的第m振型的振型參與系數(shù)；mi-結(jié)構(gòu)的第i層的質(zhì)量；im-結(jié)構(gòu)的第m振型在第i層的振幅；N-結(jié)構(gòu)的層數(shù)。需求譜曲線分為彈性和彈塑性兩種需求譜。對(duì)彈性需求譜，可以通過將典型（阻尼比為5%）加速度Sa反應(yīng)譜與位移Sd反應(yīng)譜畫在同一坐標(biāo)系上，根據(jù)彈性單自由度體系在地震作用下的運(yùn)動(dòng)方程可知Sa和Sd之間存在下面的關(guān)系：對(duì)彈塑性結(jié)構(gòu)的AD格式的需求譜的求法，

4、一般是在典型彈性需求譜的基礎(chǔ)上，通過考慮等效阻尼比e或延性比兩種方法得到折減的彈塑性需求譜。ATC-40采用的是考慮等效阻尼比e的方法。在圖2中，dp為等效單自由度體系的最大位移，ATC-40中等效阻尼比e由最大位移反應(yīng)的一個(gè)周期內(nèi)的滯回耗能來確定，按下式計(jì)算：式中：ED-結(jié)構(gòu)單周期運(yùn)動(dòng)阻尼所消耗的能量，即滯回環(huán)所圍成的平行四邊形的面積；Es-結(jié)構(gòu)最大應(yīng)變能，等于圖2所示陰影部分三角形面積。為確定e，需要首先假定ap、dp，有了e后，通過對(duì)彈性需求譜的折減即可得到彈塑性需求譜（見圖3）。將能力譜曲線和某一水準(zhǔn)地震的需求譜畫在同一坐標(biāo)系中（見圖3），兩曲線的交點(diǎn)稱為性能點(diǎn)，性能點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位移即為

5、等效單自由度體系在該地震作用下的譜位移。將譜位移按式（1）轉(zhuǎn)換為原結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移，根據(jù)該位移在原結(jié)構(gòu)Vi-i曲線的位置，即可確定結(jié)構(gòu)在該地震作用下的塑性鉸分布、桿端截面的曲率、總側(cè)移及層間側(cè)移等，綜合檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的抗震能力。程序中的地震反應(yīng)譜與我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）的地震反應(yīng)譜表達(dá)方式略有不同，需經(jīng)等效后換成程序中的系數(shù)。2 在SAP2000中實(shí)現(xiàn)Pushover分析的步驟（1）建立結(jié)構(gòu)的分析模型；（2）定義鉸屬性，選擇默認(rèn)的鉸屬性或者自定義鉸屬性，并將其指定給框架單元；（3）定義荷載工況：定義結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的所有靜力與動(dòng)力荷載工況；（4）運(yùn)行設(shè)計(jì)所需要的分析；（5）當(dāng)鉸

6、屬性是基于程序計(jì)算的默認(rèn)值時(shí)，必須進(jìn)行混凝土設(shè)計(jì)；（6）定義Pushover分析所需要的荷載工況；（7）運(yùn)行Pushover分析；（8）查閱Pushover分析結(jié)果。3 橋梁破損極限狀態(tài)劃分根據(jù)以往的橋梁震害的經(jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)為橋梁震害主要產(chǎn)生于其下部結(jié)構(gòu)，即使上部結(jié)構(gòu)有破壞，也往往是由下部結(jié)構(gòu)破壞或墩頂過大位移所致。因此，按照橋梁下部結(jié)構(gòu)的破壞程度的不同，橋梁破損極限狀態(tài)劃分為五級(jí)：(1)彈性完好極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，對(duì)應(yīng)延性系數(shù)<1。(2)輕微破損極限狀態(tài)：這個(gè)階段的位移延性系數(shù)取決于截面性質(zhì)、軸向荷載水平和結(jié)構(gòu)延性性能，但通常均值在2左右，對(duì)應(yīng)混凝土極限壓應(yīng)變：cu0.004

7、，鋼筋極限拉應(yīng)變：s0.015。(3)損傷控制極限狀態(tài)：該狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近達(dá)到或略超過最大承載力，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)位移延性系數(shù)38，在歐洲通常認(rèn)為該狀態(tài)的上限4，對(duì)應(yīng)混凝土極限壓應(yīng)變cu1.5（0.04+0.9psfy/300）；(Scott公式：fy為箍筋屈服強(qiáng)度，Ps為體積配筋率)。(4)嚴(yán)重破壞極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)混凝土極限壓應(yīng)變。大于按上式計(jì)算結(jié)果，多個(gè)截面驗(yàn)算表明，此時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面抗力已進(jìn)入下降段。(5)塌破壞極限狀態(tài)：倒塌破壞極限狀態(tài)評(píng)價(jià)需考慮以下幾個(gè)因素：框架已成為機(jī)構(gòu)體系，并且至少有一個(gè)塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到極限塑性轉(zhuǎn)角；縱筋拉斷，對(duì)I，11級(jí)鋼筋（s=0.10;3）P-效應(yīng)，當(dāng)柱承受的荷載能

8、力減少至低于恒載的水平，結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生倒塌；構(gòu)造措施。4 實(shí)例4.1 工程概況該曲線梁橋設(shè)計(jì)荷載為城B級(jí)，設(shè)計(jì)車速為30km/h，按基本烈度7度設(shè)防，重要性修正系數(shù)1.3，場(chǎng)地土為類?？鐝綖?1.4+31.4+31.4m，曲率半徑為60m，對(duì)應(yīng)的圓心角為90度，支座處橫梁厚2m，跨中處加一道0.5m厚的橫隔板，梁體為現(xiàn)澆箱梁，橫截面形式如圖4。曲梁平面及橋墩布置如圖5所示。橋面寬度L設(shè)為18m；兩端為門式框架墩（編號(hào)為，），中間為獨(dú)柱墩（編號(hào)為，），墩高H均在6m左右，統(tǒng)一取為6m；框架墩直徑D為1.5m，關(guān)于曲梁軸線對(duì)稱布置，中心間距為4m；獨(dú)柱墩直徑1.8m，布置在曲梁軸線上。主梁采用C50

9、混凝土，彈性模量3.45e10Pa,橋墩采用C40混凝土，彈性模量3.25e10Pa,鋼筋混凝土密度為2500kg/m3，剪切模量1.35e10Pa。該橋支座均為盆式橡膠支座，除號(hào)橋墩頂部設(shè)置了一個(gè)固定支座和橫向活動(dòng)支座外，其余各橋墩頂部均設(shè)置縱向活動(dòng)支座，支座的剪切剛度為5e6N/m。4.2 全橋抗震性能評(píng)價(jià)該橋在SAP2000中進(jìn)行建模，不考慮樁基礎(chǔ)和場(chǎng)地土的影響；結(jié)構(gòu)在墩底固結(jié)；全橋采用框架結(jié)構(gòu)，只考慮了縱向預(yù)應(yīng)力筋布置。其中三維坐標(biāo)X方向是順橋向，Y方向是橫橋向，Z方向是豎向。對(duì)該橋進(jìn)行推倒分析時(shí)，假定曲線梁兩端的弦線連接方向?yàn)轫槝蛳?，與之相垂直的方向?yàn)闄M向，選取順橋向和橫橋向兩個(gè)方向

10、進(jìn)行推倒分析。橋梁震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)：橋梁結(jié)構(gòu)遭遇強(qiáng)震時(shí)，主要是墩柱發(fā)生破壞。因此，在分析模型中主梁不考慮材料的非線性性能，僅在橋墩的上下端設(shè)定塑性鉸。在墩柱兩端添加PMM鉸，主梁不添加塑性鉸；并設(shè)定線性靜力分析工況DEAD,非線性靜力分析工況GRV及非線性分析工況PUSHOVER用作Pushover分析，其中GRV工況為PUSHOVER工況的初始條件；取號(hào)墩墩頂位移為檢測(cè)位移來控制Pushover分析過程。本文考慮了地震烈度為6度、7度、8度，9度的情況，Pushover分析得到的結(jié)構(gòu)的性能點(diǎn)見表1表2。不同地震烈度水平下的橋梁破損極限狀態(tài)見表3表4?？梢钥闯?，該橋具有足夠的抗震能力。5 結(jié)語本文介紹了運(yùn)用SAP2000程序進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)Pushover分析的基本原理，結(jié)合橋梁破損極限狀態(tài)的劃分，對(duì)一實(shí)際曲線梁橋進(jìn)了抗震性能評(píng)價(jià)。結(jié)果表明Pushover方法簡便易操作，可以對(duì)一般橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能做出合理的評(píng)價(jià)。當(dāng)然，該方法還存在進(jìn)一步需要研究的問題，比如塑性鉸特性的定義，側(cè)向荷載的加載模式等。參考文獻(xiàn)1Imbsen R A.Penzien J.Evaluation of Energy