同济大学桥梁抗震课件4
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桥梁工程抗震设计课件
5.5 桥梁抗震加固
• 桥梁加固技术主要可分为两大类，一种是传统的 针对缺陷构件通过加固提高其强度、变形能力的 加固技术；
• 另一种是减隔震技术，是通过整体降低地震对结 构构件的抗震需求使当前构件能够承担给定的地 震需求。
• 对于具体的桥梁加固，宜经过详细分析比较来决 定选取这两种方法的一种或二者结合的加固方法。
桥梁工程抗震设计
桥梁抗震加固参考以下规范 • 《公路桥梁加固设计规范》 • 《公路桥梁加固施工技术规范》
桥梁工程抗震设计
5.5.1 桥梁场地加固
• 危险的场地条件在地震作用下对任何桥梁结构都 会产生很大的力或相对位移。这样的场地条件包 括临近活动断层、不稳定的陡坡和可能液化的砂 土或淤泥砂土。
• 对于这些条件的加固技术措施是很少的，且很少 能够得到现场证实。
9 承台倾覆抗力的提高可通过扩大承台的平面尺寸、增加 抗拉桩（桩数）、直接锚固到地基或基岩等措施实现。
桥梁工程抗震设计
5.5.3 桥台加固
1 当桥台的破坏影响重要桥梁的使用功能时，宜考 虑对桥台进行加固。
• 桥台破坏很少导致桥梁结构倒塌的，除非是发生 液化破坏。桥台挡土的侧向移动可能影响桥梁的 使用功能，这对于特别重要的桥梁可能是不允许 的。
桥梁工程抗震设计
桥梁工程抗震设计
5.5.4 墩柱的加固
既有桥梁的钢筋混凝土桥墩、柱弯曲强度、延性变形能力 和剪切强度的抗震能力的加固可采用钢管外包加固方法、 复合材料加固方法、加大截面方法等一些加固技术进行。 • 钢管外包技术：最初是针对圆柱桥墩提出。采用两块半
圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接，钢管内径比桥墩直径 略大，空隙中灌注添加微膨胀剂的水泥沙浆，钢管的下 端与承台顶面有3-5cm 的间隙，防止桥墩在地震作用下 弯曲时因钢管的受压而增加截面的弯曲强度。 • 钢管提供有效的被动约束应力，这种力来自于混凝土受 压而引起的膨胀受到钢管环向强度和刚度的限制。
• 桥梁加固技术主要可分为两大类，一种是传统的 针对缺陷构件通过加固提高其强度、变形能力的 加固技术；
• 另一种是减隔震技术，是通过整体降低地震对结 构构件的抗震需求使当前构件能够承担给定的地 震需求。
• 对于具体的桥梁加固，宜经过详细分析比较来决 定选取这两种方法的一种或二者结合的加固方法。
桥梁工程抗震设计
桥梁抗震加固参考以下规范 • 《公路桥梁加固设计规范》 • 《公路桥梁加固施工技术规范》
桥梁工程抗震设计
5.5.1 桥梁场地加固
• 危险的场地条件在地震作用下对任何桥梁结构都 会产生很大的力或相对位移。这样的场地条件包 括临近活动断层、不稳定的陡坡和可能液化的砂 土或淤泥砂土。
• 对于这些条件的加固技术措施是很少的，且很少 能够得到现场证实。
9 承台倾覆抗力的提高可通过扩大承台的平面尺寸、增加 抗拉桩（桩数）、直接锚固到地基或基岩等措施实现。
桥梁工程抗震设计
5.5.3 桥台加固
1 当桥台的破坏影响重要桥梁的使用功能时，宜考 虑对桥台进行加固。
• 桥台破坏很少导致桥梁结构倒塌的，除非是发生 液化破坏。桥台挡土的侧向移动可能影响桥梁的 使用功能，这对于特别重要的桥梁可能是不允许 的。
桥梁工程抗震设计
桥梁工程抗震设计
5.5.4 墩柱的加固
既有桥梁的钢筋混凝土桥墩、柱弯曲强度、延性变形能力 和剪切强度的抗震能力的加固可采用钢管外包加固方法、 复合材料加固方法、加大截面方法等一些加固技术进行。 • 钢管外包技术：最初是针对圆柱桥墩提出。采用两块半
圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接，钢管内径比桥墩直径 略大，空隙中灌注添加微膨胀剂的水泥沙浆，钢管的下 端与承台顶面有3-5cm 的间隙，防止桥墩在地震作用下 弯曲时因钢管的受压而增加截面的弯曲强度。 • 钢管提供有效的被动约束应力，这种力来自于混凝土受 压而引起的膨胀受到钢管环向强度和刚度的限制。
桥梁振动与抗震研究热点 ppt课件
0.1
1
5
周期 （秒）
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
弹塑性动力反应分析
背 景： 规范的变更、性能设计、市场竞争
政府导向： 今后，不掌握弹塑性动力反应计算 技术的咨询公司将面临生存危机
涉及范围： 钢筋混凝土结构 混凝土充填钢结构 土的液化、侧方流动 土与基础（包括地下结构）的相互作用
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
1999年土尔其、台湾地震
■西部地区特殊地形和地质条件下的桥梁抗震问题 ■中小地震引起的结构损伤积累
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
本讲座的内容提要
■典型桥梁震害 ■桥梁设计方法与规范 ■弹塑性动力反应分析 ■最新实验设备与技术 ■桥梁加固技术 ■新西兰模式 ■亚太地区其他国家的地震研究
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
日本运输省港湾技研水中振动台
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
日本建设省土木研究所混合振动台
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
日本大林组技研离心机振动台
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
桥梁抗震新规范的主要特点：
设计地震力提高
明确安全性能要求
强调结构的整体抗震性能
积极采用弹塑性反应方法 （包括静力法和动力法）
向性能设计过渡 提高透明度、明确责任
制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
加速度反应谱（G）
3 2
1
1类场地（硬） 2类场地（中） 3类场地（软） 0.1
RC桥墩的弯剪破坏 制作人：同济大学桥梁工程系 孙利民
桥梁抗震课件
地震灾害对人类社会和经济造成巨大的损失。除了人员伤亡 外，地震还会破坏基础设施、造成交通中断、通讯不畅等， 影响人们的生产和生活。
地震对桥梁的影响
桥梁在地震中的反应
桥梁在地震中会受到不同程度的震动和位移，如果桥梁设计不合理或抗震能力不足，就可能发生损坏或倒塌。
桥梁抗震设计
为了减轻地震对桥梁的影响，需要进行抗震设计。抗震设计需要考虑桥梁的结构形式、材料、基础等因素，采取 有效的抗震措施，如加强桥梁的支撑结构、设置减震装置等。同时，还需要进行抗震性能评估和抗震加固等工作 。
以提高桥梁的整体抗震性能。
新型抗震材料的应用
高性能混凝土
采用高强度、高韧性、高耐久性的混凝土材料， 提高桥梁的承载能力和延性。
复合材料
利用纤维增强复合材料（FRP）的轻质、高强和抗 疲劳性能，对桥梁进行加固和修复。
阻尼器
利用阻尼器的能量吸收和耗散能力，降低地震对 桥梁的冲击。
新型抗震结构的优势与挑战
பைடு நூலகம்地震的分类
根据不同的分类标准，地震可以分为不同的类型。如根据震源深度，地震可分 为浅源地震、中源地震和深源地震；根据成因，地震可分为构造地震、火山地 震、塌陷地震和人工地震等。
地震波的传播
地震波的传播方式
地震波主要通过三种方式传播： 横波、纵波和面波。横波和纵波 是地球内部传播的体波，面波则 是在地表传播的波。
抗震设计的优化策略
加强关键部位
对桥梁的关键部位如桥墩 、支座等采取加强措施， 提高其抗震能力。
设置减震装置
在桥梁结构中设置减震支 座、阻尼器等减震装置， 减小地震对桥梁的冲击。
优化施工方法
采用合理的施工方法和技 术，确保桥梁结构的整体 性和稳定性，提高其抗震 性能。
地震对桥梁的影响
桥梁在地震中的反应
桥梁在地震中会受到不同程度的震动和位移，如果桥梁设计不合理或抗震能力不足，就可能发生损坏或倒塌。
桥梁抗震设计
为了减轻地震对桥梁的影响，需要进行抗震设计。抗震设计需要考虑桥梁的结构形式、材料、基础等因素，采取 有效的抗震措施，如加强桥梁的支撑结构、设置减震装置等。同时，还需要进行抗震性能评估和抗震加固等工作 。
以提高桥梁的整体抗震性能。
新型抗震材料的应用
高性能混凝土
采用高强度、高韧性、高耐久性的混凝土材料， 提高桥梁的承载能力和延性。
复合材料
利用纤维增强复合材料（FRP）的轻质、高强和抗 疲劳性能，对桥梁进行加固和修复。
阻尼器
利用阻尼器的能量吸收和耗散能力，降低地震对 桥梁的冲击。
新型抗震结构的优势与挑战
பைடு நூலகம்地震的分类
根据不同的分类标准，地震可以分为不同的类型。如根据震源深度，地震可分 为浅源地震、中源地震和深源地震；根据成因，地震可分为构造地震、火山地 震、塌陷地震和人工地震等。
地震波的传播
地震波的传播方式
地震波主要通过三种方式传播： 横波、纵波和面波。横波和纵波 是地球内部传播的体波，面波则 是在地表传播的波。
抗震设计的优化策略
加强关键部位
对桥梁的关键部位如桥墩 、支座等采取加强措施， 提高其抗震能力。
设置减震装置
在桥梁结构中设置减震支 座、阻尼器等减震装置， 减小地震对桥梁的冲击。
优化施工方法
采用合理的施工方法和技 术，确保桥梁结构的整体 性和稳定性，提高其抗震 性能。
桥梁抗震ppt课件
3. 计算等效单自由度{系Fe统rr}的等c c效orr 刚度和等效粘滞阻尼比；
4. 利用反应谱方法计算结构特征力效应和特征位移效应－需求分析；
5. 进行需求/能力比计算，评估结构的抗震性能。
精品课件
32
单振型反应谱法
反应谱的概念
根据D’Alembert原理，单自由度振子的振动方程可以表示为：
上述振动方程的m 解(可g 以y 用) 杜cy 哈美k（ y0 Duhay m e2 l）积y 分公2y式 来g 表示：
抗震设防标准制定原则
桥梁工程的抗震设防标准，即为如何确定“地震荷载”的 标准。荷载定得越大，即抗震设防标准要求越高，桥梁在 使用寿命期间为抗震设防需要投入的费用也越大。然而， 桥梁在使用寿命期间遭遇抗震设防标准所期望的地震总是 少数。这就是决策的矛盾点：一方面要求保证桥梁抗震安 全，另一方面又要适度投入抗震设防的费用，使投入费用 取得最好的效益 。
精品课件
33
单振型反应谱法
反应谱的概念
由于地震加速度是不规则的函数，上述积分公式难以直接求积， 一般要通过数值积分的办法来求得反应的时程曲线。对不同周期和阻 尼比的单自由度体系，在选定的地震加速度输入下，可以获得一系列
的相对位移y、相对速度 y 和绝对加速度 y 的反应时程曲线，并可从
中找到它们的最大值。以不同单自由度体系的周期Ti为横坐标，以不 同阻尼比C为参数．就能绘出最大相对位移、最大相对速度和最大绝对 加速度的谱曲线，分别称为相对位移反应谱、拟相对速度反应谱和拟 加速度反应谱(分别可简称为位移反应谱、速度反应谐和加速度反应谱)， 并用符号记为SD、PSV和PSA，这三条反应谱曲线合起来简称为反应谱。
称为动力放大系数，其值可以直接由标准化反应谱曲线确定。上
4. 利用反应谱方法计算结构特征力效应和特征位移效应－需求分析；
5. 进行需求/能力比计算，评估结构的抗震性能。
精品课件
32
单振型反应谱法
反应谱的概念
根据D’Alembert原理，单自由度振子的振动方程可以表示为：
上述振动方程的m 解(可g 以y 用) 杜cy 哈美k（ y0 Duhay m e2 l）积y 分公2y式 来g 表示：
抗震设防标准制定原则
桥梁工程的抗震设防标准，即为如何确定“地震荷载”的 标准。荷载定得越大，即抗震设防标准要求越高，桥梁在 使用寿命期间为抗震设防需要投入的费用也越大。然而， 桥梁在使用寿命期间遭遇抗震设防标准所期望的地震总是 少数。这就是决策的矛盾点：一方面要求保证桥梁抗震安 全，另一方面又要适度投入抗震设防的费用，使投入费用 取得最好的效益 。
精品课件
33
单振型反应谱法
反应谱的概念
由于地震加速度是不规则的函数，上述积分公式难以直接求积， 一般要通过数值积分的办法来求得反应的时程曲线。对不同周期和阻 尼比的单自由度体系，在选定的地震加速度输入下，可以获得一系列
的相对位移y、相对速度 y 和绝对加速度 y 的反应时程曲线，并可从
中找到它们的最大值。以不同单自由度体系的周期Ti为横坐标，以不 同阻尼比C为参数．就能绘出最大相对位移、最大相对速度和最大绝对 加速度的谱曲线，分别称为相对位移反应谱、拟相对速度反应谱和拟 加速度反应谱(分别可简称为位移反应谱、速度反应谐和加速度反应谱)， 并用符号记为SD、PSV和PSA，这三条反应谱曲线合起来简称为反应谱。
称为动力放大系数，其值可以直接由标准化反应谱曲线确定。上
桥梁结构抗震设计PPT120页
图中的横坐标为结构自振周期T（以秒为单位）
根据设计反应谱计算的单质点地震作用为：
FE CiCzkhG CiCz1G(5 3)
kh | xg |max / g
G mg
| xg x* |max / | xg |max (5 4)
1 kh
式中，水平地震系数Kh和动力放大系数β的乘积即为 水平地震作用影响系数α1 （无量纲）；
i 1
i 1
第i个质点的地震作用Fi为
Fi CiCzkH 11Gi Hi / H (5 10)
5.2
桥桥梁梁按按反反应应谱谱理理论论的的计计算算方方法法
四. 桥梁构件截面抗震验算--按反应谱方法
1、抗震荷载效应组合下截面验算设计表示式：
Sd b Rd
Sd Sd g Gk ; q Qdk ;
H≤12米时 整个结构采用 1 H＞12米时 随结构高度而变，底面
1，墩台顶面及顶面以上 2 ;中间任一点处的 I 1 Hi / H0
式中H对于桥墩为墩顶面至基底（即基础底面）的高 度（以米计），对于桥台则自桥台道碴槽顶面至基底 的高度。
Hi为验算截面以上任一质量的重心至墩台底（即基础 底面）的高度（以米计）。
桥梁按反应谱理论的计算方法
表5—2 综合影响系数Cz
桥梁和墩、台类型
桥墩计算高度H (米)
H 10≤H< 20≤H<
<10 20
30
柔性 柱式桥墩、排架桩墩、薄 墩 壁桥墩
梁
实体 墩
天然基础和沉井基础上实 体桥墩
桥
多排桩基础上的桥墩
0．3 0
0．2 0
0．2 5
0．33 0．25 0．30
0．35 0．30 0．35
桥梁抗震-全书回顾课件
(a) 喇叭型墩
(b) 柱式墩
图2.29 1994年美国北岭地震Mission-Gothic桥的墩柱剪切破坏
图2.30 1999年台湾集集地震中实体矮墩的剪切破坏
（3) 墩柱的基脚破坏
非常少见，一旦出现后果严重
图2.31 1971年美国的圣费南多地 震中墩柱基脚破坏：22根螺纹钢 筋从桩基础中拔出，导致桥墩倒 塌。由于墩底主钢筋的构造处理 不当，造成主钢筋的锚固失败。
3.2 框架墩的震害
框架墩的震害比较常见。 框架墩的震害主要表现为： 盖梁破坏：剪切破坏，弯曲破坏，钢筋锚固长度不够引起破坏 墩柱破坏 节点破坏：剪切破坏
图2.32 1989年美国洛马·普里埃塔地震中Cypress高架桥 800m上层框架塌落：梁柱结点配筋不足，竖直柱体配 筋连续性和横向箍筋不足。盖梁钢筋的锚固长度不够。
1.3 《中国地震动参数区划图》
• 中国地震动峰值加速度区划图（设防水准：50年超越概率10% ） • 中国地震动反应谱特征周期区划图
1.4 重大建设工程的设防要求
《防震减灾法》规定：“重大建设工程和可能发生严重次生灾害 的建设工程，必须进行地震安全性评价，并根据地震安全性评价 的结果，确定抗震设防要求，进行抗震设防”
一、地震的基本知识
1. 工程抗震设防的对象
浅源（深度 <60km ） 构造地震
与地质构造密切相关， 往往发生在地应力比较 集中、构造比较脆弱的 地段，即原有断层的端 点或转折处、不同断层 的交汇处。
《规范》规定：
选择桥位时，应尽量避开抗震危险地段，充分利用抗震有利地段 （发震断层及其邻近地段，地震时可能发生大规模滑坡、崩塌等的不良地质地段）
• 基础破坏：桩基自身设计强度的不足或构造处理不当
桥梁抗震课件-PPT精品文档
日本帝国饭店
1968年帝国饭店被推到了，原因是 地基太浅而且设立在松散潮湿的土 壤里。莱特先生的设计本意是让建 筑物在泥土里滑行就像船只在海水 里漂浮一样，从而达到抗震的目的 。他的原理科学无误而开始被人采 用。1981年日本使用新的建筑细则 ，在建筑物的地基加上一个抗冲击 垫，当地基随地面移动时，建筑物 本身还可以保持平衡。看图:
赖特的构思
• 基地上表土24m厚度以下是18～21m的软土，这层土壤 似乎是上天的恩赐--它是减弱冲击波的最佳减震器。 • 那么为什么不将房屋浮在它上面呢?为什么不采取象军舰 浮在海面上那样，以软而薄的非常轻的结构来取代以尽可 能增加重量的办法所取得的刚度呢?而且为什么不把房屋 造成象双手相合手心向内手指交叉那样来顺应运动呢，以 便当变形消失后，就可恢复到其原先的位置呢?这是一种 在任何方向都可自由屈伸和反屈伸的弹性体结构。为付么 要与地震去硬拼?为什么不顺着它而以智取胜呢? • 这就是我如何抱着这些想法开始设计这座大厦的。
结构动力方程
• 结构动力方程可以写成：
• 式中，M、K、于地震作 用，，是地面运动加速度时 程；、，分别是结构的位移、 速度和加速度列阵。当结构处 于弹性振动状态，恢复力项Ku 为弹性；而当结构振动进入弹 塑性阶段，则恢复力项Ku也呈 非线性。为设置阻尼器附加阻 尼装置带来的阻尼力列阵；只 要处理正确，它总是会使运动 减小
• 此在地震荷载下，通过变形吸收一定的地 震能量，地震荷载消失后能恢复原状，因 此有极强的抗震性能。现存的比应县木塔 还早的唐代建筑五台山佛光寺大殿历经多 次大地震依然完好无损，傲然屹立至今
• 应县木塔的许多抗震构造其原理与现代建筑抗震理念相通或相同： • 抗震研究证明建筑物的平面形状越规整简单越抗震，应县木塔平面 呈八角形，达到了这个要求。 • 应县木塔底层有一圈外柱廊，每层柱子逐层内移，体形下大上小， 利于稳定，利于抗震。 • 应县木塔每层屋檐和平座下有密集的木作斗拱，皆是榫卯连接，能 起到柔性“减震器”的作用。 • 在木塔的每一暗层中，梁、柱、枋、斗拱、斜撑被牢固的连接成一 个网架圈，起到现代建筑中圈梁的作用。（抗震能力不强的砖石结构 建筑进行抗震加固时，在外墙部位加钢筋混凝土柱和圈梁，是抗震加 固通行作法，能大大提高抗震能力。） • 木塔底层有一周很厚的墙，把柱子包裹住,起到现代建筑中剪力墙的 作用,提高抗震能力。
隔震减震与结构控制初步同济大学土木工程学院建筑工程系PPT学习教案
8.2隔震原理与方法
8.2.2 隔震分析模型
隔震装 置
有效降 级
隔震层以上结 构的水平地震 作用
采用水平向减震系数的概念反映这一 特点
层间剪力最大比值与水平向减震系数的对应关系
层间剪力最大比值 0.53 0.35
0.26
0.18
水平向减震系数
0.75 0.50
0.38
0.25
水平向减震系数不宜低于0.25，且隔震结构的总水平地震 作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水平地震作用
时的吸能能力
集隔震器与阻尼器于一身，因而可以 独立使 用
第23页/共59页
8.2隔震原理与方法
橡胶支座隔震：
水平刚度是竖向刚度的1%左右 具有显著的非线性变形特征
小变形，刚度 大，抗风有利
力
kp ke uy
位移
大变形，橡胶剪切刚度 下降，结构频率降低， 结构反应减少
第24页/共59页
橡胶剪应变超过50% 以后，刚度又逐渐有 所回升，起到安全阀 的作用，有利于防止
单质点模型
8.2隔震原理与方法
8.2.2 隔震分析模型—多质点模型
隔震层
化简
水平刚度为k
水平动刚度计算式为 : 隔震支座数量
N
Kh Ki i 1
第i 个隔震支 座的水平动刚 度
阻尼系数为c
等效粘滞阻尼比计算式
结构层
。
eq
i 1
Kh
第16页/共59页
滚珠隔震装置
第27页/共59页
已用于墨西哥城内一座五层钢筋 混凝土框架结构的学校建筑中， 安放在房屋底层柱脚和地下室柱 顶之间。为保证不在风载下产生 过大的水平位移，在地下室采用 了交叉钢拉杆风稳定装置
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第四课
桥梁抗震概念设计
1） “抗震概念设计”的定义
2) 结构总体布置 3) 抗震结构体系 4) 普通梁式桥的抗震概念设计 5) 大跨度桥梁的抗震概念设计实例
一、“抗震概念设计”的定义
地震作用具有很强的随机性，桥梁结构的地震破坏机理十分复杂。
结构体系选择
“概念设计”
延性类型选择
塑性耗能机制选择
结构抗震设计
汶川地震中支座滑动
映秀闽江桥
(a) Upstream at Yingxiu side
（b） Downstream at Yingxiu side
deck moved about 2.0m toward downstream
At Wenchuan end, the deck moved 0.8m toward upstream.
恢复桥梁的通行能力。
需同业主协 塑性变形发生于不容易检测和修复的位置，但是仍能有效进行耗 商使用 不建议在新 能，并保证桥梁震后有限的通行能力。 破坏会直接影响到桥梁震后的服务性
桥上使用
墩柱抗震单元：容许使用单元
喇叭式墩顶分离缝
墩顶塑性铰
墩底铰接 桩头铰接 墩底塑性铰
墩柱抗震单元
桩基础抗震单元：需同业主协商使用
表3 位移 梁端(cm) 塔顶(cm) 左 右 左 右
四种结构体系的位移反应比较 不对称约束 0.03 0.06 0.07 0.10 半飘浮体系 1.0 1.0 1.0 1.0 固定铰支承 0.03 0.03 0.06 0.06 弹性约束 0.15 0.15 0.19 0.19
注： 表中各数值为各体系的反应与半飘浮体系的反应之比值；
4、柱墩的截面比选
圆形截面：
主筋环形布置，配螺旋或 环形箍筋，抗震能力与方 向无关
矩形截面：
箍筋约束效率较低，较大 截面可配置螺旋箍筋
墙式截面：
长边增加勾筋提高约束效 率
实心截面
空心截面：
常用于大跨度桥梁，减 小墩身地震惯性力
圆形： 内箍筋环不利，要求增 加足够的径向约束箍筋
矩形：
多环相连
空心截面
增大桥墩的弯矩
增大主梁的弯矩
节点配筋需要特殊设计
温度变化、收缩徐变会产生二次力 主梁弯矩
墩梁间设支座：
国内广泛采用 （固定支座＋活动支座） 不传递上部结构弯矩
抗震设计有较大空间：通过合理设置支 座调整各桥墩间的地震力分布；可以进 行减隔震设计
位移问题
对支座性能的依赖性大
隔震？
落梁？
桥台桩基础 的塑性铰
墙式墩桩 基础的塑 性铰
桩柱式基础的 塑性铰
斜桩塑性铰
有限 延性
群桩基础的摆动
桩基础抗震单元
桥台抗震单元：容许使用单元
桥台是否作为ERS的一部分
背墙是否作为牺牲构件
桥台抗震单元
《城市桥梁抗震设计规范》
设计流程中要求进行抗震体系确认！ 3.4.1 桥梁结构抗震体系应满足以下要求：
“数值设计”
塑性铰应设在墩 柱上，并易于检 查和修复
强梁弱柱
抗震概念设计:
根据地震灾害和工程经验等获得的基本原则和设计思想，正确解
决总体方案、材料使用和细部构造，达到合理抗震设计的目的。
二、结构总体布置
Simplicity, Symmetry, Integrity
Clear, designable load path
制约条件：
桥梁使用功能、周围建设条件、地质条件、其它荷载下性能要求等：
城市高架桥、立交桥、跨河流和山谷桥梁 桥上交通功能、桥下行车或通航要求、桥梁接线要求决定道路线形
桥墩高 度调整
不稳定斜坡 上的防护空 心沉箱
可液化场地的 桥梁抗震考虑：
采用简支体系
整体式结构体系
三、抗震结构体系
《The AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design》 抗震设计策略：
以限制主梁地震位移为目标，同时兼顾主塔的地震内力
类型Ⅱ：
耗能部位为支座等耗能装置，上部结构、桥墩和基础基本弹性
横桥向 顺桥向 (a) 连续梁、简支梁单柱墩
横桥向 顺桥向 (b) 连续梁、简支梁双柱墩
桥台不宜作为抵抗梁体地震惯性力的构件
四、普通梁式桥的抗震概念设计
《城市桥梁抗震设计规范》
1、梁式桥（多联桥）相邻联的基本周期比宜满足下式：
Ti 0.7 Tj
采用能力设计方法，使潜在塑性 铰位置在墩底 铰接？
五、大跨度桥梁的抗震概念设计实例
100
100
8
11×12
300 22×16
8 8
306.000
33×16
2088 1088 16
33×16
8 8
300 22×16
100
100 11×12
8
Nantong
891
5.290 设计水位 主航道 -109.000 -123.000
塔梁弹性约束体系：
双塔与主梁间采用纵向弹性约束，刚度取1.0×105 kN/m
地震输入：
《公路工程抗震设计规范》四类场地规范谱。结构重要性系 数1.7，水平地震加速度峰值取0.1，竖向取为水平的0.5倍。
2.5 2.0
放放放放
1.5 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 8 10 12
放放(s)
3）弹性约束装置：
仅提供刚度，对所有荷载均起作用
参数选择要同时考虑各种荷载的性能
4）阻尼器+额定行程限位的组合装置：
额定行程内：对慢速位移不约束，对快速位移阻尼器提供阻尼耗能。
额定行程：保证地震时阻尼器有足够的行程正常工作；
尽可能小，以限制风荷载下结构的反应，及伸缩缝位移量。 阻尼器参数的选择由结构的抗震性能决定，
0.345
三种塔型方案对纵向地震反应影响很小，对横向反应影响很大。 钻石型塔的塔底弯矩和塔顶位移特别大，对抗震不利。
2、斜拉桥的塔梁纵向连接方式
工可阶段：连接方式选择 (反应谱分析) 比较了四种结构体系：
塔梁不对称约束体系：
左塔处设固定铰支座，右塔处设滑动铰支座
半飘浮体系： 双塔与主梁均设纵向滑动铰支座 塔梁固定铰支承体系： 双塔与主梁均设固定铰支座
5、桥墩与基础的连接方式 铰接：
墩梁固结时可选用 基础受力较小，桩基础各 桩受力均匀
刚结：
基础受力较大，桩基础各 桩轴力较大，边桩往往会 受拉
Hale Waihona Puke 6、基础的选型刚性扩大基础：
适用于坚硬场地
摆动扩大基础：
适用于坚硬场地，牺牲位移保护 桥墩
整体式桩柱：
采用能力设计方法，使潜在塑性 铰位置在地面上
群桩基础（打入桩、钻孔桩）：
Balanced stiffness, mass and strength
Adequate connectivity
Simplicity and Symmetry
Symmetry
Integrity
汶川地震中百花大桥
R=66m
理想结构布置：
等跨等墩高的小跨径直桥 桥面连续 桥墩的强度和刚度在各方向相同 坚硬场地
2、梁与桥台的连接方式
整体刚结：
一般用于单双 跨小桥，常假 定所有地震力 由桥台承受
支座连接：
可进行减隔震 设计
3、桥墩的选型
单柱墩：
受力性能简单，但弯矩和 位移较大
多柱墩：
减小弯矩和位移，增加超 静定，墩底可铰接，但受 力复杂（墩和盖梁），轴 力较大
横梁连接多柱墩：
适用于高墩，可减小位移 和弯矩，采用支座支承
桥梁保持整体性
容许使用的ERS
滑动支座 墩顶墩底塑性铰
隔震支座
墩梁固结体系
隔震支座承担全部位移
连续梁体系
足够的支承长度 墩底塑性铰
简支梁体系
采用I型抗震设计体系的抗震单元
抗震单元分类
抗震单元 特征 桥梁损伤控制在最小范围，且所有重大塑性变形都应是延性的且
容许使用
位于易于检测和修复的位置，可保障桥梁震后的修复工作以迅速
梁端位移为 207cm，塔顶位移为 222cm。
表4 内力 P(kN) 左塔 V(kN) M(kN.m) P(kN) 右塔 V(kN) M(kN.m)
四种结构体系的塔底内力反应比较 不对称约束 1.02 3.60 1.61 1.03 0.94 0.53 半飘浮体系 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 固定铰支承 1.02 3.00 1.25 1.02 3.00 1.25 弹性约束 1.05 1.60 0.78 1.05 1.60 0.78
1 有可靠和稳定传递地震作用到地基的途径；
2 有效的位移约束，能可靠地控制结构地震位移 3 有明确、可靠、合理的地震能量耗散部位；
4 应避免因部分构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力 或对重力荷载的承载能力
采用A类抗震设计方法的桥梁，可采用的抗震体系：
类型Ⅰ：
塑性耗能部位位于桥墩，上部结构、支承连接以及基础弹性
1 顺桥向，宜在各墩顶设置橡胶支座，来调整等效刚度；
其它支座布置方式？（如纵向设几个固定墩？）
2 改变墩柱尺寸或纵向配筋率。
3×40m
53.5+6×100+53.5m
4×40m
4×40m
90m
西部山区某桥梁
1、梁与桥墩的连接方式
墩梁刚结、墩梁间设支座
墩梁刚结：
适用于细长桥墩
墩顶底均是潜在塑性铰位置，位移较 小，提供了柱底铰接的可能性
主塔塔底内力最大值（横向+竖向输入）
塔型 倒Y型 钻石型 轴力P (kN) 2.612E5 2.322E5 剪力Q2 (kN) 3.996E4 6.711E4 弯矩M3 (kN.m) 1.462E6 2.956E6 塔顶位移(m) 0.222 0.488
桥梁抗震概念设计
1） “抗震概念设计”的定义
2) 结构总体布置 3) 抗震结构体系 4) 普通梁式桥的抗震概念设计 5) 大跨度桥梁的抗震概念设计实例
一、“抗震概念设计”的定义
地震作用具有很强的随机性，桥梁结构的地震破坏机理十分复杂。
结构体系选择
“概念设计”
延性类型选择
塑性耗能机制选择
结构抗震设计
汶川地震中支座滑动
映秀闽江桥
(a) Upstream at Yingxiu side
（b） Downstream at Yingxiu side
deck moved about 2.0m toward downstream
At Wenchuan end, the deck moved 0.8m toward upstream.
恢复桥梁的通行能力。
需同业主协 塑性变形发生于不容易检测和修复的位置，但是仍能有效进行耗 商使用 不建议在新 能，并保证桥梁震后有限的通行能力。 破坏会直接影响到桥梁震后的服务性
桥上使用
墩柱抗震单元：容许使用单元
喇叭式墩顶分离缝
墩顶塑性铰
墩底铰接 桩头铰接 墩底塑性铰
墩柱抗震单元
桩基础抗震单元：需同业主协商使用
表3 位移 梁端(cm) 塔顶(cm) 左 右 左 右
四种结构体系的位移反应比较 不对称约束 0.03 0.06 0.07 0.10 半飘浮体系 1.0 1.0 1.0 1.0 固定铰支承 0.03 0.03 0.06 0.06 弹性约束 0.15 0.15 0.19 0.19
注： 表中各数值为各体系的反应与半飘浮体系的反应之比值；
4、柱墩的截面比选
圆形截面：
主筋环形布置，配螺旋或 环形箍筋，抗震能力与方 向无关
矩形截面：
箍筋约束效率较低，较大 截面可配置螺旋箍筋
墙式截面：
长边增加勾筋提高约束效 率
实心截面
空心截面：
常用于大跨度桥梁，减 小墩身地震惯性力
圆形： 内箍筋环不利，要求增 加足够的径向约束箍筋
矩形：
多环相连
空心截面
增大桥墩的弯矩
增大主梁的弯矩
节点配筋需要特殊设计
温度变化、收缩徐变会产生二次力 主梁弯矩
墩梁间设支座：
国内广泛采用 （固定支座＋活动支座） 不传递上部结构弯矩
抗震设计有较大空间：通过合理设置支 座调整各桥墩间的地震力分布；可以进 行减隔震设计
位移问题
对支座性能的依赖性大
隔震？
落梁？
桥台桩基础 的塑性铰
墙式墩桩 基础的塑 性铰
桩柱式基础的 塑性铰
斜桩塑性铰
有限 延性
群桩基础的摆动
桩基础抗震单元
桥台抗震单元：容许使用单元
桥台是否作为ERS的一部分
背墙是否作为牺牲构件
桥台抗震单元
《城市桥梁抗震设计规范》
设计流程中要求进行抗震体系确认！ 3.4.1 桥梁结构抗震体系应满足以下要求：
“数值设计”
塑性铰应设在墩 柱上，并易于检 查和修复
强梁弱柱
抗震概念设计:
根据地震灾害和工程经验等获得的基本原则和设计思想，正确解
决总体方案、材料使用和细部构造，达到合理抗震设计的目的。
二、结构总体布置
Simplicity, Symmetry, Integrity
Clear, designable load path
制约条件：
桥梁使用功能、周围建设条件、地质条件、其它荷载下性能要求等：
城市高架桥、立交桥、跨河流和山谷桥梁 桥上交通功能、桥下行车或通航要求、桥梁接线要求决定道路线形
桥墩高 度调整
不稳定斜坡 上的防护空 心沉箱
可液化场地的 桥梁抗震考虑：
采用简支体系
整体式结构体系
三、抗震结构体系
《The AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design》 抗震设计策略：
以限制主梁地震位移为目标，同时兼顾主塔的地震内力
类型Ⅱ：
耗能部位为支座等耗能装置，上部结构、桥墩和基础基本弹性
横桥向 顺桥向 (a) 连续梁、简支梁单柱墩
横桥向 顺桥向 (b) 连续梁、简支梁双柱墩
桥台不宜作为抵抗梁体地震惯性力的构件
四、普通梁式桥的抗震概念设计
《城市桥梁抗震设计规范》
1、梁式桥（多联桥）相邻联的基本周期比宜满足下式：
Ti 0.7 Tj
采用能力设计方法，使潜在塑性 铰位置在墩底 铰接？
五、大跨度桥梁的抗震概念设计实例
100
100
8
11×12
300 22×16
8 8
306.000
33×16
2088 1088 16
33×16
8 8
300 22×16
100
100 11×12
8
Nantong
891
5.290 设计水位 主航道 -109.000 -123.000
塔梁弹性约束体系：
双塔与主梁间采用纵向弹性约束，刚度取1.0×105 kN/m
地震输入：
《公路工程抗震设计规范》四类场地规范谱。结构重要性系 数1.7，水平地震加速度峰值取0.1，竖向取为水平的0.5倍。
2.5 2.0
放放放放
1.5 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 8 10 12
放放(s)
3）弹性约束装置：
仅提供刚度，对所有荷载均起作用
参数选择要同时考虑各种荷载的性能
4）阻尼器+额定行程限位的组合装置：
额定行程内：对慢速位移不约束，对快速位移阻尼器提供阻尼耗能。
额定行程：保证地震时阻尼器有足够的行程正常工作；
尽可能小，以限制风荷载下结构的反应，及伸缩缝位移量。 阻尼器参数的选择由结构的抗震性能决定，
0.345
三种塔型方案对纵向地震反应影响很小，对横向反应影响很大。 钻石型塔的塔底弯矩和塔顶位移特别大，对抗震不利。
2、斜拉桥的塔梁纵向连接方式
工可阶段：连接方式选择 (反应谱分析) 比较了四种结构体系：
塔梁不对称约束体系：
左塔处设固定铰支座，右塔处设滑动铰支座
半飘浮体系： 双塔与主梁均设纵向滑动铰支座 塔梁固定铰支承体系： 双塔与主梁均设固定铰支座
5、桥墩与基础的连接方式 铰接：
墩梁固结时可选用 基础受力较小，桩基础各 桩受力均匀
刚结：
基础受力较大，桩基础各 桩轴力较大，边桩往往会 受拉
Hale Waihona Puke 6、基础的选型刚性扩大基础：
适用于坚硬场地
摆动扩大基础：
适用于坚硬场地，牺牲位移保护 桥墩
整体式桩柱：
采用能力设计方法，使潜在塑性 铰位置在地面上
群桩基础（打入桩、钻孔桩）：
Balanced stiffness, mass and strength
Adequate connectivity
Simplicity and Symmetry
Symmetry
Integrity
汶川地震中百花大桥
R=66m
理想结构布置：
等跨等墩高的小跨径直桥 桥面连续 桥墩的强度和刚度在各方向相同 坚硬场地
2、梁与桥台的连接方式
整体刚结：
一般用于单双 跨小桥，常假 定所有地震力 由桥台承受
支座连接：
可进行减隔震 设计
3、桥墩的选型
单柱墩：
受力性能简单，但弯矩和 位移较大
多柱墩：
减小弯矩和位移，增加超 静定，墩底可铰接，但受 力复杂（墩和盖梁），轴 力较大
横梁连接多柱墩：
适用于高墩，可减小位移 和弯矩，采用支座支承
桥梁保持整体性
容许使用的ERS
滑动支座 墩顶墩底塑性铰
隔震支座
墩梁固结体系
隔震支座承担全部位移
连续梁体系
足够的支承长度 墩底塑性铰
简支梁体系
采用I型抗震设计体系的抗震单元
抗震单元分类
抗震单元 特征 桥梁损伤控制在最小范围，且所有重大塑性变形都应是延性的且
容许使用
位于易于检测和修复的位置，可保障桥梁震后的修复工作以迅速
梁端位移为 207cm，塔顶位移为 222cm。
表4 内力 P(kN) 左塔 V(kN) M(kN.m) P(kN) 右塔 V(kN) M(kN.m)
四种结构体系的塔底内力反应比较 不对称约束 1.02 3.60 1.61 1.03 0.94 0.53 半飘浮体系 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 固定铰支承 1.02 3.00 1.25 1.02 3.00 1.25 弹性约束 1.05 1.60 0.78 1.05 1.60 0.78
1 有可靠和稳定传递地震作用到地基的途径；
2 有效的位移约束，能可靠地控制结构地震位移 3 有明确、可靠、合理的地震能量耗散部位；
4 应避免因部分构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力 或对重力荷载的承载能力
采用A类抗震设计方法的桥梁，可采用的抗震体系：
类型Ⅰ：
塑性耗能部位位于桥墩，上部结构、支承连接以及基础弹性
1 顺桥向，宜在各墩顶设置橡胶支座，来调整等效刚度；
其它支座布置方式？（如纵向设几个固定墩？）
2 改变墩柱尺寸或纵向配筋率。
3×40m
53.5+6×100+53.5m
4×40m
4×40m
90m
西部山区某桥梁
1、梁与桥墩的连接方式
墩梁刚结、墩梁间设支座
墩梁刚结：
适用于细长桥墩
墩顶底均是潜在塑性铰位置，位移较 小，提供了柱底铰接的可能性
主塔塔底内力最大值（横向+竖向输入）
塔型 倒Y型 钻石型 轴力P (kN) 2.612E5 2.322E5 剪力Q2 (kN) 3.996E4 6.711E4 弯矩M3 (kN.m) 1.462E6 2.956E6 塔顶位移(m) 0.222 0.488