ch5 桥梁延性抗震设计解读
桥梁抗震
混凝土剪切强度与曲率延性的关系
延性抗震设计方法简介
延性抗震，必须保证结构具形（延性需求）。
延性需求
延性能力
规则桥梁：简化的延性抗震设计 复杂桥梁：非线性动力时程分析
要充分发挥延性能力，必须采用能力设计方法进行延性设计
能力设计方法
脆性链子，强度为 Pib P
延性链子 强度为Pd
脆性链子，强度为 Pib P
Pib'
Pib
Pd
1
△
2y
△
(a) 脆性链子
(b)延性链
子
图5.7 能力设计方法的原理示意图
基本思想：假设延性链子的设计强度为Pd，其可能发挥的最大强度（超强）
为 0Pd ，其中，0 为超强因子。为保证整个链接破坏时是延性的，要求所有脆
性链子的设计强度满足：
Pib 0Pd
能力设计方法的基本原理：在结构体系中的延性构件和能力保护构件（脆
性构件以及不希望发生非弹性变形的构件）之间建立强度安全等级差异（如 同保险丝），以确保结构不会发生脆性的破坏模式。
梁桥延性抗震设计
▪ 钢筋混凝土墩柱桥梁，抗震设计时，墩柱 宜作为延性构件设计。桥梁基础、盖梁、 梁体和结点宜作为能力保护构件。墩柱的 抗剪强度宜按能力保护原则设计。
曲率延性系数与位移延性系数的关系
曲率延性系数与位移延性系数的关系
参考文献
▪ JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震设计细则_4> ▪ 王玉洁,钢筋混凝土桥墩的延性分析,[C],四川建筑 第27卷 1期
2007.02 ▪ 聂年圣·牛瑞森,筋混凝土桥墩延性抗震设计方法分析[C] ▪ 周勇、张力、唐光武,矩形实心公路桥墩延性性能影响因素初步研
【精品】桥梁延性与减隔震设计探讨
桥梁延性与减隔震设计探讨桥梁延性与减隔震设计探讨桥梁延性与减隔震设计探讨摘要：本文从桥梁震害的发生部位和特点入手，详细探讨了桥梁延性抗震设计的要点，并对桥梁减隔震设计中应注意的问题进行了说明。
关键词：桥梁；延性；减隔震；构件；强度Abstract: this article from the location and the characteristics of the bridge damage, the main points of the seismic design and retrofit of Bridges is discussed in detail, and the reduction of the bridge isolation problems should be paid attention to in the design.Key words: Bridges; Ductility; Reduce isolation; Component; Strength of the中图分类号：U442.5+9文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)桥梁震害的发生部位与特点纵观以往的桥梁震害，主要产生于下部结构，即使有上部结构破坏的情况，也往往是由于下部结构的破坏或过大的变位引起的，特别是梁式桥和连续拱桥更是如此。
一般说来，桥梁墩台的破坏主要是由于地面加速度产生很大的振动使薄弱截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲型破坏，矮粗的桥墩则为剪切型破坏，介于两者之间的则为混合型破坏；无筋或少筋的圬工墩台，破坏一般为开裂或折断；而钢筋混凝土或钢结构等延性构件，多表现为开裂、混凝土剥落、压溃、钢筋裸露和弯曲等，并可以产生很大的塑性变形。
常见的破坏部位可归纳如下：承台与桩的连接处，这类破坏多发生在软弱地基上的桥墩；高桩承台式桥墩更易发生这类破坏。
墩身与基础的连接处。
抗震ch5-2
l/b
2.0 1.5
l/Bmax
0.35 0.30
高层建筑（8层及8层以上）的平面中L不宜过长（图5-18）， 突出部分长度l宜减小，凹角处宜采取加强措施。图5-18中，L、 l和l‘的值宜满足前表5-3的要求。
图5-18 高层建筑平面
3. 防震缝的设置
平面形状复杂时，宜用防震缝划分成较规则简单的单 元。但对高层结构，宜尽可能不设缝。
当需要设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求：
1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用 100mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度 5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。 2）框架---抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用上述对框架规 定数值的70%，抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用上述对框 架规定数值的50%；且均不宜小于100mm。
1
V （0.15 fcbh0） RE
(5-2)
柱的剪跨比按下式计算：
＝ Mc／（Vch0）
（5-3）
框架结构的中间层柱的剪跨比可按柱净高与2倍柱截 面高度之比简化计算。上式中，Mc为柱端或墙端截面组合 的弯矩计算值，取上下端弯矩的较大值；V和Vc分别为柱 端或墙端截面组合的剪力设计值和组合的剪力计算值；fc 为混凝土轴心抗压强度设计值。b为粱、柱截面宽度或抗 震墙墙肢截面宽度；h0为截面有效高度，抗震墙可取墙肢 长度。
C60，在8度时不宜超过C70。
2、框支梁、框支柱以及一级抗震等级的框架梁、柱及
节点，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各
类构件不应低于C20。
3、梁柱墙支撑中的受力钢筋宜采用热轧带肋钢筋
4、在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋代替原
桥梁抗震分析、验算与延性构造措施
Ehp = S G h1 tp / g
6 抗震分析
在E2地震作用下，可按下式计算墩顶的顺桥向和横桥向水平位移：
Δd = cδ
δ
F
结构周期
c
T ≤ 0.1s
T ≥ Tg
0.1s ≤ T ≤ Tg 时
1.5 1.0 按线性插值求得
6 抗震分析
6.8 能力保护构件计算
6.4 反应谱法
6 抗震分析
m ax
m ax
m ax
T1
T2
T3
图 3.7 反 应 谱 概 念
m ax T4
m ax T5
φ ji m1
m2 m3
Fj1 Fj2 Fj3 Fji = γ jφ ji S j mi
6 抗震分析
..
.
..
[M ]{x(t)}+[C]{x(t)}+[K]{x(t)}= −[M ]{I}u{t}
Vs
= 0.1 Ak b Sk
f yh
≤ 0.067 ×
f
' c
Ae
7 强度与变形验算
7.4 B类、C类桥梁墩柱的变形验算
E2地震作用下，一般情况应验算潜在塑性铰区域沿顺桥向和 横桥向的塑性转动能力，但对于规则桥梁，验算桥墩墩顶的 位移，对于高宽比小于2.5的矮墩，验算强度。
7 强度与变形验算
E2地震作用下，桥墩潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动 应满足：
N
∑ {x(t)} = {φ} j Yj (t) j =1
..
.
..
Yj (t) + 2ξ jω j Y j (t) + ω 2jYj (t) = −γ j u(t)
桥梁延性抗震设计方法研究
桥梁延性抗震设计方法研究桥梁在地震中的表现和抵抗能力一直是抗震设计中的关键问题之一、桥梁的结构特点决定了其对震动的敏感性和脆性。
桥梁的延性是指在地震作用下，桥梁能够发生一定程度的塑性变形而不发生破坏的能力。
因此，研究桥梁延性抗震设计方法对于提高桥梁结构的抗震能力具有重要意义。
第一，基于土木工程结构的动力响应理论。
当前，桥梁抗震设计主要依据地震波的输入和结构的动力响应进行。
因此，深入研究桥梁结构在地震作用下的动力响应特征，探索桥梁结构的动力反应控制方法，对提高桥梁的抗震能力具有重要意义。
第二，采用塑性设计原理。
桥梁的延性是指在地震作用下，结构能够发生塑性变形，从而能够承受更大的能量，降低震害程度。
因此，采用塑性设计原理对桥梁进行抗震设计是有效的方法之一、研究桥梁延性抗震设计方法，需要对桥梁的受力性能进行全面的分析和评估，确保结构在地震作用下具有良好的延性。
第三，探索合理的能量耗散机制。
桥梁在地震中会受到巨大的动力荷载，因此能量的耗散是保证结构稳定性的关键。
通过合理设置耗能元件，如阻尼器、摩擦支座等，可以降低结构的震害程度。
因此，研究桥梁延性抗震设计方法需要考虑合理的能量耗散机制，并探索适用于桥梁结构的耗能元件的设计方法。
第四，考虑桥梁的整体性能。
桥梁是一个整体结构，各部分之间具有复杂的相互作用关系。
因此，研究桥梁延性抗震设计方法需要考虑桥梁结构的整体性能，而不仅仅是局部部分的性能。
通过全面的结构分析，找出桥梁结构的薄弱环节，并针对性地加强这些薄弱环节，可以提高整个桥梁结构的抗震能力。
通过以上的研究方法，可以提出一种桥梁延性抗震设计方法，该方法能够保证桥梁结构在地震作用下具有良好的延性和耗能能力，降低地震造成的破坏和震害。
同时，该方法还需要综合考虑经济性和可行性，确保抗震设计的有效性和实用性。
总之，研究桥梁延性抗震设计方法对于提高桥梁结构的抗震能力具有重要意义。
通过基于土木工程结构的动力响应理论、采用塑性设计原理、探索合理的能量耗散机制以及考虑桥梁的整体性能，可以提出一种有效的桥梁延性抗震设计方法，为实际工程提供有效的抗震设计参考。
浅述桥梁延性抗震设计中的能力设计理念
浅述桥梁延性抗震设计中的能力设计理念摘要：文章以桥梁的延性抗震设计为切入点，着重阐述了延性抗震设计中的能力设计理念，其中包括了该设计理念的基本原理、计算方法、基本步骤、构造要求以及与传统抗震设计方法的主要优势等等内容，希望通过本文的一些论述，能够对今后桥梁的延性抗震设计提供一些参考经验。
关键词：桥梁；延性抗震设计；能力设计理念0 引言当前我国的交通建设高速发展，桥梁建设的发展更是取得了令人瞩目的傲人成绩。
在桥梁建设发展的过程中，桥梁的抗震设计备受关注，尤其在5.12汶川大地震以后，桥梁的抗震设计更是取得了飞速的发展，从以前纯粹依靠结构的刚度来抵抗地震引起的动力，发展到通过结构的柔度来适应地震引起的波动，抗震设计的理念从如何去抵抗地震力转变为如何去适应地震变形，抗震设计的基本措施也相应调整为：隔震、延性、消能。
其中延性抗震设计即为使结构能够承受地震带来的变形。
本文将着重阐述延性抗震设计中的能力设计理念，希望能为大家更好地了解延性抗震设计，更好地进行桥梁的抗震设计提供一些参考。
1 延性抗震的历史与概念在上世纪70年代以前，全世界的桥梁抗震设计基本上都是纯粹以结构的刚度来抵抗地震引起的动力，基本上都算是“以刚克刚”的设计理念。
直到1971年美国发生了圣·费尔南多地震之后，人们才开始重视延性设计，从单一的强度设计理念转变为强度-延性双重设计的理念，并逐渐正式提出延性抗震设计理念，用中国的话说是“刚柔并济”的设计理念。
目前，延性抗震设计理念已被绝大多数地震国家的桥梁设计规范所采纳。
延性抗震设计，从根本上说就是使结构能够承受地震带来的变形。
从力学本质上，延性反应了结构的一种非弹性变形的能力，这种能力包括两个方面，一是能够承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降；二是能够利用滞回特性吸收能量。
延性的这种非弹性变形能力，是结构从屈服到破坏的后期变形能力，这种能力保证了结构强度不会因为发生了非弹性变形而急剧下降，如此在适应变形、消能、保证足够强度的三重条件下，增强了结构抵御地震破坏的能力，从而确保了桥梁的安全性能。
轨道交通桥梁与结构延性抗震设计的概念及实用设计方法-58页
需要的初始强度最低，但罕遇地震下的破坏也最严重，某种
意义上不适合用于非常重要的结构
2)有限延性－个人理解交通建筑
3)完全弹性－适合用于非常重要的结构，如核反应堆
4.延性的层次
• 应变延性层次----材料层面
• 曲率或转角延性层次---截面
的层面
• 位移延性层次----构件的层
面
• 多构件的位移延性----结构
Hale Waihona Puke
1.建筑抗震规范
2.城市桥梁抗震规范（公路)
2.城市桥梁抗震规范（公路)
3.铁路抗震规范
四.延性抗震设计的实现方法
1.验算内容
• 1）构造要求H/B不小于2.5
• 2）在罕遇地震下进入屈服
• 3）罕遇地震下的位移小于允许的位移
• 假定构件不发生脆性破坏，如剪切破坏，倾覆
2.截面分析
c
s
c
x
h0 x
截面的曲率
s
h x
0
c
x
**曲率--近似等于转角的一阶导数
EI y M
''
s
3.延性指标
• 由于延性指标是反映构件或截面塑性变形能力的指标，因
此必须首先明确从哪个位置开始的变形定义为塑性变形，
难点和核心：求等效屈服曲率和极限曲率
2.具体过程1---公路或城市规范法
• 首先根据正常受力拟定截面和配筋
• 根据截面和配筋情况，利用MIDAS 或XTRACT等软件进
行截面的弯矩曲率分析，得出截面的等效屈服曲率（或利
桥梁的延性抗震设计理念
桥梁的延性抗震设计理念桥梁得抗震设计人类要遭受地震、干旱、洪涝、台风、冰雹、暴雪、沙尘暴等自然灾害,需要认识它们,预防它们。
之前有幸设计过西北地区铁路抗震及华北地区城市桥梁抗震,均采用延性设计方法,提到桥梁得抗震设计,得先从以下几个关于地震得概念说起。
地震震级衡量一次地震大小得等级,定义为离震中100km处用Wood-Anderson式标准地震仪所记录得最大水平地动位移得常用对数值,震级一般分为9级,8级及以上称为巨大地震。
地震烈度衡量地震破坏作用大小得一个指标,标明某一地区地面与各类建筑物遭受某一次地震影响得强弱程度,烈度分为12度,一次具体得地震,只有一个震级,而不同得地区有不同得烈度,一般离震中越近,烈度越高。
汶川地震震级后期修正为8级,但就是距离震中最近得汶川县映秀镇与北川县县城为两个中心呈长条状区域烈度为11度,地震损害影响最大。
青川县烈度为10度,西南端至四川省宝兴县与芦山县,东北端达到陕西省略阳县与宁强县区域烈度为8度。
《中国地震动参数区划图》已经将中国每个地区今后一个时期内在一般场地条件下可能遭遇到得最大地震烈度区划,就是规范中抗震设防烈度得选取依据。
中国主要地震分布我国处于世界上全球环太平洋地震带与欧亚地震带之间,主要分布在1)东南部台湾与福建广东沿海2)华北太行山沿海与京津塘地区3)青藏高原与四川、云南西部4)西北新疆、甘肃与宁夏瞧瞧您得家乡就是否在潜在震区,人类在自然灾害面前有时显得就是无奈无助桥梁主要震害1)上部结构破坏上部结构遭受直接震害被破坏得情形较少,往往就是由于其它部位毁坏而导致上部结构破坏,主要防止落梁或者伸缩缝处撞梁破坏,所以抗震规范中基本都就是下构(桥墩(盖梁)、承台、基础得抗震验算规定要求),2)支承连接部位震害桥梁支承连接部位震害极为常见,支承破坏后引起传力方式改变,从而进一步加大震害3)下部结构与基础震害下部结构与基础严重破坏就是引起桥梁倒塌得主要原因,下部结构与基础承受较大得水平地震力,瞬时反复振动在相对薄弱得截面产生破坏。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(a)
(b)M
(C)屈服
(d)极限状态
图 5.4 悬臂墩曲率分布
p l p (u y )
p p (l 0.5l p ) (u y )l p (l 0.5l p )
7 2019/2/25
桥梁抗震
y p y
1
p y
1 3( 1)
ty
y
单墩模型：结构的屈服位移和
极限位移分别对应于墩底截面到 达屈服曲率和极限曲率时。
假定只有桥墩发生非弹性变形：
ty y b f y b T r C y
C 1 T r b 1 y
(a)具有可变形的基础和弹性支座
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45
40
墩顶横向位移(mm)
模型3
30 20
横向力(KN)
10 0 -10 -20 -30 -40 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
·轴压比：20% ·含箍率：0.57% ·配筋率：1.54% ·砼强度：19.4
实测恢复力曲线
图5.3 柔性高墩与延性矮墩的比较
桥梁抗震
5.1.4 曲率延性系数与位移延性系数的关系
( x)dxdx
墩底截面刚刚屈服时
( x) y
x l
2 y 1 l 3 y
等效塑性铰长度 l p ：假设在墩底附近存在一 个长度为 l p 的等塑性曲率段，在该段长度内截 面的塑性曲率等于墩底截面的最大塑性曲率
开裂点
y
u
图5.1 截面弯矩－曲率关系示意图
钢筋混凝土截面的屈服曲率：
*截面最外层受拉钢筋初始屈服时（适筋构件） *截面混凝土受压区最外层纤维初次达到峰值 应变值时（超筋构件或高轴压比构件）
的布置有关
4 2019/2/25
u y
极限曲率：
*被箍筋约束的核心混凝土达到极限压应变 *临界截面的抗弯能力下降到最大弯矩值的 85%。
通过延性构件在地震动下发生的反复 的弹塑性变形循环，耗散掉大量的地 震输入能量，保证结构的抗震安全
图5.6 滞回耗能与弹性应变能示意图
5.1.1 延性的定义
材料、构件或结构的延性，通常定义为在初始强度没 有明显退化情况下的非弹性变形能力。
承受较大非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力
利用滞回特性吸收能量的能力
材料的延性:发生了较大的非弹性变形，强度没有明显下降/脆性 结构构件的延性：局部延性 结构的延性：整体延性 在地震动（随机反复荷载）作用下，结构和构件的 延性会有所降低。
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45
墩顶横向位移(mm)
3 2019/2/25
桥梁抗震
5.1.2 延性指标
（1）曲率延性系数
塑性铰区截面的极限 曲率与屈服曲率之比：
Mmax My Mu 弯矩最大点 屈服点 失效点
u y
（2）位移延性系数
构件的位移延性系数—构件 的最大位移与屈服位移之比：
tu (C 1) y u (C 1) t y C y C
t
9 2019/2/25
桥梁抗震
5.2 延性对桥梁抗震的意义
强度 * 纯粹依靠强度抗震不经济，希望利 用延性抗震，即利用塑性铰减小地震 力，并耗散能量。 变形 * 使结构具有能够适应大地震激起的 反复的弹塑性变形循环的滞回延性 能量 * 地震输入能量 = 结构的动能 + 弹性应 变能+阻尼耗能+滞回耗能
10 20 3.8
临界截面的曲率延性系数比相应的墩顶位移延性系数要大得多 在截面及材料特性均相同的条件下，墩越高，位移延性系数越低
8 2019/2/25
桥梁抗震
5.1.5 桥梁结构的整体延性与构件局部延性的关系
桥梁结构的位移延性系数，
通常定义为上部结构质量中心处 的极限位移与屈服位移之比。
桥梁抗震
第五章 桥梁延性抗震设计
目前，大多数多地震国家的桥梁抗震设计规范已采纳 了延性抗震理论。
延性抗震理论通过结构选定部位的塑性变形（形成塑性铰） 来抵抗地震作用的。
延性的基本概念 延性对桥梁抗震的意义 延性抗震设计方法 钢筋混凝土墩柱的延性设计
1 2019/2/25
桥梁抗震
5.1 延性的基本概念
（b）结构屈服位移
图5.5 “单墩模型”桥梁结构的屈服位移
变形增大系数
考虑支座弹性变形和基础柔度影 响时，结构的位移延性系数比桥 墩的位移延性系数小；而且支座 和基础的附加柔度越大，结构的 位移延性系数越小。
tu ty p C y p (C 1) y u
lp l
(1 0.5
lp l
)
欧洲规范Eurocode 8：
l p 0.08l 0.022d s f y
l p (0.4 ~ 0.6)h
基于试验的经验公式
给定：
表5.2 桥墩位移延性系数与长细比的关系
l p 0.5h
l /h
20
2.5 20 11.3
5 20 6.4
结构的位移延性系数— 与结构
桥梁抗震
美国加州Caltrans 抗震设计规范中， 采用的理论屈服曲 率定义：
所包围的面积相等
y
Mi ' ' y Mi
图5.2 理论屈服曲率定义
5 2019/2/25
桥梁抗震
5.1.3 延性、位移延性系数与变形能力
抗力R 变形能力 位移延性系数u/y 延性
2 2019/2/25来自桥梁抗震30模型2
20
横向力(KN)
10
截面尺寸：10cm*10cm 墩高：100cm
0
-10
·轴压比：15% ·含箍率：0.40% ·配筋率：1.13% ·砼强度：19.4
保护层厚度：1.5cm
-20
-30 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
Ry
y
u
变形
图5.2 延性、位移延性系数和变形能力
一个结构或构件可能有较 大的变形能力，但它实际可 利用的延性却可能较低。 一个结构或构件可能有较 大的延性，但最大位移延性 系数却可能较低。
6 2019/2/25
抗力R s＝6 矮墩的力－位移曲线 高墩的力－位移曲线 sy ty su tu 变形 t＝3