桥梁延性抗震设计

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桥梁动力分析模型
公路桥梁抗震设计细则6.3节
首先建立桥梁结构的空间动力计算模型 反映质量、阻尼、刚度的分布与性质
▽梁、墩柱（空间杆系单元）、支座（连接单元）
▽混凝土结构的阻尼比可取为0.05，钢结构的可取为0.02 ▽应考虑相邻结构和边界条件的影响。
小震与中震下采用的模型
地震作用可以用设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计地震动 功率谱表达。
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设计加速度反应谱
S Smax
0 0.1
Tg 水平设计加速度反应谱
10 T(s)
S max 2.25Ci Cs Cd A
式中，Ci为重要性系数，Cs为场地系数，Cd为阻尼调整系数， A为设计基本地震动加速度峰值。
▽小震－应采用总体空间模型 ▽中震－可采用局部空间模型 非线性时程分析时采用的单元特性（支座连接、墩柱）
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公路桥梁抗震设计细则6.3.6条，进行非线性时程分析时，墩 柱应采用钢筋混凝土弹塑性空间梁柱单元。根据抗震设防原则， E2地震作用下，允许结构出现塑性，发生损伤，因此需要进行 动力弹塑性分析。梁柱单元的弹塑性可以采用 Bresler建议的屈 服面来表示，也可采用非线性梁柱纤维单元模拟。
公路桥梁抗震设计规范（报批稿）6.3.7条，活动盆式支座可 用双线性理想弹塑性弹簧连接单元代表，因此需要进行边界非 线性分析。 公路桥梁抗震设计规范（报批稿）7.4.8条，对于双柱墩、排 架墩，横桥向的容许位移可在盖梁处施加水平力，进行非线性 静力分析。 公路桥梁抗震设计规范（报批稿）第10章，给出桥梁减隔震 设计的原则。
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桥梁抗震设计流程
为了实现两级抗震设防原则，桥梁抗震设计流程：
确定地震中预期的延性构件和能力保护构件，选择地震中延性构件潜 在的塑性铰位置； 进行多遇地震、设计烈度地震作用下结构地震反应分析。 多遇地震——反应谱方法 设计烈度地震——时程分析方法； 进行多遇地震作用下墩柱强度检算；设计烈度地震作用下桥梁上部结 构和下部结构的连接构件检算； 根据能力保护原则进行能力保护构件设计，以确保在地震作用下能力 保护构件处于弹性范围内； 抗震构造细部设计。
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地震动作用
直线桥可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。 曲线桥应分别沿相邻桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方 向地震输入，以确定最不利地震水平输入方向。 设防烈度为8度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构， 应同时考虑竖向地震作用。 地震作用分量组合。（1+0.3+0.3）
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4. 盖梁、基础的设计弯矩和设计剪力值按能力保 护原则计算时，应为与墩柱的极限弯矩（考虑 超强系数）所对应的弯矩、剪力值；
5. 计算盖梁、结点的设计弯矩、剪力值时，应考 虑所有潜在的塑性铰位置以确定最大设计弯矩 和剪力；
6. 墩柱的设计剪力值按能力保护原则计算时，应 为与墩柱的极限弯矩（考虑超强系数）所对应 的剪力；在计算设计剪力值时，应考虑所有潜 在塑性铰位置以确定最大的设计剪力值。
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4.5.3 分析方法及注意事项
(t ) mu (t ) p(t ) ku(t ) cu
g (t ) mu
弹性力 阻尼力 惯性力
fS ku
f D cu
fI mu
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抗震设防目标
抗震设防烈度为6度及以上地区的公路桥梁，须进行抗震设计。 抗震设防目标：
4.5 桥梁延性抗震设计总结
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4.5.1 延性设计原则 1. 桥梁的墩柱宜作为延性构件设计，但墩柱的抗 剪宜按能力保护原则设计； 2. 桥梁基础、盖梁、梁体和结点宜作为能力保护 构件设计； 3. 塑性铰位置：顺桥向，连续梁、简支梁桥的底 部区域，连续刚构桥的端部为塑性铰区域；横 桥向，单柱墩的底部，双柱墩、多柱墩的端部 为塑性铰区。
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谢谢！
E1地震作用下，各类桥梁不受损坏或不需修复可继续使用； E2地震作用下，A类桥梁不受损坏或不需修复可继续使用， B、C类桥梁不致倒塌或产生严重结构损伤，经修复后可继续 使用。
两个阶段抗震设计：
第一阶段： E1地震作用下的弹性抗震设计； 第二阶段： E2地震作用下的弹塑性抗震设计，采用延性抗震设计方法， 并 引入能力保护设计原则。
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4.5.2 建模原则
1. 在E1和E2地震作用下，应建立空间动力计算模型； 2. 梁体和墩柱可采用空间杆系单元模拟，单元质量用集中质量 代表； 3. 支座单元应反映支座的力学特性； 4. 混凝土结构的阻尼比可取0.05，时程分析时可采用瑞利阻 尼； 5. 计算模型应考虑相邻结构和边界条件的影响。