1、1 2022-1-17 橋梁抗震第七章第七章 橋梁抗震設(shè)計例如橋梁抗震設(shè)計例如一座四跨延續(xù)梁橋縱橋向的抗震計算設(shè)計： “抗震設(shè)計：，采用才干設(shè)計方法延性設(shè)計 減隔震概念設(shè)計 兩種對策比較橋梁工程的抗震設(shè)計普通在靜力設(shè)計的根底上進(jìn)展。橋梁工程抗震設(shè)計兩種思緒： 采用“抗震對策進(jìn)展設(shè)計：設(shè)法為構(gòu)造提供較強抗震才干 采用減隔震概念進(jìn)展設(shè)計：設(shè)法減小構(gòu)造的地震反響2 2022-1-17 橋梁抗震7.1 根本設(shè)計資料圖7.1 某一聯(lián)高架橋立面圖單位：cm圖7.2 某一聯(lián)高架橋橫斷面圖單位：cm中墩每一立柱頂設(shè)置一個固定盆式支座，其它立柱頂設(shè)置單向活動盆式支座。橋梁上部構(gòu)造的質(zhì)量為：一切墩柱質(zhì)量換算到墩頂

2、：在地震反響分析中，墩身慣性力可以忽略不計。tms5 .389911045.35110)6 . 25 . 21813. 05 . 2186 . 0(tmp6 .82680625. 524. 0)5 . 6476(5 . 235. 15 . 1 24. 03 2022-1-17 橋梁抗震墩柱截面主筋配置為3825，凈維護(hù)層4cm。箍筋為12，縱向間距：塑性鉸區(qū)段為10cm，塑性鉸以外為20cm。圖7.3 墩柱截面配筋圖規(guī)定，該橋址場地的地震加速度峰值為0.2g，即程度地震系數(shù)為0.2。本延續(xù)梁橋為城市高架橋中的一聯(lián)，構(gòu)造重要性系數(shù)取1.3。橋址場地屬于“規(guī)范II類場地，特征周期為0.3s，下降段

3、的反響譜值為： 98. 03 . 025. 2T4 2022-1-17 橋梁抗震多跨延續(xù)梁橋：僅在中墩設(shè)固定支座，其他墩上均設(shè)滑動支座。 “抗震設(shè)計的主要義務(wù)是設(shè)法提高固定墩的抗震才干。 “規(guī)范 與延性設(shè)計：一樣之處：設(shè)計地震力的計算以及墩柱的抗彎強度驗算方面區(qū)別：對墩柱剪切強度的需求，以及支座、根底等才干維護(hù)構(gòu)件的強度需求。此外，“規(guī)范沒有要求對墩柱的延性才干進(jìn)展檢算。7.2 “抗震設(shè)計7.2.1 設(shè)計地震力計算Kms圖7.4 自振特性計算簡圖)(iidshziRGKCCP5 2022-1-17 橋梁抗震mkNlEIK/1099.17125.135.10.332325333 （ I 偏 安

4、全 考 慮 ， 不 折 減 ）體 系 的 自 振 周 期 為 ：sKmTs88.01099.15.3899225反 應(yīng) 譜 值 ：784.088.03.025.298.0所 有 滑 動 支 座 的 恒 載 反 力 為 ：kNGs28360108045.35則 ， 固 定 墩 的 設(shè) 計 地 震 力 為 ：)(sdshziGGKCCP )2836002.038995784.02.0(3.03.1 kN4.21636 2022-1-17 橋梁抗震固 定 墩 一 個 墩 柱 的 墩 底 彎 矩 為 ：mkNlPM.9.7571724.21632固 定 墩 一 個 墩 柱 的 恒 載 軸 力 為 ：

5、kNN9.567110)75.235.15.11545.35(根 據(jù) 公 路 鋼 筋 混 凝 土 及 預(yù) 應(yīng) 力 混 凝 土 橋 涵 設(shè) 計 規(guī) 范 規(guī) 定 的 計 算 公 式 計 算 ， 圖7.3所 示 的 截 面 在 5671.9kN 的 軸 力 作 用 下 ， 所 能 承 受 的 彎 矩 為 ：MmkNMR.5998可 見 ， 墩 柱 截 面 的 抗 彎 強 度 不 滿 足 要 求 ， 必 須 增 加 截 面 縱 筋 。 在 截 面 上 下 緣 各 增 加 一排 10 25 鋼 筋 ， 如 圖 7.5 所 示 。 根 據(jù) 計 算 ， 該 截 面 的 抗 彎 強 度 為 ：MmkNMR.7

6、641圖7.5 截面配筋修正圖7.2.2固定墩的抗彎強度驗算7 2022-1-17 橋梁抗震7.2.3 固定墩的延性才干檢算1 固定墩的延性需求確定體系的自振周期為0.88s0.7s，等位移準(zhǔn)那么適用假設(shè)采用等能量準(zhǔn)那么，那么有偏于平安思索，確定構(gòu)造的延性需求為6。構(gòu)造延性等于橋墩的部分延性。固定墩位移延性需求63 . 0zC3 . 3R3 . 3R95. 5) 1(5 . 02R8 2022-1-17 橋梁抗震2 固定墩的延性才干確定及檢算約束混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用Mander模型：圖7.6 普通約束混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線ffx rrxcccr1xcccccccccoff 5112085.

7、0RfcrEEEccsecEfcc 5000Efccccsec保護(hù)層的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，假定 2co時fc 0，應(yīng)變達(dá)到碎裂應(yīng)變sp。約束混凝土的峰值壓應(yīng)力ccf 和對應(yīng)的壓應(yīng)變cc，以及極限壓應(yīng)變cu9 2022-1-17 橋梁抗震y 方向的含箍率y為00477.01282100113)24(csyybsAx 方向的含箍率x為00427.01432100113)24(csxxdsA對于矩形截面，有效約束系數(shù)eK可取為 0.75，則：0427. 0)85. 030/(34000427. 075. 0/cyhxeclxffKff0477. 0)85. 030/(34000477. 075. 0/cy

8、hyeclyffKff由 圖 5.12 ， 取 左 坐 標(biāo) 軸 上 0.0477 和 曲 線 坐 標(biāo) 上 0.0427 對 應(yīng) 的 點 ， 得 到27. 1/cccff，從而求得約束混凝土的峰值壓應(yīng)力為39.3285. 03027. 1ccf約束混凝土的峰值應(yīng)變?yōu)?047.01)127.1 (5002.0115 cocccccff箍筋在最大拉應(yīng)力時的應(yīng)變su取為 0.09，則約束混凝土的極限壓應(yīng)變?yōu)閏usyhsuccff000414. 01596. 039.32/09. 0340)00427. 000477. 0(4 . 1004. 0縱向鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用理想彈塑性模式，屈服應(yīng)力為 34

9、0Mpa，彈性模量為2.1E6Mpa。圖7.5 截面配筋修正圖最大約束應(yīng)力比f l2/fco約束強度比fcc/fco最小約束應(yīng)力比fl1/fco圖5.12 約束應(yīng)力比約束強度比關(guān)系曲線10 2022-1-17 橋梁抗震0.000.020.040.060.080200040006000800010000彎矩 （ kN . m ）曲率 （ 1/ m ） 實 際 理 論圖7.7 固定墩墩柱截面的彎矩曲率關(guān)系在5671.9kN的恒載軸力作用下，固定墩墩柱截面繞x軸的彎矩曲率曲線屈服彎矩為9884kN.m屈服曲率為2.27310-3 1/m極限曲率為77.0510-3 1/m曲率延性系數(shù)89.33611

10、)75 . 125. 01 (75 . 189.3231)25. 01 (5 . 0) 1(31lhlhhlp5 . 0混凝土和鋼筋的本構(gòu)關(guān)系截面彎矩曲率分析曲率延性系數(shù)位移延性系數(shù)11 2022-1-17 橋梁抗震7.2.4 固定墩的抗剪驗算1 固定墩墩柱的最大地震剪力計算墩柱底截面繞x軸的名義抗彎強度N=5671.9kNmkNMR.9884mkNMMR.8 .1186098842 . 100kNlMVc4 .169478 .11860002 固定墩墩柱的名義抗剪才干計算根據(jù)美國Caltrans抗震設(shè)計準(zhǔn)那么scnVVV12 2022-1-17 橋梁抗震 混凝土提供的抗剪強度 eccAvV

11、塑性鉸區(qū)域內(nèi) 2133. 02cccffccv （Mpa）25. 0083. 0305. 05 .12025. 01dyhsfc，c1偏安全取下限值 0.0255 . 12 . 135. 15 . 18 .13109 .567118 .13132gcAPcMpaffvccc3 . 006. 02 . 1025. 02kNVc4861035. 15 . 18 . 03 . 03塑性鉸區(qū)域外 233. 05 . 0cccffcv （Mpa）由于33. 06 . 05 . 02c，則kNVc26701035. 15 . 18 . 05 .2533. 03 箍筋提供的抗剪強度塑性鉸區(qū)域內(nèi)kNsdfAV

12、yhvs28081 . 01035. 1340113)24(3塑性鉸區(qū)域外kNsdfAVyhvs14042 . 01035. 1340113)24(313 2022-1-17 橋梁抗震 墩 柱 的 名 義 抗 剪 強 度塑 性 鉸 區(qū) 域 內(nèi)kNVVVscn32942808486塑 性 鉸 區(qū) 域 外kNVVVscn4074140426703 固定墩墩柱的抗剪驗算固定墩墩柱的抗剪強度應(yīng)滿足ncVV0 （0.85）塑性鉸區(qū)域內(nèi)kNVVnc2800329485. 04 .16940塑性鉸區(qū)域外kNVVnc3463407485. 04 .16940可見，墩柱的抗剪強度是足夠的。14 2022-1-1

13、7 橋梁抗震7.2.5 才干維護(hù)構(gòu)件檢算1 固定支座的檢算固定支座的最大水平力hzbE必須小于支座的最大水平抗力maxE 根據(jù)“規(guī)范”驗算：2/)(2/)(GGKCRGKCEdshiiidshihzb kN8.47852/)2836002.0389952.03.1( 根據(jù)能力設(shè)計方法驗算：kNlMlMERhzb4.169478.1186002 根底的檢算橋梁根底的抗震檢算，可根據(jù)公路橋涵設(shè)計規(guī)范進(jìn)展，關(guān)鍵是確定根底的最大設(shè)計荷載。15 2022-1-17 橋梁抗震 根據(jù)“規(guī)范”驗算：固定墩基礎(chǔ)的設(shè)計荷載取決于墩柱所受到的設(shè)計地震力：墩柱傳下來的恒載軸力： kNN8 .113439 .56712

14、墩柱傳下來的地震剪力： kNQ4 .2163墩柱傳下來的地震彎矩： mkNM.8 .1514374 .2163 根據(jù)能力設(shè)計方法驗算：固定墩基礎(chǔ)的設(shè)計荷載取決于墩柱可能發(fā)揮的最大抗彎強度：墩柱傳下來的恒載軸力： kNN8 .113439 .56712墩柱傳下來的最大剪力： kNVQc8 .33884 .1694220墩柱傳下來的最大彎矩：mkNMM.6 .237218 .1186022016 2022-1-17 橋梁抗震7.3 采用減隔震概念設(shè)計* 上部構(gòu)造為延續(xù)梁方式，下部構(gòu)造剛度比較大* 場地條件比較好，預(yù)期地面運動特性具有較高的杰出頻率選用工程運用非常廣泛的普通板式橡膠支座以延伸構(gòu)造周期

15、、減小地震反響，并分散上部構(gòu)造慣性力。每一立柱頂均設(shè)置一個普通板式橡膠支座中墩GYZ900，邊墩GJZ4007007817 2022-1-17 橋梁抗震7.3.1 設(shè)計地震力計算墩柱的設(shè)計地震力采用單自由度計算簡圖計算。中墩柱抗推剛度：mkNlEIKmmc/1096. 9343邊墩柱抗推剛度：mkNlEIKssc/1024. 1353GYZ900138 剪切剛度：mkNtGAKyb/1063. 71 . 049 . 0102 . 1323GJZ40070078 剪切剛度：mkNtGAKjb/100 . 6056. 07 . 04 . 0102 . 133單自由度體系剛度：mkNKKKKKKKK

16、Kjbscjbscybmcybmc/1054. 6464單自由度體系自振周期：sKmTs53. 11054. 65 .3899224反應(yīng)譜值：456. 053. 13 . 025. 298. 0不考慮地震力折減，單自由度體系的設(shè)計地震力kNGKCPshi2 .462338995456. 02 . 03 . 1中間橋墩一個墩柱的設(shè)計地震力kNPKKKKKPKKPybmcybmcmmc1 .5352 .46231054. 61057. 743ms圖7.8 單自在度計算簡圖iK18 2022-1-17 橋梁抗震7.3.2 墩柱的抗彎強度驗算7.3.3 墩柱的抗剪強度驗算 中 間 橋 墩 一 個 墩

17、柱 的 墩 底 彎 矩 為 ：mkNlPMmc.7.374571.535中 間 橋 墩 一 個 墩 柱 的 恒 載 軸 力 為 ： kNN9.5671根 據(jù) 公 路 鋼 筋 混 凝 土 及 預(yù) 應(yīng) 力 混 凝 土 橋 涵 設(shè) 計 規(guī) 范 規(guī) 定 的 計 算 公 式 計 算 ， 圖7.3 所 示 的 截 面 在 5671.9kN 的 軸 力 作 用 下 ， 所 能 承 受 的 彎 矩 為 ：MmkNMR.5998可 見 ， 墩 柱 的 地 震 反 應(yīng) 遠(yuǎn) 小 于 墩 柱 的 強 度 ， 墩 柱 處 于 彈 性 工 作 狀 態(tài) 。墩 柱 未 屈 服 ， 墩 柱 所 受 到 的 最 大 地 震 剪

18、力 為 墩 柱 實 際 受 到 的 水 平 地 震 力 ：kNVc1.5350遠(yuǎn) 小 于 墩 柱 的 抗 剪 強 度 ， 因 此 抗 剪 能 力 足 夠 。19 2022-1-17 橋梁抗震7.3.4 支座及根底的檢算1 板式橡膠支座檢算2 根底檢算 支座厚度檢算，必須滿足00XtgXt mtmKPXybmc1 . 007. 01063. 71 .53530 特別強調(diào)：根據(jù)“規(guī)范”進(jìn)行驗算，計算支座的水平剪切變形時，支座的地震剪力乘以3 . 0zC，則mX021. 00。但是，本橋中墩柱未屈服，不能進(jìn)行折減。 支座抗滑穩(wěn)定性檢算，必須滿足 hzbbdER kNEkNRhzbbd1 .5356 .797101545.3515. 0同樣，如果支座的地震剪力乘以3 . 0zC，則kNEhzb5 .160。對于彈性工作的橋墩基礎(chǔ)，設(shè)計荷載取決于墩柱所受到的實際地震力：墩柱傳下來的恒載軸力： kNN8 .113439 .56712墩柱傳下來的地震剪力：