桥梁结构抗震

1、 桥梁结构抗震一基本知识点地震：地球内某处因地球构造运动岩层突然破裂（构造地震）,或因局部岩层塌陷(塌陷地震)、火山爆发(火山地震）等发生了振动，并以波的形式传到地表引起地面的颠簸和摇晃。震源:地球内部岩层破裂引起振动的地方称为震源震中：震源在地表的投影点横波; 地震横波是振动方向和波的传播方向垂直的波纵波:是推进波，地壳中传播速度为557千米/秒,最先到达震中,又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱震中距：地面上任何一点到震中的直线距离称为震中距震源深度：震源在地面上的垂直投影，地面上离震源最近的一点称为震中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。）2. 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3. 地震的分类：a) 按地震成因分成人工地震和天然地震。天然地震主要包括构造地震、火山地震和陷落地震.b) 地震工程中，研究的对象主要有三：地震动、结构、结构反应。4. 地震震级：衡量一次地震大小的等级(里氏震级ML )5. 地震烈

2、度（衡量地震破坏作用大小的一个指标）：影响因素有:震级、震中距a) 震源深度、地质构造和地基条件。6. 基本烈度:指该地区今后一个时期内，在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度7. 地震波:地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。 1. 体波(纵波（P波），横波(S波）：速度快2. 面波(瑞利波（R波）和乐浦波（ L波)）:破坏性大8. 地震动（地震波引起的地表附近土层的振动）：地震和结构抗震之间的桥梁、结构抗震设防时的依据9. 地震动与常用荷载的差别:1) 常用荷载以力的形式出现，而地震动则以运动方式出现;2) 常用荷载一般为短期内大小不变的静力，地震动则是迅速变化的随机振动；3) 常用荷载大多是竖向的，而地震动则是水平、竖向甚至扭转同时作用的。4) 除了这些本质区别之外，与静力荷载相比，地震动具有更大的不确定性，这使得抗震设计不能完全依靠强度安全储备。由于地震动与静力荷载的这些不同特点，使得桥梁抗震设计不能照搬常规静力荷载设计思路。10. 地震动三要素：地震动的振幅、频谱、持续时间11. 地震动特性的影响因素：震源、传播介质与途径、局部场地条件（现行规范把场地土划分为四类二桥

3、梁震害及启示A. 地基失效引起的破坏（静力作用）:人为工程所难以抵御，尽量通过场地选择避开：活动断层及其邻近地段、可能发生滑坡或崩塌地段、有可能液化的软弱土层地段B:结构强烈振动引起的破坏（动力作用），外因：结构遭遇的地震动的强度远远超过设计预期的强度;内因：结构设计和细部构造以及施工方法上存在缺陷：如:构件强度和延性不足、各构件之间连接不牢、结构布置和构造不合理等1， 上部结构的震害：上部结构自身的震害、上部结构的移位震害、上部结构的碰撞震害2， 支座的震害3， 下部结构和基础的震害:钢筋混凝土墩柱的破坏形式主要有弯曲破坏和剪切破坏.还有基脚破坏。比较高柔的桥墩多为弯曲型破坏；矮粗的桥墩多为剪切破坏;介于两者之间的为混合型。l 墩柱的弯曲破坏：主要是约束箍筋配置不足、纵向钢筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性不足。l 桥梁墩柱的剪切破坏非常常见：纵向箍筋过早剪断，箍筋不足l 墩柱的基脚破坏4， 框架墩的震害：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5， 桥台的震害：地基失效引起的桥台滑移；台身与上部结构的碰撞破坏;桥台向后倾斜基础的震害：基

4、础震害的主要原因：地基失效。扩大基础：地基失效。桩基础的震害：地基失效。上部结构传递的惯性力引起的桩基剪切、弯曲破坏，桩基设计不当：桩基深入稳定土层没有足够长度,桩顶与承台联结构造措施不足等。桩基震害有极大的隐蔽性。在软弱地基上，采用桩基础的结构往往比无桩基础的结构具有更好的抗震性能。6， 桥梁震害的教训及启示：l 支承连接部件失效：支座破坏（固定支座：强度不足；活动支座：位移能力不足）合理设计；墩、台顶，挂梁支承牛腿处支承面太窄,又没有可靠的约束装置 落梁（高墩，相邻墩、台刚度突变处，斜弯桥，两种结构体系过渡孔处）规范规定最小支承面，设置约束装置l 碰撞引起的破坏：设置较大的间距避免；加装缓冲材料（橡胶垫）l 桥梁墩、台破坏（桥台自身破坏很少）: 墩柱延性不足：横向约束箍筋配置不足； 墩柱抗剪强度不足:横向约束箍筋配置不足； 框架墩节点剪切强度不足：配筋不足; 构造缺陷:横向约束箍筋数量不足和间距过大，纵向钢筋焊接强度不够或搭接失效，纵筋过早切断，纵向钢筋和横向箍筋锚固长度不足;箍筋端部没有作成弯钩等。l 基础破坏：桩基自身设计强度的不足或构造处理不当三：桥梁抗震设计1， 抗震设计流

5、程图：开始，抗震设防要求确定，抗震概念设计,地震反应分析，抗震性能验算（不通过，则修改设计)，抗震构造设计，结束2， 由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。可分为反应谱法、振型分解反应谱法、弹性时程分析法、静力弹塑性方法、弹塑性时程分析法3， 结构抗震设计理论由四个方面的内容构成： 输入地震动、结构和构件的动力模型、结构地震反应分析方法、结构抗震设计原则和方法4， 按设计参数来分类，抗震设计理论主要包括强度设计理论、延性设计理论、减隔震设计理论和振动控制理论。5， 如果按结构地震反应分析方法来分类，迄今可用的抗震设计理论可归纳为三类：静力理论、反应谱理论、动力理论。6， 结构抗震设计理论按输入地震动来分类，可确定性理论和随机振动理论.7， 加速度波形的三大要素包括幅值、频谱和持续时间.进行结构地震反应的直接动力时程分析时，所采用的输入地震时程有三类：拟建场地的实际强震记录、其它同类场地的强震记录和人工模拟地震加速度时程8， 抗震设防要求：地震超越概率与重现期。 地震超越概率： 一定场地在未来一定时间内遭遇到大于或等于给定

6、地震的概率,常以年超越概率或设计基准期超越概率表示。 地震重现期：一定场地重复出现大于或等于给定地震的平均时间间隔。9， 基本烈度：一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10超越概率的地震烈度值.10,设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 。11,桥梁抗震设计遵循的基本原则： （1）场地选择原则；场地选择的基本原则是应充分利用对抗震有利的地段,避开不利地段，以避免或减轻在地震作用下因地基变形或地基失效对结构造成的破坏；此外，一般不应在危险地段建造工程结构物。 （2）体系的整体性和规则性原则;结构的整体性要好。对于桥梁结构，上部结构应尽可能设计成连续的.整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面或立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。 （3）结构和构件的强度与延性的均衡原则;强度与延性是决定结构抗震能力的两个重要参数。只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。一般情况下，结构经历的非弹性变形越大，其破坏程度也越高.因此，在设计抗震结构时，应当在设计

7、强度和延性水平之间取得适当的均衡 （4）能力设计原则；能力设计原则强调强度安全度差异，即在不同构件（延性构件和能力保护构件-不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件）和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应,不发生脆性的破坏模式。 （5)多道抗震防线原则:应力图使工程结构具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支承结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。与建筑结构相比，桥梁结构在这方面可利用的余地通常并不大.12，抗震概念设计：根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的.13,理想的桥梁结构体系布置：（1) 几何线形：直桥，各墩高度相差不大。(2) 结构布局:上部结构连续,伸缩缝尽可能少；桥梁保持小跨径；弹性支座布置在多个桥墩上；各个桥墩的强度和刚度在各个方向都相同；基础建造在坚硬场地上。14,地震反应分析方法： 确定性方法：动力反应谱法和动态时程分析法 概率性方法15

8、,地震反应谱基本概念:以不同单自由度体系的周期为横坐标，以不同阻尼比为参数，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，分别简称为位移反应谱、速度反应谱和加速度反应谱，并用符号记为SD、SV和SA16，反应谱的两条基本特性：绝对刚性结构( ): SD=0, SV=0， SA=Agmax 绝对柔性结构(): SD=Dgmax, SV=Vgmax, SA=017,规范反应谱：对大量的反应谱曲线进行平均与光滑化,就可以得到供设计使用的规范反应谱曲线。现行规范采用的阻尼比为5。18，振型分解法：利用振型的正交性，将联立微分方程组分解成一系列相互独立的振动方程,然后采用单质点体系的反应谱理论来计算各振型最大反应,最后将各振型的反应组合起来得到结构的最大反应。19，反应谱法的缺陷:只是弹性范围内的概念;只能得到最大反应；存在振型组合问题等20梁式桥等中小跨度桥梁一般可采用SRSS方法组合，大跨度桥梁一般可采用CQC方法组合。21，延性抗震：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.22,能力保护设计:为使桥梁结构在预期地震作用下，保证桥梁非塑性铰区构件在弹性范围工作,其

9、抗震性能高于塑性铰区的设计方法。23，防落梁系统：为防止在地震中发生桥梁上部结构落下而设置的构造系统。它由加长桥梁支承部分的长度、防止落梁装置、限制位移量构造和防止桥面出现梯状竖向错位装置组成.24，提高钢筋混凝土墩柱的延性：用做成密排螺旋筋或箍筋形式的横向约束钢筋来约束混凝土25，减隔震设计：在桥梁上部结构和下部结构或基础之间设置减隔震系统,以增大原结构体系阻尼和(或)周期,降低结构的地震反应和（或)减小输入到上部结构的能量，达到预期的防震要求。26，减隔震技术的基本原理：采用柔性支承延长结构周期,减小结构地震反应；采用阻尼器装置耗散能量,限制结构位移；保证结构在正常使用荷载作用下具有足够的刚度27,采用减隔震技术的附加好处：1)通过合理设计减隔震系统,可改善地震力在下部结构各支座间的分布，以保护基础、墩台等，必要时还可保护上部结构. 2）有些减隔震支座在正常使用条件下，由温度、收缩、徐变等变形引起的抗力很小。（可在超多跨连续梁桥中采用）28，采用减隔震技术的附加问题及解决办法：（1）通过延长结构的自振基本周期来达到折减地震力的目的，必然伴随着结构位移反应的增大，从而可能造成设计上的困难。（2）由于结构较柔，在正常使用荷载作用下，结构还可能发生有害的振动.(3）为了控制过大的变形，通常需要在结构系统中引入阻尼装置，以增加结构的阻尼,从而减低结构的位移反应.此外，增加结构的阻尼，还可同时降低结构的动力加速度。

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