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1、桥梁博士V4 抗震分析-延性设计-盖梁柱式墩模型 基础知识 算例手册 计算报告三合一 桥梁博士V4案例教程 抗震分析解决方案 -延性设计 桥梁博士V4抗震分析-延性设计 目录 使用本资料前应注意的事项 (4) 桥梁博士V4构件法基本原则 (5) 一、地震概述 (6) 二、结构动力学基础 (7) 三、抗震分析概述 (8) 3.1 抗震分析规范 (8) 3.2 抗震分析方法 (8) 3.3 抗震分析名词 (11) 3.4 延性抗震设计 (13) 四、抗震设计流程 (14) 五、实例 (15) 5.1 工程概况 (15) 5.2 计算参数 (16) 5.2.1 采用规范 (16) 5.2.2 混凝土
2、参数 (17) 5.2.3 普通钢筋参数 (17) 5.2.4 支座参数 (17) 5.2.5 恒荷载 (17) 5.3 抗震基本要求（对应于CJJ 166-2022第三章） (18) 5.4 场地、地基与基础（对应于CJJ 166-2022第四章） (19) 六、地震作用（对应于CJJ 166-2022第五章） (20) 七、抗震分析（对应于CJJ 166-2022第六章） (21) 八、模型建立 (22) 8.1 新建项目 (23) 8.2 总体信息 (23) 8.3 结构建模 (25) 8.3.1 建模 (25) 8.3.2 截面 (29) 8.3.3 安装截面 (30) 8.4 钢筋设
3、计 (31) 8.4.1 盖梁钢筋布置 (31) 8.4.2 桥墩钢筋布置 (32) 8.4.3 桩基础钢筋布置 (33) 8.5 施工分析 (34) 8.6 抗震分析 (35) 8.6.1 E1地震作用验算 (35) 8.6.2 E2地震作用验算-弹性 (37) 8.6.3 E2地震作用验算-弹塑性 (38) 8.6.4 能力保护构件验算 (39) 8.7 执行计算 (39) 九、桥梁动力特性分析 (40) 十、抗震验算（对应于CJJ 166-2022第七、八、十一章） (42) 10.1 抗震输出参数 (42) 10.1.1 桩基础m法参数 (42) 10.1.2 配筋率 (43) 10.
4、1.3 塑性铰属性 (44) 10.2 E1地震作用下抗震验算 (45) 10.3 E2地震作用下抗震验算 (46) 10.4 能力保护构件验算 (48) 10.5 抗震构造设计 (51) 10.6 抗震措施 (51) 10.7 结论 (52) 使用本资料前应注意的事项 本资料重点讲述桥梁博士V4(Dr.BridgeV4)系统的使用方法和步骤，文中涉及的结构尺寸 和设计数据均为假设，用户不能认为是本公司推荐的同类桥梁设计的参考数据； 桥梁博士系统基于的计算理论、约定的坐标系、单位制以及数据输入的格式，这些信息 的详细解释用户可以查阅随软件提供的帮助文件或用户手册； 使用桥梁博士系统进行桥梁结构
5、分析，其结果的正确性取决于用户对结构模型简化的合 理性和对规范的充分理解；因此使用程序之前，用户必须充分理解结构受力特点，充分理解桥梁博士系统的结构处理方法；程序的执行结果也需要用户的鉴定； 本资料使用的符号均与系统支持的规范一致，具体的含义请参考有关规范。 本资料所使用的相关名词介绍如不详细，可参考程序帮助文件及用户手册，并参考 其它相关书籍以及资料进行学习理解。 由于编者水平有限，资料中不可避免有谬误之处，敬请读者批评指正，并将意见发送邮 箱：331784438 。谢谢！ 桥梁博士V4构件法基本原则 桥梁博士V4系统中，创新使用构件法，基本的建模操作对象为一个构件，在进行结构建模中，首先要
6、根据桥梁结构方案和施工方案建立构件；其次采用特征节点、施工缝节点以及一般节点进行构件划分，对于构件的划分一般遵从以下原则： ?特征节点：对于构件所关心的位置须设特征节点。 ?支承处应设置特征节点并定义为跨径分界线； ?梁跨中、拱顶等在后处理的关键位置处应设置特征节点，便于后处理查询； ?构件连接处应设置特征节点，便于边界条件定义； ?构件变截面的起点和终点应编制特征节点； ?不同构件的交点或同一构件的折点处应编制特征节点； ?当施工分界线的两侧位移不同时，应设置两个不同的特征节点，利用主从约束关系考虑该节点处的连接方式； ?施工缝节点：对于构件在施工过程中有施工分界的位置须设施工缝节点。 ?构
7、件的起点和终点编制施工缝节点，程序可以自动考虑； ?构件的施工分界线应编制施工缝节点，自动形成施工段，如悬臂浇筑（拼装）的节段处、预制拼装梁的湿接缝处等位置。 ?一般节点：其余针对构件的划分须设一般节点。 ?对桥面单元的划分不宜太长或太短，可以采用标准单元长度12m，须保证每跨至少8个单元。应根据施工荷载的设定并考虑活载的计算精度统筹兼顾，因为活载的计算是根据桥面单元的划分，记录桥面节点处位移影响线，进而得到各单元的内力影响线经动态规划加载计算其最值效应，因此对于考虑特征节点、施工缝节点等以后的模型，用户可以采用一般节点进行加密。 ?对于索单元一根索应只设置一个单元。 ?命名原则：除一般节点外
8、，特征节点与施工缝节点为了区分以及避免混乱皆需用户自定义命名，命名原则：字母+数字；如S0、Z12等。 一、地震概述 ?地震：是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。 ?地震震级：衡量一次地震大小的等级。 ?地震烈度：衡量地震破坏作用大小的一个指标，它表示某一地区的地面和各类建筑物受某一次地震影响的强弱程度。对于一次地震来说，震级只有一个，烈度随着地点的变化有若干个。 ?基本烈度：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，即?中国地震烈度区划图?规定的烈度。 ?地震动：地面运动，指由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的振动。特性：地震动三要
9、素，即地震动强度（振幅、峰值）、频谱特性和强震持续时间。（划分场地类别的依据-四类）?地震波：当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积聚的变形能突然释放，引起剧烈的振动，振动以弹性波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。分为体波和面波。 ?体波：在地球内部传播的波，分为纵波和横波。 ?纵波：P波。由震源向四周传播的压缩波，周期较短，振幅较小，波速较快。使结构产 生上下颠簸； ?横波：S波。由震源向四周传播的剪切波，周期较长，振幅较大，波速较慢。使结构产 生水平摇动。 ?面波：在地球表面传播的波。即产生上下颠簸又产生水平摇动。 ?先后顺序：P波S波面波。由S波和面波产生的水平振动是导致结构地震破坏的
10、重要因素。 二、结构动力学基础 ?基本物理公式： ?牛顿第二定律：F=ma（最大特点：瞬时性） ?自振周期：T=2m k ?频率：f=1 T ?参考书籍： ?结构动力学（第二版）R.克拉夫J.彭津 ?桥梁抗震（第三版）叶爱君管仲国 ?胡聿贤.地震工程学，地震出版社，2022 ?范立础.桥梁抗震，同济大学出版社，1997 ?应用弹塑性力学（第二版）卓卫东 ?达朗贝尔原理 (DAlembert)：直接考虑作用于质量上全部力的平衡，即任何质量m的动量变化率等于作用在其上的力。质量所产生的惯性力与它的加速度成正比，但方向相反。 ?基本动力体系的运动方程：f I(t)+f D(t)+f S(t)=p(t
11、) ?考虑支座激励：mu?(t)+cu?(t)+ku(t)=?mu?g(t)（即考虑地面加速度） 三、抗震分析概述 3.1 抗震分析规范 ?中国现行规范：共计5本 ?JTG/T B02-01-2022 公路桥梁抗震设计细则? ? JTG B02-2022 公路工程抗震规范? ?CJJ 166-2022 城市桥梁抗震设计规范? ?GB 50111-2022 铁路工程抗震设计规范? ?GB 50909-2022 城市轨道交通结构抗震设计规范? 3.2 抗震分析方法 表3.2-1 抗震分析方法汇总概述 ?静力法：假定结构物与地震动具有相同的振动，把结构物在地面运动加速度a作用下产生的惯性力视做静力作
12、用于结构物上作抗震计算。 ?PUSHOVER分析：考虑构件的材料非线性特点，分析构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构响应的方法。是基于性能的耐震设计方法。 则是评价结构在大震作用下是否满足预先设定的目标：“大震不倒”。 ?实现：逐渐加大预先设定的荷载（推覆荷载，尽量接近于地震惯性力的分布）直到最大性能 控制点位置，可获得荷载-位移能力曲线来进行抗震评价。 ?目的：桥墩墩顶位移：是否满足规范的弹塑性桥墩墩顶位移限值。 构件的局部变形：塑性铰的变形以及允许变形。 构件截面的最大内力：取用设计内力支持能力保护构件的验算。 ?计算方法：牛顿第二定律。地震力F=m?a。 ?反应谱：反应谱是单自由度弹
13、性体系在给定的地震作用下，某个最大反应量（位移、速度、加速度）与体系自振周期的关系曲线。 ?规范反应谱：在大量地震加速度记录输入后回执得到众多反应谱曲线的基础上，再经过平均与光滑化之后，才可以得到供设计使用的规范反应谱曲线（加速度与体系自振周期的关系曲线）。 规范采用。规范08细则反应谱：通过对823条水平强震记录统计分析得到的，有效周期10s； 规范11城市规范反应谱：采用?建筑抗震设计规范?，有效周期6s。 位移反应谱速度反应谱加速度反应谱?单振型反应谱法：计算单自由度体系的最大地震响应的分析方法。 ?多振型反应谱法：是将多自由度体系视为多个单自由度体系，通过计算各自由度体系的最大地震响应
14、后再进行组合的方式计算多自由度体系的最大地震响应的分析方法。 ?计算方法： ?单自由度：同时考虑了地面运动（特征周期、地震动峰值加速度等）和结构的动力特性（自 振周期、阻尼比等）：mu?(t)+cu?(t)+ku(t)=?mu?g(t)。 ?多自由度：振型叠加法，利用振型的正交性，将多自由度体系的复杂振动分解为单自由度的 独立振动再进行叠加（在单自由度运动方程中考虑质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵）。 ?主振型的正交性：相应于某一振型作简谐运动的能量不会转移到其它振型上去，也就不会引 起其他振型的振动。因此，各个主振型可单独存在而不互相干扰。 ?动态时程法：由时程分析可得到各个质点随时间变化的位移
15、、速度和加速度动力反应，进而计算构件内力和变形的时程变化。从选定合适的地震动输入（地震动加速度时程）出发，采用多节点多自由度 的结构有限元动力计算模型建立地震振动方程，然后采用直接积分法（或振型叠加法）对方程进行求解，计算地震过程中每一瞬时结构的位移、速度和加速度反应，从而分析出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏直至倒塌的全过程。 ?计算方法： ?直接积分法：根据已知的位移、速度、加速度和荷载条件，从前一时刻计算下一时刻地震反 应（不需结构自振计算）。适用于各种单自由度体系和多自由度体系，而且，适用于线性地 震反应分析，也适用于非线性地震反应分析。 ?振型叠加法：
16、利用振型的正交性，将多自由度体系的复杂振动分解为单自由度的独立振动再 进行叠加（需要结构自振计算）。适用于多自由度体系且线性地震反应分析（凡是涉及非线 性都不能采用此方法，包括：非线性计算、非线性连接单元-减隔震桥梁、考虑塑性铰等）。 3.3 抗震分析名词 ?设防标准：根据地震动背景，为保证工程结构在寿命期内的地震损失（人员伤亡及经济损失）不超过规定的水平或社会可接受的水平，规定工程结构必须具备的抗震能力。（抗震设计准则） ?设防原则：总要求和总目的。CJJ 166-2022：使城市桥梁经抗震设防后，减轻结构的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失。 ?设防目标：具体目标。CJJ 166-202
17、2：在E1地震作用下，各类桥梁结构总体反应在弹性，基本无损伤，震后立即使用；在E2地震作用下，甲类桥梁结构轻微损坏，震后不需修复或经简单修复可继续使用，乙类桥梁有限损伤，经抢修可恢复使用，永久性修复后恢复正常运营功能，丙类桥梁不产生严重的结构损伤，经临时加固，可供紧急救援车辆使用，丁类桥梁震后不至倒塌。 ?设防环境：拟设防工程的地震危险性。 ?设防参数：在考虑工程抗震设防时，采用哪种物理量（参数）来进行工程设防。（地震动参数） ?设防水准：确定设防地震概率水平，一般用地震超越概率或地震重现期来表示。（E1、E2地震作用）?设防等级：设防目标以及设防水准不同导致不同的设防等级。（通过调整重要性系
18、数Ci来调整重现期进而体现） ?设防依据：?中国地震动参数区划图?取代?中国地震烈度区划图?。 ?抗震设计思想：小震不坏、中震可修、大震不倒。 ?抗震设计方法：两水准设防、两阶段设计。（用结构是否满足强度和延性要求来判断结构的抗震安全性） ?常规桥梁的两种抗震设计策略：延性抗震设计和减隔震设计。 ?抗震体系：延性抗震体系和减隔震体系。 ?常规桥梁的两种地震动输入：地震加速度反应谱（反应谱法）和地震动加速度时程（动态时程法）。?E1地震作用：工程场地重现期较短的地震作用，对应于第一级设防水准。 ?E2地震作用：工程场地重现期较长的地震作用，对应于第二级设防水准。 ?能力保护设计方法：为保证在预期地震作用下，桥梁结构中的能力保护构件在弹性范围工作，其抗弯能力应高于塑性铰区抗弯能力的设计方法。 ?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，统称为能力保护构件）之间建立强度安全等级差异，已确保结构不会发生脆性的破坏模式。与常规的强度设计方法相比，采用能力设计方法设计的抗震结构具有明显优势。