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1、1新规范桥梁抗震设计详解新规范桥梁抗震设计详解北京MIDAS技术有限公司2一、一、桥桥梁构造、材料概况梁构造、材料概况桥桥梁形式：三跨混凝土梁形式：三跨混凝土悬悬臂梁臂梁桥桥梁梁长长度：度：L=30+50+30=110.0 mL=30+50+30=110.0 m，其中中跨，其中中跨为为挂孔挂孔结结构，挂孔梁构，挂孔梁为为一般一般钢钢筋混凝土梁，梁筋混凝土梁，梁长长16m 16m，墩，墩为钢为钢筋混筋混凝土双柱凝土双柱桥桥墩，墩高墩，墩高15m15m预应预应力布置形式：力布置形式：T T构部安排置构部安排置顶顶板板预应预应力，力，边边跨配置底跨配置底板板预应预应力力跨中箱梁截面跨中箱梁截面墩墩顶
2、顶箱梁截面箱梁截面3一、一、桥桥梁构造、材料概况梁构造、材料概况4材料材料混凝土混凝土 主梁接受主梁接受JTG04JTG04（RCRC）规规范的范的C50C50混凝土混凝土 桥桥墩接受墩接受JTG04JTG04（RCRC）规规范的范的C40C40混凝土混凝土钢钢材材 接受接受JTG04JTG04（S S）规规范，在数据范，在数据库库中中选选Strand1860Strand1860荷荷载载恒荷恒荷载载 自重，在程序中按自重自重，在程序中按自重输输入，由程序自入，由程序自动计动计算算一、一、桥桥梁构造、材料概况梁构造、材料概况5预应预应力力 钢钢束束(15.2 mm31)(15.2 mm31)截面
3、面截面面积积:Au=4340 mm2:Au=4340 mm2 孔道直径孔道直径:130 mm:130 mm 钢钢筋松弛系数筋松弛系数(开开),),选择选择JTG04JTG04和和0.3(0.3(低低松弛松弛)超超张张拉拉(开开)预应预应力力钢钢筋抗拉筋抗拉强强度度标标准准值值(fpk):1860N/mm2(fpk):1860N/mm2 预应预应力力钢钢筋与管道壁的摩擦系数筋与管道壁的摩擦系数:0.25:0.25 管道每米局部偏差管道每米局部偏差对对摩擦的影响系数摩擦的影响系数:1.5e-006(1/mm):1.5e-006(1/mm)锚锚具具变变形、形、钢钢筋回筋回缩缩和接和接缝压缩值缝压缩值
4、:起先点起先点:6mm:6mm 结结束点束点:6mm:6mm 张张拉力拉力:抗拉抗拉强强度度标标准准值值的的75%75%，张张拉限拉限制制应应力力1395MPa1395MPa一、一、桥桥梁构造、材料概况梁构造、材料概况6 该桥位于某7度区二级马路上，水平向基本地震加速度值 0.15g。按中国地振动反应谱特征周期区划图查的场地特征周期为：0.4s。经现场勘察测得场地土质和剪切波速如下：二、二、桥桥梁梁场场地概况地概况7三、基本参数确定三、基本参数确定1 1、判、判别桥别桥梁梁类类型：型：二级马路大桥，故该桥为B类桥梁。82 2、确定、确定设设防烈度：防烈度：在7度区，按8度设防三、基本参数确定三
5、、基本参数确定93 3、确定土、确定土层层平均剪切波速：平均剪切波速：土层平均剪切波速为：209.8m/s四、四、场场地地类别类别确定确定104 4、确定工程、确定工程场场地覆盖地覆盖层层厚度：厚度：按此条规范确认为：11.5m。四、四、场场地地类别类别确定确定115 5、确定、确定场场地地类别类别：查得场地类别为类场地四、四、场场地地类别类别确定确定126 6、依据土、依据土质质推断是否推断是否须须要抗液化措施：要抗液化措施：判别地基不液化，不需进行抗液化措施。五、液化判五、液化判别别13E1地震作用下抗震分析步骤147 7、确定、确定桥桥梁梁类类型：型：确定为规则桥梁158 8、确定分析方
6、法：、确定分析方法：接受MM法。16E1E1地震反地震反应谱应谱的确定的确定179 9、确定重要性系数、确定重要性系数 ：得该桥在E1地震作用下重要性系数为 ，在E2地震作用下重要性系数为E1E1地震反地震反应谱应谱的确定的确定181010、依据基本烈度（非、依据基本烈度（非设设防烈度）确定防烈度）确定场场地系数地系数E1E1地震反地震反应谱应谱的确定的确定191111、确定、确定设计设计基本地振基本地振动动加速度峰加速度峰值值A A：在设防烈度8度区，A值取为0.3gE1E1地震反地震反应谱应谱的确定的确定201212、调调整整设计设计加速度反加速度反应谱应谱特征周期特征周期调整后为：E1E
7、1地震反地震反应谱应谱的确定的确定211313、对对阻尼比阻尼比为为0.050.05的的标标准反准反应谱进应谱进行修正行修正阻尼比为：0.05，计算阻尼调整系数得E1E1地震反地震反应谱应谱的确定的确定22E1E1地震反地震反应谱应谱的确定的确定1414、生成反、生成反应谱应谱23空空间动间动力分析模型的建立力分析模型的建立 与静力分析模型的区分：不在精细地模拟，而重点是要真实、精确地反映结构质量、结构及构件刚度、结构阻尼及边界条件。-参见规范6.3 模 型质量刚度阻尼边界条件24-参见规范6.3质质量：量：1 1、将建立的模型、将建立的模型进进行行质质量量转换转换。集中集中质质量法：一般梁量
8、法：一般梁桥选择桥选择，计计算省算省时时，不能考不能考虑虑扭扭转转振型。振型。一一样质样质量法：通用，量法：通用，耗耗时时，可以考，可以考虑虑扭扭转转振型。振型。路灯路灯质质量量转换转换2、将二期等反映铺装的荷载转换成质量。3、对于没用荷载表示的附属构件，如路灯等，可在节点上施加相应的质量块。空空间动间动力分析模型的建立力分析模型的建立25 刚刚度：度：构件构件刚刚度在地震来往复作用下一般会降低，理度在地震来往复作用下一般会降低，理论论上上应应运用各个构件的相运用各个构件的相对动刚对动刚度，但度，但选择选择静静刚刚度度满满足工程要求。足工程要求。阻尼：阻尼：一般运用阻尼比一般运用阻尼比 来反来
9、反应应整个整个桥桥梁的全梁的全部阻尼。部阻尼。1 1、钢钢筋混凝土、筋混凝土、预应预应力力钢钢筋混凝土梁筋混凝土梁桥桥阻尼比一阻尼比一般般选择选择 2 2、钢桥钢桥阻尼比一般阻尼比一般选择选择 3 3、钢钢混混结结合梁合梁桥桥分分别别定定义钢义钢构件构件组组组组阻尼比阻尼比 、混、混凝土构件凝土构件组组组组阻尼比阻尼比 ，程序，程序计计算各算各阶阶振型阻尼比：振型阻尼比：4 4、钢钢混叠合梁混叠合梁桥桥可运用介于可运用介于0.02-0.050.02-0.05之之间间的阻尼的阻尼比如：比如：0.040.04-参见规范6.3空空间动间动力分析模型的建立力分析模型的建立26 边边界条件：各个界条件：
10、各个连连接构件（支座、接构件（支座、伸伸缩缝缩缝）及地基）及地基刚刚度的正确模度的正确模拟拟。支座：支座：一般板式橡胶支座：一般板式橡胶支座：弹弹性性连连接接输输入入刚刚度。度。固定盆式支座：主从固定盆式支座：主从约约束或束或弹弹性性连连接。接。-参见规范6.3活动盆式支座：志向弹塑性连接单元。滑板支座：双线性连接单元。摩擦摆隔震支座、钢阻尼器、液体阻尼器：程序特地的模拟单元。空空间动间动力分析模型的建立力分析模型的建立27地基地基刚刚度的模度的模拟拟：在墩低加上弹簧支承，算出各个方向上的弹簧刚度。-参见规范6.3真实模拟桩基础，利用土弹簧精确模拟土对桩的水平侧向力、竖向摩阻力。一般可用表征土
11、介质弹性的“M”法。空空间动间动力分析模型的建立力分析模型的建立28桥桥梁参与梁参与组组合合计计算的振型算的振型阶阶数的确定数的确定两种方法确定结构自振特性：特征值求解和利兹向量求解。为了快速满足规范6.4.3，常常会用利兹向量法来计算参与组合计算的振型。自振特性分析自振特性分析29SRSS法和CQC法：依据规范6.4.3，有SRSS法和CQC法以供选择。当结构振型分布密集，互有耦联时，举荐用CQC。振型振型组组合方法的确定合方法的确定30依据规范5.1.1，该直线桥只需考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用。地震作用重量地震作用重量组组合的确定合的确定31 桥台高4 ，台背宽10 ，侧宽3 ，土的
12、容重为 ，土的内摩擦角为：依据规范5.5.2，土压力分布力 ，本例转化成集中力台背为：412 。侧向为：124 地震主地震主动动土土压压力力32一般冲刷线算起的水深为：5m。水的容重为：，依据规范5.5.3，地振动水压力为0.92kN 地振地振动动水水压压力力33强强度度验验算算 按现行的马路桥涵设计规范相应的规范验算桥墩的抗弯强度34E2地震作用下抗震分析步骤351 1、确定分析方法：、确定分析方法：接受MM法或NTH法。362 2、E2E2反反应谱应谱的确定的确定MMMM法法 步步骤骤与与E1E1反反应谱应谱的确定相同，但需留意重要性的确定相同，但需留意重要性系数系数 的取的取值值不同，其
13、他参数相同，得不同，其他参数相同，得E2E2地震地震作用下反作用下反应谱应谱如下。如下。373 3、空、空间间模型建立及荷模型建立及荷载载施加施加MMMM法法与与E1E1地震作用下的分析步地震作用下的分析步骤骤相同相同空空间动间动力分析模型的建立力分析模型的建立(延性构件抗弯延性构件抗弯刚刚度需度需做相做相应应折减）折减）自振特性分析自振特性分析振型振型组组合方法的确定合方法的确定地震作用重量地震作用重量组组合的确定合的确定地震主地震主动动土土压压力力地振地振动动水水压压力力384 4、强强度度验验算算MMMM法法 按现行的马路桥涵设计规范相应的规范验算桥墩的抗弯强度，但与E1的强度验算不完全
14、相同,与加州交通部(CALTRANS)规范一样。394 4、强强度度验验算算MMMM法法 求延性构件的有效求延性构件的有效截面抗弯截面抗弯刚刚度度 利用利用规规范公式范公式计计算算查查附附录录A A得到得到理理论论方法求解方法求解CIVILCIVIL程序程序计计算算通通过轴压过轴压比、比、纵纵筋配筋率筋配筋率查查附附录录404.14.1、理、理论论方法求解方法求解 、MMMM法法1 1、确定、确定 曲曲线线 条条带带法（法（纤维纤维模型、将材料的模型、将材料的应应力力应变应变关系曲关系曲线转换线转换成截面内力成截面内力变变形关系曲形关系曲线线）基本假定：基本假定：（1 1）平截面假定；（）平截
15、面假定；（2 2）剪切）剪切应变应变的影响忽的影响忽视视不不计计；（；（3 3）钢钢筋与混凝土之筋与混凝土之间间无滑移无滑移现现象象 一般接受逐一般接受逐级级加加变变形的方法求形的方法求 曲曲线线。2 2、依据、依据 曲曲线线确定屈服弯矩确定屈服弯矩 、屈服曲率、屈服曲率 一般接受几何作一般接受几何作图图法（包括等能量法、通法（包括等能量法、通用屈服弯矩法等）将确定的用屈服弯矩法等）将确定的 曲曲线线近近视简视简化化为为双折双折线线型或三折型或三折线线型骨架模型，型骨架模型，规规范范7.4.47.4.4举举荐的是几何作荐的是几何作图图法中的等能量法将法中的等能量法将 曲曲线转换为线转换为双折双
16、折线线骨架模型。骨架模型。414.24.2、civilcivil程序程序计计算算 、MMMM法法1 1、用、用动动力力弹弹塑性模塑性模块块中的中的纤维纤维模型来求解屈服弯矩模型来求解屈服弯矩 。（1 1）混凝土的）混凝土的应应力力应变应变曲曲线线需依据需依据爱护层爱护层混凝土和混凝土和约约束混凝土的束混凝土的本构关系分本构关系分别别确定。确定。（2 2）程序会依据）程序会依据ACIACI或或ACJACJ规规范自范自动计动计算算 曲曲线线并并转换转换成三折成三折线线骨架模型得到屈服弯矩骨架模型得到屈服弯矩 、各折、各折线线的折减率等。的折减率等。2 2、用静力、用静力弹弹塑性模塑性模块块中的中的
17、铰铰属性来得到屈服弯矩属性来得到屈服弯矩 。i）对截面进行配筋设计后，将程序中美国联邦紧急管理厅出版的房屋抗震加固指南FEMA定义的基本铰属性，安排给定义好的单元，自动计算屈服面特性值，得到截面屈服弯矩 。ii)通过pushover分析得到铰的基本属性，计算截面屈服弯矩 。两种方法42MMMM法法4.24.2、pushoverpushover分析方法分析方法43i i、依据、依据铰铰的特性的特性值椭圆值椭圆内插内插计计算算MMMM法法 44iiii、利用、利用pushoverpushover分析分析计计算算MMMM法法 由程序的pushover图形结果得454.34.3、通、通过过 、计计算算
18、MMMM法法本例通过civil程序求解屈服弯矩，可见用静力弹塑性模块中的铰属性来得到屈服弯矩的两种方法相差甚少，均可接受。用椭圆内插取墩底屈服弯矩：用椭圆内插取墩顶屈服弯矩：通过附录B，计算矩形截面屈服曲率：得到墩底抗弯刚度：465 5、变变形形验验算算MMMM法法 规范7.4.2条是对截面层次上的曲率延性系数验算的变更形式 规范7.4.6条是对构件层次上的位移延性系数验算的变更形式475 5、变变形形验验算算MMMM法法 规则性桥梁，故仅需按验算墩顶位移486 6、变变形形验验算算MMMM法法 计算得墩顶纵向水平位移 横向水平位移计计算算E2E2作用下墩作用下墩顶顶双向双向实际实际位移位移4
19、96 6、墩、墩顶顶容容许许位移位移值计值计算算MMMM法法横向容许位移接受pushover分析方法计算。依据公式算得 ，纵桥向容许位移 506 6、横向容、横向容许许位移位移计计算算MMMM法法 因为塑性铰的容许转动实力对应的是塑性铰的极限状态，通过对结构做pushover分析得到墩的底部塑性铰在第52载荷步先达到极限状态。516 6、横向容、横向容许许位移位移计计算算MMMM法法由规范7.4.8条知，此时对应的墩顶到处横向水平位移既为容许位移。526 6、横向容、横向容许许位移位移计计算算MMMM法法查看实力曲线：536 6、水平位移、水平位移验验算算MMMM法法墩顶纵桥向水平位移 ,验算
20、不通过 横桥向水平位移 ，验算通过 547 7、实实力力爱护爱护构件构件设计设计MMMM法法本例中墩柱的抗剪作为实力爱护构件 本例为连续刚构桥，故沿纵桥向端部为塑性铰区域；双柱墩，故沿横桥向端部为塑性铰区域557 7、实实力力爱护爱护构件构件设计设计MMMM法法567 7、实实力力爱护爱护构件构件设计设计MMMM法法577 7、实实力力爱护爱护构件构件设计设计MMMM法法 C点对应的为极限状态。585 5、变变形形验验算算MMMM法法点C为铰的极限状态点。查看下图可得：墩底极限弯矩墩顶极限弯矩双向截面特性完全一双向截面特性完全一样样597 7、实实力力爱护爱护构件构件设计设计MMMM法法经过程序的pushover计算得到 ，由上页式（）计算得到纵桥纵桥向由向由轴压轴压比和材料、截面属性比和材料、截面属性计计算的剪力算的剪力设计值设计值。截面属性双向同性，横桥向剪力设计值也为1119.3KN607 7、实实力力爱护爱护构件构件验验算算MMMM法法计算得到纵桥向横桥向 计计算算E2E2地震作用下的双向剪力地震作用下的双向剪力实际值实际值。与前述计算得到的值相比较取小值，得纵桥向横桥向 。617 7、实实力力爱护爱护构件构件验验算算MMMM法法计算得到纵桥向横桥向 均不通均不通过过。