桥梁抗风与抗震
1.桥梁抗震
1.1桥梁的震害及破坏机理
调查与分析桥梁的震害及其破坏机理是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。
国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，桥梁震害主要表现为：
(1)上部结构的破坏：桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形不多，一般都是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而引起的。如落梁，一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低估横向地震作用和位移。导致活动节点处所设置的支座长度明显不足以及相邻梁体之间因横向距离不足而引起的相互冲击，造成落梁及相邻结构的撞击破坏；另外一种是由于地基土的作用造成大的地震位移，这种桥梁震害主要发生在建在软土或者可能液化的地基土上的桥梁上。软土通常会使结构的振动反应放大，使得落梁的可能性增加。
(2)支座连接部位的破坏：这中破坏比较常见，由于连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。
(3)下部结构和基础的破坏：下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲破坏，矮粗的桥墩多为剪切型破坏，介于两者之间的为混合型。地基破坏主要表现为砂土液化，地基失效，基础沉降和不均匀沉降破坏及由于其上承载力和稳定性不够，导致地面产生大变形，地层发生水平滑移，下沉，断裂。
(4)桥台沉陷，当地震加速度作用时，由于桥台填土与桥台是不完全固结的，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用，桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转，导致基础破坏。如果桥台基础在液化土上，又将引起桥台垂直沉陷，最终导致桥梁破坏。
以上所介绍桥梁的几种破坏形式是相互影响的，不同的地质条件和不同的抗震措施所造成的破坏程度和类型往往是不同的。这就要求我们在桥梁设计中尤其是不规则桥梁和大跨度桥梁，必须从整体分析桥梁的抗震性能。
1.2抗震分析理论
桥梁结构的地震反应分析应以地震场地运动为依据。目前确定性的地震反应分析方法有静力法，动力反应谱法和动态时程分析法。
静力法假定结构与地震动具有相同的振动，把结构在地面运动加速度作用下产生的惯性力视为静力作用于结构物上做抗震计算。
动力反应谱法也是采用“地震荷载”的概念，从地震动出发求结构的最大地震反应，但同时考虑了地面运动和结构的动力特性，比静力法有很大进步。反应谱法概念简单，计算方便，可用较少的计算量获得结构的最大反应值。目前大多数分析软件都能很好的处理反应谱计算的问题。但是反应谱只是弹性范围内的概念，当结构在强烈地震下进入塑性工作阶段时即不能直接应用。同时，地震作用是一个时间过程，但反应谱方法只能得到最大反应，不能反映结构在地震动过程中的经历。而且针对大跨桥梁不能忽视的行波效应和多点激振都不能很好的考虑。故大跨度桥梁的方案设计阶段，可以应用反应谱方法进行抗震概念设计以选择一个较好的抗震体系，在加以修正。
动态时程分析法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的地震动方程，然后采用逐步积分法对方程进行求解，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。动态时程分析法可以使桥梁的抗震设计从单一的强度保证转入强度，变形（延性）的双重保证，同时使我们更清楚了解结构地震动力破坏的机理。
此外还有功率谱法，Push-over分析方法等，这些分析方法也日益引起人们的重视。
1.3延性抗震和减隔震抗震设计
(1)延性抗震
所谓延性是指构件或结构具有承载能力不降低或基本不降低的塑性变形能力的一种性能，一般用延性比指标来衡量。
延性抗震不同与强度理论的是它通过选定结构部位的塑性变形来抵抗地震作用，塑性作用一方面通过塑性变形来耗散地震能量，另一方面塑性铰的出现使结构周期延长，从而减小地震产生的惯性力。
延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则，变形破坏准则，能量破坏准则，基于低周期疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。强度破坏准则应用比较广泛，随着抗震研究的发展，人们逐步认识到强度条件并不能恰当的
估价结构的抗震能力。这是由于结构在强烈地震中往往会进入弹塑性阶段。这时结构的塑性变形消耗输入的地震能量。结构的自振周期也会随塑性变形的扩展而变长!从而改变地震反应的特性；结构是否破坏将取决于塑性变形的大小或塑性消耗的能量，而不是或不完全是取决于结构的强度。
抗震设防标准总结起来“小震不坏，中震可修，大震不倒”。这些标准意味着在遭遇到多遇地震时结构应该处于弹性状态。在遭遇到中等程度地震时，结构应该处于弹塑性状态，但非弹性变形应该发生在结构的选定部位(塑性铰)。当遭遇强烈地震时，结构可以经历较大非弹性变形并且出现一定程度的损伤，但结构的变形不应该危机生命和造成结构丧失整体性。对中等程度和强烈地震，规范推荐的设计地震作用的大小取决于结构的重要性、结构的延性以及允许多大程度的损伤。
延性抗震理论包括两个内容：
1.在结构不发生大的破坏和丧失稳定性的前提下，提高构件的滞回耗能能力。
2.在结构遭遇罕遇地震时，允许结构上选定部位出现塑性铰，以达到改变结构动力特
性，减小地震影响的目的。
桥梁延性抗震设计的两个阶段：
1.对预期会出现塑性铰的部位进行详细的配筋设计
2.对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算，确保其抗震安全性。
影响延性的因素和延性抗震措施：
材料:钢材是延性很好的材料，砖石砌体的延性则很差，钢筋混凝土介于二者之间。组合结构的出现可以弥补现在桥梁结构延性设计的不足。如型钢混凝土结构，钢骨混凝土等，其承载力可以高于同样外形的钢筋混凝土一倍以上，具有较好的抗剪能力，延性比明显高于钢筋混凝土结构；滞回曲线较为饱满，耗散能力有显著提高，从而呈现出良好的抗震性能。能够隔离、吸收和耗散地震能量，减小桥梁结构的地震反应，使桥梁的变形限制在弹性范围，避免由于产生塑性变形而造成累积损伤破坏和永久残余变形，这大大提高了桥梁结构的安全度；同时可以节约材料，降低造价。
构件的受力状态受弯构件梁的延性较大，而压弯构件柱的延性较小，桁架中压杆延性较差，尤其在钢结构中，很多有限元分析软件在考虑杆件受压是就认为其退出工作。所以在延性设计中一定要考虑构件的受力状态，合理的控制轴压比对结构的延性有巨大的作用。
构件形式同是压弯构件，细长杆件延性比粗短杆件好。在桥梁桥墩设计中，对于粗大的柱可以分成几个长细比较大的柱，通过类似连梁的构件连接成整体。这样不仅不会改变结
构的强度而且能极大的提高柱子的延性。这种方式逐渐被应用到实际的工程中。
构件的破坏形态钢筋混凝土构件的破坏形态对延性影响很大，适筋梁及大偏压柱的受弯破坏时延性较好(钢筋先屈服，混凝土后压坏)，剪切破坏延性较小。斜破坏是突发的脆性破坏。在桥梁尤其是桥墩设计中要绝对避免。
构件延性会直接影响结构的延性，有破坏形式的好坏可知构件不能过早剪坏。
对于桥梁结构，上部结构的设计主要受恒载、活载和温度等而不是受地震作用的控制。由于地震力仅仅对柱、墩和基础这些下部结构施加巨大的应力，所以柱、墩和基础是设计的主要部位。在结构的能力设计中，桥梁下部设计地震惯性力可以小于由地震所产生的弹性惯性力，从而使下部结构形成塑性铰并消耗掉一部分地震能量，桥梁的其他部分提供足够的强度保证所选定的能量耗散机制能在地震中形成。所以利用桥墩延性抗震是当前桥梁抗震设计中常用的方法。桥墩延性抗震是将桥墩某些部位设计的具有足够的延性，以使在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期、耗散地震能量。在进行延性抗震设计时，按弹性反应谱计算塑性反应的地震荷载需要修正，桥梁抗震设计规范采用了综合影响系数来反映塑性变形的影响。
在具体的细部上：墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋以便为墩柱提供足够的约束，如果采用的是箍筋，应控制箍筋间距(箍筋间距越小，其所能达到的最大延性比就越大)。另外墩身及基础的纵向钢筋伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性并且桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪力的能力，不允许有塑性铰接。对于较高的排架桥墩，墩间应增设横系梁以减少墩柱的横向位移和设计弯矩!采用将桥墩某些部位(如墩脚)设计成具有足够的延性,以使在强震作用下使该部位形成稳定的延性塑性铰,并产生弹塑性变形来延长结构的振动周期,耗散地震力!
针对目前大量高架桥倒塌毁坏的教训，必须加强对抗震支座、各种形式桥墩的延性研究，利用约束混凝土的概念提高它的延性。
(2)减隔震设计
减震、隔振技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减震是利用特制减震构件或装置，使之在强震时率先进入塑性区，产生大阻尼，大量消耗进入结构体系的能量；而隔振则是利用隔振体系，设法阻止地震能量进入主体结构。在实践中，有时把这两中体系合二为一。与依靠增加结构构件自身强度、变形能力来抵抗地震反应的传统结构的抗震设计方法相比,结构的减、隔震技术无论在提高结构的整体抗震性能方面还是在降低结构的工程造价方面都具
有很明显的好处。
减震、隔震的基本原理：
1.采用柔性支撑以增加结构的周期，减小结构地震反应。
2.采用阻尼器式能量耗散元件，以减小柔性支承处的相对位移。
3.在使用荷载作用下结构具有足够的刚性。
减隔震的基本原理可以用能量的观点来理解。减、隔震结构在任意时刻的能量方程为: Ein = Eve + Ec+ Ep + Ei。式中Ein为地震输入到结构中的总能量; Eve为结构的动能与弹性势能之和; Ec为结构的自身阻尼耗能; Ep为结构的弹塑性变形耗能; Ei为减隔震装置的耗能。减隔震的原理可以认为减隔震装置比结构率先进入塑性阶段,利用自身消耗大量的能量,从而减小结构自身的耗能与塑性耗能,减轻结构的损伤破坏。
减隔震技术设计原则：
采用减隔震技术可以有效地提高桥梁结构的抗震能力。在设计时要分析其适用条件，正确选择、合理布置减隔震装置，并重视细部构件和构造的合理设计，以确保减隔震设计的效果。
减隔震技术并不是适合应用于各种情况。场地比较软弱、不稳定、或延长桥梁结构周期后容易发生共振等情况,不宜使用隔震技术。因此,在进行桥梁结构的抗震设计之前需要判断该桥是否适合采用隔震技术。经研究表明,只要满足下面任何一项件,就可以尝试采用隔震技术进行桥梁结构的抗震设计。
(1)地震波的角度:适用于能量集中于高频的波。
(2)结构的角度:桥梁是高度不规则的,例如相邻桥墩的高度显著不同,因而可能存在对某个墩延性要求很高的情况。桥梁下部结构刚度不均匀，引入减隔震装置可调节各桥墩刚度，避免刚度较大桥墩承担很大惯性力的情况。
(3)场地的角度:对于给定的场地,预期地面运动特性比较明确,具有较高的卓越频率和在长周期范围内所含能量较低。
在进行减隔震设计时，应将重点放在提高耗散能力和分散地震力上，不能过分追求加长周期。应选用作用机制简单的减隔震装置，并在其力学性能明确的范围内使用。另外，减隔震装置不仅要能减震耗能，还应满足正常运营荷载的承载要求。具体有以下要求:在不同水准地震作用下，减隔震支座都应保持良好的竖向荷载支承能力；减隔震装置应具有较高的初始水平刚度，使得桥梁在风荷载、制动力等作用下不发生过大的变形和有害的振动；当温度、徐变等引起上部结构缓慢的伸缩变形时，减隔震支座产生的抗力比较低；减隔震装置应具有
较好的自复位能力。
减隔震装置常布置在桥墩顶部，起降低上部结构惯性力的作用或布置在桥墩底部，能较大幅度降低整个结构动力响应。同时，在减隔震设计中，要使减隔震装置充分发挥减震耗能的作用，必须使非弹性变形和耗能主要集中在减隔震装置。为了使大部分变形集中于减隔震装置，不仅要使减隔震装置的水平刚度远低于桥墩、桥台、基础的刚度，还要避免桥墩屈服先于减隔震装置屈服.另外，构造措施对减隔震桥梁的动力特性和抗震性能有重要影响。在减隔震设计中，应充分注意构造细节的设计，并对施工质量给予明确规定。
减隔震技术已经广泛的应用于各类桥梁结构中,可以根据结构自身特点,采用在不同的位置设置不同的减隔震装置,来提高桥梁结构的整体抗震性能。但是,正如前面所讲,并非所有情况都适合采用减隔震技术,对于不同的场地条件、不同的地震波,各种减隔震装置的减震效果也不一样。因此,在进行地震分析时,应该根据具体情况,经过具体分析确定采用合适的减隔震装置,来达到减隔震目的。根据阻尼特性的不同,阻尼器可以分为滞变阻尼器与粘滞阻尼器两大类。滞变阻尼器效果与结构反应位移有关,而粘滞阻尼器效果与结构反应的速度有关。当结构设置阻尼器时,由于没有相对充分的变形与速度,使得阻尼器的耗能作用发挥不明显,这时就需要改变结构阻尼器的布置方式来提高阻尼器的作用,关于如何通过布置阻尼器来提高阻尼器的作用效果还需要进行进一步的研究。组合隔震装置的研究越来越受到大家的关注,但是如何合理的确定组合隔震装置各自参数,使减隔震装置系统在不同水平的地震作用下处于不同的工作状态,以实现多级的性能指标的目的,还有待进一步的研究。
2.桥梁抗风
2.1风对桥梁的作用
(1)风的静力作用
当结构刚度较大因而几乎不振动，或结构即使有轻微振动但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态，因而不影响气流对桥梁的作用力，此时风对桥梁的作用可以近似看作为一种静力荷载即风的静力作用。
风的静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应。我们可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。它们通常被称为气流作用力的三分力，风速、桥梁断面形状及风对桥梁的攻角等因素有关。在顺风平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，作用于桥梁上的风力可能来自任一方向，其中横桥向水平风力最为危险，是主要的计算对象。它所造成的桥梁破坏的特点主要是强度破坏或过大的结构变形。在桥梁的静风作用分析中，通常将风荷载换算成静力风荷载，作用在主梁、塔、缆索、吊杆等桥梁构件上，进行结构的计算分析。
桥梁载静力荷载作用下有可能发生强度、刚度和稳定性问题。如现行桥梁规程中所规定的那样，主要考虑桥梁在侧向风荷载作用下的应力和变形，另外对于升力较大的情况，也需要考虑竖向升力对结构的作用。对于柔性较大的特大跨度桥梁，则还需要考虑侧向风荷载作用下主梁整体的横向屈曲，其发生机制类似于桥梁的侧向整体失稳向题以及在静力扭转力矩作用下主梁扭转引起的附加转角所产生的气动力矩增量超过结构抗力矩时出现的扭转失稳现象。
(2)风的动力作用
大跨度桥梁，尤其是对风较为敏感的大跨度悬索桥和斜拉桥，除需要考虑静风荷载的作用之外，更主要考虑风对结构的动力作用。其中对桥梁的动稳定性研究尤为重要。颤振和抖振是桥梁最主要的两种动稳定性问题。
风的动力作用指桥梁结构在风作用下的空气弹性动力响应，它一般可分为两大类:
第一类，自激振动。在风的作用下，由于结构振动对空气的反馈作用，振动的结构从空气中汲取能量，产成一种自激振动机制，如颤振、弛振和涡激振动。若颤振和弛振达到临界状态时，将出现危险性的发散状态。
第二类，强迫振动。结构在紊流脉动风作用下的一种有限振幅的随机强迫振动，由于脉动风的随机性质，这种由阵风带的脉动风谱引起的随机振动响应(阵风响应)称为抖振。涡激振动虽然带有自激性质，但它和颤振或驰振的发散性振动现象不同，其振动响应是一种限幅的强迫振动，故该类振动具有两重性。
此外，大跨径斜拉桥中的长拉索在风雨共现气候条件下发生的所谓风雨振现象，常常引发拉索的大幅振动，有时还会激起桥面的振动，对桥梁的安全构成严重威胁。
2.2风致振动
(1)颤振
对照旋涡脱落现象,振动的桥梁从流动的风中吸收能量,由此引起的不稳定被称为自激
振动或颤振。颤振是一种危险性的自激发散振动，其特点是当达到临界风速时,振动着的桥梁通过气流的反馈作用而不断地从气流中获得能量,而该能量又大于结构阻尼所能耗散的能量,从而使振幅增大形成一种发散性的振动。对于近流线型的扁平断面可能发生类似机翼的弯扭耦合颤振。对于非流线型断面则容易发生分离流的扭转颤振。由于流动的风对断面的扭转振动会产生一种负阻尼效应,当达到临界风速时,空气的负阻尼将克服结构自身的正阻尼,
从而导致振动的发散。
桥梁发生何种颤振与主梁截面的气动外形有这密切关系，通常来讲，主梁截面的流线性越好，气动稳定性越好。因此，在大跨度桥梁的初步设计阶段，有必要对主梁截面进行比选或通过风洞试验对基本截面进行优化，以保证结构的抗风安全性。
值得指出的是，同一主梁截面在施工状态和成桥状态，在来流的不同情况下所发生的颤振形态也有所不同。对于扁平截面箱梁，施工阶段在水平来流条件下绕流较为平顺，通常发生的是弯扭藕合颤振，但在成桥状态安转了栏杆和隔离防栏后，则可能发生扭转颤振。同样，当来流具有一定夹角，截面在垂直于风向平面内的投影面积增大，因而使主梁钝化，也有可能发生扭转颤振。
颤振会引发结构发散性失稳破坏。尽管颤振是桥梁风致振动中最具危害性的现象，但只有精心分析与设计,辅以风洞模型实验验证，并采用提高主梁截面抗扭刚度等措施来提高颤振临界风速，就能避免这类现象的发生。
(2)弛振
弛振是具有特殊横断面的细长结构物典型的不稳定性振动，在一定条件下沿横风向会出现大幅度振荡，一般发生在具有棱角的方形或接近方形的矩形截面结构中。根据来流的不同，弛振一般可分为横流弛振和尾流弛振。结构是否可能发生驰振，主要取决于结构横截面的外形。横风向弛振是由体轴升力曲线的负斜率所引起的发散振动；尾流弛振是一结构处于另一结构的尾流中由紊流尾流诱导产生的振动。
横流弛振是由升力曲线(或升力矩曲线)的负斜率所引起的发散性自激振动。这种负斜率
使得振动过程中的结构位移始终与空气力的方向相一致，从而源源不断地吸收能量，造成类似颤振的不稳定振动。横流弛振一般发生在具有棱角的非流线型截面的柔性轻质结构中，悬吊体系桥梁结构中的拉索和吊杆最有可能发生横流弛振。横流驰振研究中最常用的方法是Den Hartog提出的单自由度线性弛振理论。根据这一理论，Den Har-tog提出了结构弛振失稳的判据。此外，Parkin-son提出了单自由度非线性弛振理论，Blevins建立了两自由度非线性弛振理论。当后一结构处于前一结构的尾流中时,后一结构由于受到前一结构波动尾流的激发而引起的振动称为尾流弛振。尾流弛振可以发生在包括流线型(圆形)截面在内的任意形式截面的结构中。与横流弛振相比，尾流弛振研究成果较少，一般采用Simpson尾流弛振分析方法。
(3)涡振
风经过各种形状断面的钝体结构时，在其断面背后产生漩涡的交替脱落，产生交替变化的涡激力而引起的结构振动称为涡激共振。涡激振动兼有自激振动和强迫振动的性质，它是一种发生在较低风速区内的有限振幅振动。对涡激振动响应的分析，通常采用升力振子模型、经验线性模型和经验非线性模型等来研究。
(4)抖振
抖振是由短周期的脉动风引起的强迫振动响应。根据紊流产生原因的不同,抖振又分为来流抖振和尾流抖振。来流抖振是指由来流紊流引起的抖振问题,而尾流抖振是指施加非定常荷载的来流速度脉动明显与上游物体尾流中脱出的紊流有关。实际上，桥梁结构中最为常见的是大气紊流成分引起的抖振。结构的抖振虽然是限幅的随机强迫振动，但由于诱发抖振的风速较低，过大的抖振响应还将导致构件较大变形以及结构局部疲劳，同时会引起行人或行车的不舒适。抖振分析业已成为桥梁抗风设计中相当重要的环节。
(5)拉索的风致振动
随着斜拉桥跨径的增大，斜拉索的风致振动也越来越引起桥梁工程界的广泛关注。斜拉索风振不仅由于振动产生交变应力，引起斜拉索疲劳损伤，而且会使拉索根部的钢护管产生疲劳破坏，护管封口松动，导致锚头等处积水，加速拉索腐蚀，最终大大缩短斜拉索使用寿命。拉索风致振动的机理很多，现认识到的有以下几种：
(1)涡激振动。当风流经圆形的拉索时,在其尾流中将出现交替脱落的旋涡。当拉索的卡门涡脱落的频率接近索横风向振动的某阶固有频率时，将激起拉索该阶频率的横风向振动。由于拉索的基频较低，相应的涡振风速也小。一般观察到的都是3阶以上的涡激共振。
(2)尾流弛振。当拉索在来流风方向前后排列时，在前排拉索的尾流区形成一个不稳定弛
振区，由于前后拉索的固有频率相近，如果后排拉索位于弛振区内，其振幅就会不断加大，直至达到一个稳态大振幅的极限环。
(3)参数共振。当桥面的振动颇率和拉索的局部横向振动频率接近倍数关系时，桥面的微小振动会激发大振幅的低阶拉索振动。
(4)结冰索的弛振。索表面结冰而形成弛振不稳定气动外形，引发拉索弛振，它与结冰电缆的弛振机理相同。
(5)风雨振。伴随着降雨,在某种风向风的作用下，雨水沿斜拉索下流时的水道改变了拉索原来的截面形状，从圆形异化为类似于结冰电缆的三角形，这种使拉索成为空气动力不稳定的形状，在一定的临界风速下激发出类似结冰电缆的弛振，这种振动称为雨振。
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桥梁抗风与抗震 1.桥梁抗震 1.1桥梁的震害及破坏机理 调查与分析桥梁的震害及其破坏机理是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。 国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，桥梁震害主要表现为： (1)上部结构的破坏：桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形不多，一般都是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而引起的。如落梁，一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低估横向地震作用和位移。导致活动节点处所设置的支座长度明显不足以及相邻梁体之间因横向距离不足而引起的相互冲击，造成落梁及相邻结构的撞击破坏；另外一种是由于地基土的作用造成大的地震位移，这种桥梁震害主要发生在建在软土或者可能液化的地基土上的桥梁上。软土通常会使结构的振动反应放大，使得落梁的可能性增加。 (2)支座连接部位的破坏：这中破坏比较常见，由于连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。 (3)下部结构和基础的破坏：下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲破坏，矮粗的桥墩多为剪切型破坏，介于两者之间的为混合型。地基破坏主要表现为砂土液化，地基失效，基础沉降和不均匀沉降破坏及由于其上承载力和稳定性不够，导致地面产生大变形，地层发生水平滑移，下沉，断裂。 (4)桥台沉陷，当地震加速度作用时，由于桥台填土与桥台是不完全固结的，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用，桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转，导致基础破坏。如果桥台基础在液化土上，又将引起桥台垂直沉陷，最终导致桥梁破坏。 以上所介绍桥梁的几种破坏形式是相互影响的，不同的地质条件和不同的抗震措施所造成的破坏程度和类型往往是不同的。这就要求我们在桥梁设计中尤其是不规则桥梁和大跨度桥梁，必须从整体分析桥梁的抗震性能。 1.2抗震分析理论
结构抗风抗震感想 结构抗风抗震是个庞大的学科，但最主要的是桥梁抗风与抗震，桥梁抗风抗震无论是在中国还是在国外，都有着一定的发展历史，长期的发展历程。整个世界每天都在改变，而桥梁抗风抗震也随科学的进步而发展。力学的发现，材料的更新，不断有更多的科学技术引入桥梁中。以前只能建在小的地方的桥，现在不仅可以建各种类型的大跨度桥，更要追求美观，不同的思想，不同的科学，推动了桥梁抗风抗震的发展，使其更加完美的融入结构抗风抗震中。 结构抗风抗震也是一门古老的学科，它已经取得了巨大的成就，未来的桥梁抗风抗震将在人们的桥梁建设生活中占据更重要的地位。这是一门需要心平气和和极大的耐心和细心的专业。因为成千上万，甚至几十万根线条要把桥梁的每一处结构清楚的反映出来。没有一个平和的心态，做什么事情都只是浮在表面上，对任何一座桥梁的结构，对要从事的事业便不可能有一个清晰、准确和深刻的认识，这自然是不行的。从事这个行业，可能没有挑灯夜战的勇气，没有不达目的不罢休的精神，只会被同行所淘汰。这是一个需要责任感和爱心的行业。要有一颗负责的心——我一人之命在我手，千万人之命在我手。既然选择了桥梁抗风抗震建设，就应该踏踏实实的肩负起这个责任。这更是一个不断追求完美的行业。金字塔，壮观吧；长城，雄伟吧......但如果没有一代又一代人的不断追求，今天的我们或许还用那种最古老的办法来造这同样的桥梁建筑。设计一座桥梁的结构是很繁，但是这都是经历了数个世纪的涤荡，经过不断的积累，不断改良，不断创新所得到的。而且这样的追求，绝不局限于过去。试想，如果设计一座桥梁能够像计算一加一等于二一样简单而易于掌握，那何了而不为呢？因此，桥梁抗风抗震大师总是在不断的求索中。一个最简单的结构，最少的耗费，最大的功用。选择研究桥梁抗风抗震，选择了一条踏实勤奋，不断创新，追求完美的道路。随着人们生活的水平的不断提高，人们对自己所处的地球空间已经不仅仅单纯从数量上提出更高的要求，而且从速度上也提了更高的要求，要求快速，有一定抗风险能力。这就需要对桥梁进行必要的加固。如果说桥梁主体工程构成了桥梁的骨架，那么装饰后的桥梁抗风减震则成了有血有肉的有机体，最终以丰富的，完善的面貌出现在人们的面前，最佳的桥梁抗风抗震应该充分体现各种材料的有关特性，结合现有的施工技术，最有效的手法，来达到构思所要表达的效果。桥梁设
大门大桥抗风分析报告
目录 概述 1．采用的规范及参考依据 2．设计基本风速、设计基准风速、主梁颤振检验风速的确定2．1 设计基本风速 2．2 主梁颤振检验风速 3．结构动力特性分析 3．1 计算图式 3．2 边界条件 3．3 动力特性分析 4．主梁抗风稳定性分析 4．1 桥梁颤振稳定性指数 4．2 主梁颤振临界风速的估算 4．3 结论
概述： 大门大桥推荐方案采用双塔双索面混凝土斜拉桥，跨度布置为135+316+ 135=586m，主跨主梁为 形断面，主塔为倒Y形索塔。在进行初步设计的过程中需要对主桥推荐方案的抗风、抗震性能进行分析。本报告对推荐方案的抗风稳定性进行分析。 分析的必要性 大桥在施工和运营期间，需满足12级以上台风、风速分别为33.3m/s和35.9m/s下的稳定性要求。由于缺乏桥区处风速观测资料，报告中设计风速采用的是《公路桥梁抗风设计规范》附表A中温州市的10m高设计基准风速。 由于桥址处无论是10m平均最大风速，还是瞬时最大风速均较大，而主桥推荐方案有“塔高、跨大”的特点，因此，主桥方案斜拉桥结构的抗风稳定性检算是必需的。 结论 利用ANSYS软件对推荐方案的相关环节进行相应分析，得出如下结论： 结构的抗风稳定性等级为Ⅰ级，成桥状态和施工状态的主梁的颤振临界风速大于主梁的颤振检验风速，满足抗风稳定性要求。 1．采用规范及参考依据 1.1 中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）1.2 中华人民共和国推荐性行业标准《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004） 1.3 中华人民共和国交通部部标准《公路斜拉桥设计规范》（试行）（JTJ027-96）2．设计基本风速、设计基准风速和主梁颤振检验风速的确定根据《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004），查得温州地区距地 =33.8m/s。据《温州市大门大桥面以上10米，频率为1/100平均最大风速V 10 工程可行性研究报告》中4.3.7条桥梁抗风、抗震规定标准，大桥在施工和运营期间，需满足12级以上台风、风速分别为33.3m/s和35.9m/s下的稳定性要求。本报告中场地平均最大风速按后者取值。
《公路桥梁抗风设计规范》概要及大跨桥梁的抗风对策 摘要：随着我国桥梁工程的不断发展，迫切需要编制适合我国国情的《公路桥梁抗风设计规范》。本文介绍了该规范编制中的几个主要问题，其中包括基本风速图和风压图、风荷载的表达方式、桥梁动力稳定性检验和风洞试验要求等，此外，还讨论了大跨桥梁成桥和施工阶段的各种抗风对策。 关键词：桥梁抗风、设计规范 0. 前言 1999年10月，江阴长江大桥正式建成通车标志着中国有了第一座超千米的悬索桥，同时也成为世界上能够建造千米级大桥的第六个国家。自从80年代初中国改革开放以来，中国已建成了一百余座各种类型的斜拉桥，成为世界上建造斜拉桥最多的国家。如果把即将于2001年建成的南京长江二桥和福州闽江大桥统计在内，在跨度超过500m的世界斜拉桥中中国的斜拉桥已占有十分重要的地位。1996年我国人民交通出版社出版了我国第一部由同济大学和中交公路规划设计院编写的《公路桥梁抗风设计指南》，几年来已被广泛用于多座大路桥梁的抗风设计中。在此基础上，受交通部的委托，同济大学、中交公路规划设计院、中央气象研究院以及西安公路交通大学针对其中的几个关键问题进行了专题研究，为形成最终的《公路桥梁抗风设计规范》奠定了基础。这几个专题的内容以及通过多次修改形成的报批稿的目录如表1所示。本文将主要介绍该规范编制中的几个主要问题，其中包括基本风速的确定、风荷载的表达方式、桥梁动力稳定性检验和风洞试验要求等 二、全国基本风速图和风压图 基本风速定义为桥梁所在地区的开阔平坦地貌条件下，地面以上10m高度处，100年重现期的10min 平均年最大风速。 本次规范编制，采用我国657个基本台站1961年至1995年间自己记录的风速资料，以极值I型分布曲线进行拟合，将基准高度从原来的20m高改为10m高，并考虑100年重现期，得到相应各气象台站百年一遇的最大风速值。鉴于目前我国有相当多的气象台站，由于近年来城市建设的快速发展，使得台站环境不能满足空旷无遮挡的要求，致使风速记录明显受人为因素的影响而偏小。本次研究，对其部分计算结果参照周围台站的情况予以适当的修正。与此同时，参照国内其他的规范确定基本风压的下限值100年一遇为0.35kN／m2，50年一遇为0.30kN／m2，10年一遇为0.20kN／m2，相应的基本风速下限分别为24m/s，22m/s和18m／s。全国基本风压图和风速图有如下特点： 1.东南沿海为我国大陆上的最大风压区。风压等值线大致与海岸平行，风压从沿海向内陆递减很快，到达离海岸50km处的风速约为海边风速的75％，到100km处则仅为50％左右，这和造成这一地区大风的主要天气系统--台风有关。在这一区域内，大致有三个特大风压带，即湛江以南至海南沿海地区、广东沿海地区以及浙江到福建省中部沿海地带，百年一遇风压在0.90kN／m2（38m/s）以上。由于台湾岛对台风屏障作用，福建南部的风压有所减弱。 2.西北至华北北部和东北中部为我国大陆上风压的次大区。这一地区的大风主要与西伯利亚寒流引起强冷空气活动有关，等风压线梯度由北向南递减。 3.青藏高原为风压较大区。这一地区大风主要是因海拔高度较高所造成的。但该区空气密度较小，因此，虽然风速很大，但所形成的风压相对较小。从风压图和风速图的对比中可以反映出这一特点。 4.云贵高原、长江中游以及南丘陵山区风压较小，特别是在四川中部、贵州、湘西和鄂西为我国风压最小的区域。大部分地区风压在0.4kN/m2（25m／s）以下。 5.台湾、海南岛和南海诸岛的风压各自独立成区，台湾是我国风压最大的地区。据分析,其东部沿海风压可
第一讲 1、《中华人民共和国防震减灾法》的主要内容是什么？ 答：主要内容包括：1.《防震减灾法》的立法目的2.《防震减灾法》的调整对象及适用范围3.防震减灾工作方针4.对各级人民政府的基本要求。5.政府各部门在防震减灾工作中的职责6.单位和个人的义务7.群测群防工作8.依靠科学进步提高防震减灾工作水平9.提高政府领导防震减灾工作能力10.提升地震监测能力和社会服务职能11.提高建设工程的抗震设防水平12.提高社会的非工程性地震预防能力13.及时完善地震应急救援等相关规定。 2、地震引起的地表破坏现象有哪几种？ 答：1.地表断裂 2.滑坡 3.砂土液化 4.软土震陷 3、工程结构主要有哪些震害现象？ 答：建筑结构软弱层机制破坏、钢筋混凝土柱压弯破坏和剪切破坏、梁柱节点破坏、框架填充墙剪切破坏、桥梁结构落梁、整体或部分倒塌、钢筋混凝土桥墩压弯破坏和剪切破坏、桥梁碰撞、节点破坏、现代斜拉桥震害现象等。 4、近年来结构震害的主要经验教训是什么？ 答：⑴结构抗震设防应采用性能设计原则。即在综合考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、结构的重要性、耐久性和修复费用等因素下，定义结构允许的损坏程度（性能）。 ⑵结构抗震设计应同时考虑强度和延性，尤其注重提高结构整体及延性构件的延性能力。 ⑶重视采用减隔震的设计技术，以提高结构的抗震性能。 ⑷对体系复杂的结构，强调进行空间非线性动力时程分析的必要性。 ⑸对桥梁结构，应重视支座的作用及其设计，同时开发更有效的防落梁装置。 ⑹充分认识到按早期规范设计的旧结构的地震易损性，认识到对重要的旧结构进行抗震加固的紧迫性和必要性。 ⑺充分认识到城市生命线工程遭受地震破坏可能导致的严重社会后果，认识到保证城市生命线工程抗震安全性的意义。 ⑻充分认识到，地震区的一切新建工程都都必须严格按照国家颁布的抗震设计规范进行设防，为此而增加一些基建投资是值得的和必要的。 第二讲 1、构造地震的成因是什么？ 答：构造地震主要是由于断层的错动而造成的。自板块构造学说提出后，人们已广泛接受这样的观点：断层错动是由全球性的大规模板块构造运动所造成的。可以说，板块构造运动是构造地震发生的宏观背景，而断层错动则是构造地震发生的局部机制。 2、什么是地震动的特性及其三要素？ 答：特性：地震动是以运动方式出现。地震动是迅速变化的随机振动，地震动的这一特点，导致了抗震设计对地震作用峰值的关注。地震动对结构的作用效应与结构的动力特性和变形反应有关。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。 三要素：地震动的幅值（最大振幅或叫峰值）、频谱（波形）和持续时间（简称持时）， 3、什么是地震安全性评价？ 答：地震安全性评价是指对具体建设工程场址及其周围地区的地震地质条件、地
目录 概述 1．采用的规范及参考依据 2．设计基本风速、设计基准风速、主梁颤振检验风速的确定 2．1 设计基本风速 2．2 主梁颤振检验风速 3．结构动力特性分析 3．1 计算图式 3．2 边界条件 3．3 动力特性分析 4．主梁抗风稳定性分析 4．1 桥梁颤振稳定性指数 4．2 主梁颤振临界风速的估算 4．3 结论
概述： 大门大桥推荐方案采用双塔双索面混凝土斜拉桥，跨度布置为 135+316+ 135=586m，主跨主梁为 形断面，主塔为倒Y形索塔。在进行初步设计的过程中需要对主桥推荐方案的抗风、抗震性能进行分析。本报告对推荐方案的抗风稳定性进行分析。 分析的必要性 大桥在施工和运营期间，需满足12级以上台风、风速分别为33.3m/s 和35.9m/s下的稳定性要求。由于缺乏桥区处风速观测资料，报告中设计风速采用的是《公路桥梁抗风设计规范》附表A中温州市的10m高设计基准风速。 由于桥址处无论是10m平均最大风速，还是瞬时最大风速均较大，而主桥推荐方案有“塔高、跨大”的特点，因此，主桥方案斜拉桥结构的抗风稳定性检算是必需的。 结论 利用ANSYS软件对推荐方案的相关环节进行相应分析，得出如下结论：结构的抗风稳定性等级为Ⅰ级，成桥状态和施工状态的主梁的颤振临界风速大于主梁的颤振检验风速，满足抗风稳定性要求。 1．采用规范及参考依据 1.1 中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 1.2 中华人民共和国推荐性行业标准《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）
1.3 中华人民共和国交通部部标准《公路斜拉桥设计规范》（试行） （JTJ027-96） 2．设计基本风速、设计基准风速和主梁颤振检验风速的确定根据《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004），查得温州地区 距地面以上10米，频率为1/100平均最大风速V 10 =33.8m/s。据《温州市大门大桥工程可行性研究报告》中4.3.7条桥梁抗风、抗震规定标准，大桥在施工和运营期间，需满足12级以上台风、风速分别为33.3m/s和35.9m/s下的稳定性要求。本报告中场地平均最大风速按后者取值。 桥址地表类别按A类考虑，桥面离水面高度为38.5m，根据《公路桥梁 抗风设计规范》式3.2.5-1，计算得K 1 =1.38，由此，求得本桥运营阶段的 设计基本风速V d =K1·V 10 =49.542m/s。 对于施工阶段，设计基准风速V D S=45.954m/s。 根据《公路桥梁抗风设计规范》第6.3.8条，主梁成桥状态颤振检验风速 [V cr ]=1.2·μ F ·V d =1.2×1.3068×49.542=77.69m/s。 主梁施工阶段颤振检验风速 [V s cr ]= 1.2·μ f ·V D S=1.2×1.3068×39.181=72.05m/s。 3．结构动力特性分析 3．1 计算图式 本方案的抗风稳定性分析中，梁、塔、墩采用梁单元建模，索采用单向受拉杆单元建模。 考虑到主梁为带实心边梁板式开口断面，其自由扭转刚度较小，若按
1、震级和烈度：震级指一次地震释放能量的大小。烈度指地震对地表及工程结构影响的强弱程度。 2、烈度影响因素：震源M、传播途径与震中距R、场地条件S、其它。 3、桥梁震害的原因：①地震强度。②场地情况。③认为错误。④结构地震易损性。 4、桥梁震害的形成：①地基失效引起的破坏。②结构强振引起的破坏。 5、桥梁震害的类型：①墩柱的弯曲破坏。②墩柱的剪切破坏。③墩柱的基脚破坏。 6、三级设防思想：小震不坏，中震可修，大震不倒。 7、确定抗震设防标准应考虑的因素：①根据桥梁的重要性程度确定该结构的设计基准期； ②地震破坏后，桥梁结构功能丧失可能引起次生灾害的损失；③建设单位所能承担抗震防灾的最大经济能力。 8、预期地震出现概率的另一种表达方式：①地震超越概率：定场地在未来一定时间内遭遇到大于或等于给定地震的概率，以年超越概率或设计基准期超越概率表示;②地震重现期：定场地重复出现大于或等于给定地震的平均时间间隔。 9、《公路工程抗震设计规范》：单一水准的抗震设防思想；《城市桥梁抗震设计规范》：三级设防思想。 10、分析和认识桥梁结构的自振周期、振型和阻尼比这些动力特性的重要意义：桥梁结构的自振周期和地震动卓越（主要）周期越接近，它的振型接受到地震力的影响越大；而结构的阻尼比越小，结构所受的震害也越大。分析和认识桥梁结构的自振周期、振型和阻尼比这些动力特性的重要意义就在于此。 11、地震力理论：也称地震作用理论，研究地震时地面运动对结构物产生的动态效果。 12、确定性地震力计算方法：①静力法。②动力反应谱法。③动态时程分析法。 13、动态时程分析法：精细分析方法，用于重要、复杂、的大跨桥梁抗震计算。 14、动态时程分析法步骤：①选定合适的地震动输入（地震动加速度时程）；②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；③采用逐步积分法对方程进行求解，计算地震过程中每一瞬时结构的位移、速度和加速度反应；④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。 15、桥梁抗震设计的任务：是选择合理的结构形式，并为结构提供较强的抗震能力，具体包括以下三个方面：①正确选择能够有效地抵抗地震作用的结构形式；②合理地分配结构的刚度、质量和阻尼等动力参数，以便最大限度地利用构件和材料的承载和变形能力；③正确估计地震可能对结构造成的破坏，以便通过结构、构造和其它抗震措施，使损失控制在限定的范围内。 16、抗震概念设计：是指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。合理的抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。 17、理想的桥梁结构体系布置应是：①从几何线形上看：是直桥，而且各墩高度相差不大。 ②从结构布局上看：上部结构是连续的，伸缩缝尽可能少；桥梁保持小跨径；在多个桥墩上布置弹性支座；各个桥墩的强度和刚度在各个方向都相同；基础是建造在坚硬的场地上。 18、进行地震反应分析，正确预测地震对桥梁结构的影响是进行桥梁抗震设计的基础。 19、桥梁结构的地震反应分析是一个抗震动力学问题。动力学问题都具有三个要素，即输入（激励）、系统、输出（反应）。 20、地震动输入是进行结构地震反应分析的依据。结构的地震反应以及破坏与否，除和结构的动力特性、弹塑性变形性质、变形能力有关外，还和地震动的特性（幅值、频谱特性和持续时间）密切相关。
桥梁抗震与抗风设计复习思考题 一、名词解释：莫霍面，次生灾害，地震危险性，规范反应谱，振型参与质量系数延性，反应谱，地震破坏准则，结构动力时程分析，卓越周期基本风压，抖振，横向屈曲 二、问答题 ⑴ 试说明桥梁抗震设防的合理安全度原则？ ⑵ 试说明振型分解法的基本原理，适用范围？ ⑶ 试说明桥梁结构的地震反应分析所要解决的关键问题是什么？ ⑷ 试说明桥梁结构震害类型、经验教训？ ⑸ 试说明桥梁结构采用减、隔震设计的适用条件和基本原则是什么？⑹ 影响地震动特性的主要因素有哪些？ ⑺ 试述“概念设计”与“数值设计”的关系？ ⑻ 试说明全球主要地震分布带有哪些？ ⑼ 试论述常规的结构抗震设计方法与能力设计方法什么不同? ⑽ 试说明桥梁结构的抗震设防标准 (11)试说明地震类型有哪几种？ (12)试说明决定抗震设防标准的基本因素有哪些？ (13)简述结构的地震破坏准则主要有哪些？ 圍试说明人工合成地震加速度事成的基本方法 (15)桥梁结构的抗震构造设计一般包括几个方面？ (16)能力设计方法的基本思想是什么？ (17)在什么情况下，桥梁结构不是以采用减隔震设计？ (18)试说明设计地震力与延性系数的关系 (19)试说明结构延性设计原理是什么？ (20)是说明桥梁抗风设计的目的是什么？
参考答案 莫霍面：地壳与地幔的分界面 次生灾害：由地震引发的火灾、水灾、有毒物质泄漏和疫病流行等灾害称为。 规范反应谱：大量地震加速度记录输入后绘制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。 振型参与质量系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量之比。延性：在初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形能力。 反应谱：一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系，在某一地震动时程作用下的最大反应，为该地震动的反应谱。（反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱） 卓越周期：地震时，从震源发出的地震波在土层中传播时，经过不同性质地质界面的多次反射，将出现不同周期的地震波。若某一周期的地震波与地基土层固有周期相近，由于共振的作用，这种地震波的振幅将得到放大，此周期称为卓越周期。 基本风压：平坦开阔地区，地面以上10m高度处，统计得30年一遇10min平均最大风速V。为标准, 2 按W0=V02/1600 确定的风压值。 抖振：边界层分离或湍流激起结构或部分结构的不规则振动。 横向屈曲：作用于悬吊桥梁主梁上的横向荷载超过主梁侧向屈曲的临界荷载出现的一种静力失稳现象。地震危险性：指某一场地在一定时期内可能遭受到的最大地震破坏影响，可以用地震烈度或地面运动参数来表示。 地震破坏准则：在地震作用下，岩体土体破坏时应力状态达到的限度结构动力时程分析： 1、试说明桥梁抗震设防的合理安全度原则？ 答：桥梁工程的抗震设防，既要使震前用于抗震设防的经济投入不超过我国当前的经济能力，又要使地震中经过抗震设计的桥梁的破坏程度限制在人们可以承受的范围内。换言之需要在经济与安全之间进行合理平衡，这就是桥梁抗震 2、、试说明振型分解法的基本原理，使用范围？ 3、桥梁结构的地震反应分析所解决的关键问题是什么？ ①确定合理的地震输入②建立结构系统的数学模型及振动方程③选择合适的方法求解地震振动方程 得到地震反应。 4、试说明桥梁结构震害类型、经验教训？ ①地基失效引起的破坏，一般来说这类破坏现象是人为工程难以抵御的因此应尽量通过场地选择避免 ②结构强烈振动引起的破坏。由于地震懂的不确定性和复杂性，人们目前还无法准确预测桥址未来可能发生的地震动，所以，设计对地震动特性不敏感的结构就显得特别重要。 5、试说明桥梁结构采用减、隔震设计的适用条件和基本原则是什么？ ①桥梁上部结构为连续形式，下部结构刚度比较大，整个桥的基本周期比较短②桥梁下部结构高度变化不规则，刚度不均匀，引入减隔震装置可调节各桥墩刚度，因而可以避免刚度较大桥墩承担很大惯性力的情况③场地条件较好，预期地面运动具有较高的卓越频率，长周期范围所含能力较少等。 6、影响地震动特性的主要因素有哪些？ 震源、传播介质与途径，以及局部场地条件这三类 7、试述“概念设计”与“数值设计”的关系？ 抗震“概念设计”是从概念上，特别是从结构总体上考虑抗震的工程决策；用计算、构 数值计算”主要是地震作 件强度验算、结构和支座变形验算等。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计 算。而是为了给抗震计算创造有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况。这两者是相辅相成的，作 为一个正确的抗震设计，必须重视抗震概念设计，灵活而又合理地运用抗震设计思想。 8、试说明全球主要地震分布带有哪些？（环太平洋地震带、欧亚地震带） 9、试论述常规的结构抗震设计方法与能力设计方法有什么不同？能力设计方法是结构动力概念设计的一种体现。它的主
无锡蓉湖大桥 抗风抗震初步分析报告 中铁大桥勘测设计院 2002年7月武汉
分析复核专业负责人站长院总工程师
前言 无锡蓉湖大桥工程位于江苏省无锡市市区，该桥跨越京杭大运河。本研究报告所研究的方案为： 145m+41.2m+33.8m独塔单索面混合梁斜拉桥；桥面以上主塔高为55.3m（不含塔顶装饰部分）, 桥面以上塔柱为双柱钢管砼塔柱，其中锚固区的双柱由20mm厚的钢板相连，下塔柱为单柱砼塔柱，斜拉索为单索面，两根索沿横桥向的间距为1.0m。该方案的主梁主跨为钢箱梁，边跨为砼箱梁。 由于桥址处设计基本风速达25.9m/s，因此，该桥在成桥运营状态和施工全过程的抗风安全应高度重视；同时，大桥所在地区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35秒，故该桥在成桥运营状态的抗震安全也应重视；为此，我们对该桥的抗风安全性和抗震安全性进行了较为全面的分析。其主要研究内容、主要研究结论及评价如下： 1．主要研究内容 1．1 设计基本风速、设计基准风速和主梁颤振检验风速的确定1．2 抗震设防标准的确定 1．3 结构动力特性分析 1．4 主梁抗风稳定性验算 1．5 有关抗风的其它问题 1．6 结构的抗震分析 2．主要研究结论及评价
2．1 基本风压W0=600Pa，设计基本风速V10=25.9m/s。 主梁设计基准风速V D（梁）=21.5m/s；主塔设计基准风速 V D（塔）=29.8m/s。 施工阶段主梁设计基准风速V D（梁施工）=18.1m/s；施工阶段主塔设计基准风速V D（塔施工）=25.0m/s。 主梁成桥状态颤振检验风速[V cr]=36.1m/s；主梁施工阶段颤振检验风速[V cr s]=30.3m/s。 2．2 抗震设防标准：地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35秒，具体设计计算取地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.30秒，检算结构物的强度；取地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.30秒，检算结构物的位移。 2．3 结构动力特性分析和主梁颤振临界风速的估算（见表一）表一成桥状态动力特性及主梁颤振临界风速的估算 表中：ε——扭弯频率比；V cr1——弯扭耦合颤振临界风速；V cr2——分离流扭转颤振临界风速； 从上表中可以看出，由于斜拉桥主跨不大，且主跨主梁为箱梁，扭转刚度较大，桥面较宽，且在结构体系中采取了合理的布置（塔梁固结、设置一个辅助墩），使主梁具有较高的扭转自振频率和扭弯频率比，同时，主梁采用扁平（宽高比12.5）的流线型箱梁，这些对
1 本课程目的：认识桥梁的风、地震的重要性；了解基本的风、地震引起桥梁振动；中小桥梁的地震问题的应对；大跨桥梁主要风振问题应对措施 中国桥梁工程的问题：1. 中国桥梁工程的新技术2. 工程质量问题3. 桥梁经济问题4. 桥梁美学问题5 管理问题（管理层问题） 2抗风与抗震的必要性1）大跨桥梁的轻柔化2）中小桥梁的刚硬化 3抗风与抗震对于桥梁工程师意义1）意识到不同种类桥梁的潜在问题（长大桥的风，地震，中小桥梁的地震，裂缝，混凝土徐变）2）简单技术问题的理解（风越大，桥梁越危险？内地桥梁不存在风的问题？地震时桥梁不能倒塌？） 4风工程的重要性1）财产损失2）人员伤亡 5风工程研究内容建筑结构风工程；桥梁结构风工程；车辆空气动力学；环境污染与扩散 6风工程研究方法风洞试验，CFD，实地观测 7风工程研究内容1、建筑结构风工程（艾菲尔铁塔）2、桥梁结构风工程（Tay 桥，塔科马桥）3、车辆空气动力学（汽车的外形）4、环境污染与扩散（环境的空气污染物）5、农作物的倒伏6、其他结构物（广告牌，塑料大棚，煤堆帐篷）城市雕塑等 8风洞的分类 风洞：在按一定要求设计的管道内, 产生可控制气流 进行气动力实验的设备 按风速分：极低速低速亚音速跨音速超音速 (<3m/s) (0.4M) (0.8M) (1.2M) (5.0M) 按工作方式分：回流式(闭口式开口式) 直流式(吸入式吹出式) 按工作面积分：试验段当量直径(风工程用风洞) 大型(d>4m) 中型(1.5m 道路桥梁与渡河工程专业 《桥梁结构抗风与抗震》教学大纲 一、课程基本信息 二、课程简介 《桥梁结构抗风与抗震》是道路桥梁与渡河工程专业方向的选修课程。本课程的主要任务是通过课堂教学、专题研讨、课后作业、期末考试等环节，使学生掌握地震基本知识、桥梁震害特点、桥梁抗震与抗风的基础知识、计算理论和分析方法。通过本课程的教学活动，使学生能够运用结构力学、结构动力学与桥梁工程等课程基础知识，初步具有分析或设计桥梁结构合理的抗风与抗震体系、地震作用与风荷载的力学特征、计算分析方法，初步具备解决实际桥梁结构抗风与抗震设计的能力。 三、课程教学目标 本课程的教学目标及能力要求具体如下： 课程目标1. 了解有关地震的基本知识和桥梁结构的震害特点，掌握单自由度体系自由振动和地震作用下强迫振动的数值计算方法；掌握反应谱的概念和反应谱分析方法；了解多自由度体系地震反应地震反应时程分析法的概念；掌握桥梁抗震设防和抗震验算要求；了解桥梁延性抗震设计的方法，桥梁减隔震设计的概念与流程；了解空气动力学基础知识及风对桥梁的动力作用。 课程目标2. 掌握桥梁工程抗震与抗风设计的基本原理和分析方法，熟悉桥梁抗震与抗风设计规范。通过文献或资料研究，掌握桥梁抗震与抗风理论的发展历程与最新研究成果，了解最新的桥梁抗震与抗风设计理念，能够利用结构力学、桥梁工程及相关规范的要求进行设计和分析。在提出解决复杂结构或环境下桥梁抗风与抗震设计方案时具有创新意识。 课程目标对毕业要求的支撑关系 四、课程教学内容与学时分配 五、课程教学方法 1．采用以问题为导向的启发式教学，培养和激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。 2．课程采用PPT教学模式，增强课程的信息量和感性认识。 3. 理论教学与工程实践相结合，引导学生应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，采用现代设计方法和手段，进行机构分析、综合与仿真，培养其识别、表达和解决土木类专业相关工程问题的思维方法和实践能力。 4. 理论教学与工程实例相结合，引导学生应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，分析和判别桥梁在地震激励与风荷载作用下的受力特点和工程减震（振）措施，培养其识别、表达和解决桥梁工程问题的思维方法和实践能力。 《桥梁抗震与抗风设计》课程 复习思考题 1.《防震减灾法》对新建、扩建、改建建设工程和重大建设工程有何抗震设防 要求？ 2.地震灾害现象有哪些具体表现？ 3.桥梁结构主要有哪些震害现象？应吸取的主要桥梁震害经验教训是什么？ 4.解释构造地震的成因及机制。 5.什么是地震安全性评价？ 6.什么是地震动的特性及其三要素？ 7.桥梁抗震设计的基本原则是什么？ 8.什么是反应谱？抗震规范反应谱是如何得到的？ 9.如何应用规范反应谱，计算桥梁结构的地震力？ 10.什么是地震时程反应分析？ 11.什么是抗震设计中的延性概念？ 12.桥梁结构减隔震设计的基本原理是什么？ 13.在计算规则桥梁的设计地震力时，如何划分设计振动单元？ 14.如何计算规则桥梁重力式桥墩及柱式桥墩的水平地震荷载？说明计算简图、 理论背景及应用条件。 15.对全联均采用同类型板式橡胶支座的连续梁桥和准连续梁桥，如何计算梁桥 抗侧力桥墩的水平地震荷载？说明计算简图、理论背景及应用条件。 16.对采用板式橡胶支座的多跨简支梁桥，其结构计算简图是什么？ 17.什么是桥梁抗震设计中的能力设计原理？能力设计方法的主要步骤有哪些？ 它与常规静力设计方法有何区别？ 18.桥梁抗震设计应遵循哪几条基本原则？ 19.什么是地基液化？ 20.桥梁抗震设防标准是什么？ 21.桥梁抗震结构类型有哪些？各自设计概念是什么？ 22.从抗震概念设计出发，理想的桥梁结构体系应是怎样？ 23.桥梁抗震构造措施中，关于延性桥墩箍筋构造的要求有哪些？ 24.防落梁的构造措施主要有哪些？ 25.风的静力作用和动力作用的特征是什么? 26.试述抗风设计的过程与注意事项。 主要教学参考资料 1、《地震工程学》胡聿贤著，地震出版社，1988年 2、《地震工程学导论》李杰、李国强编著，地震出版社，1992年 3、《抗震工程学》沈聚敏、周锡元、高小旺、刘晶波编著，中国建筑工业出版社，2000年 4、《桥梁抗震》范立础编著，同济大学出版社，1997年 5、《桥梁抗震设计与加固》M.J.N. 普瑞斯特雷、F. 塞勃勒、G.M. 卡尔维著，袁万城等译，人民交通出版社，1997年 6、《桥梁延性抗震设计》范立础、卓卫东著，人民交通出版社，2001年 7、《大跨度桥梁抗震设计》范立础、胡世德、叶爱君著，人民交通出版社，2001年 8、《高架桥梁抗震设计》范立础、李建中、王君杰著，人民交通出版社，2001年 9、《风对结构的作用——风工程导论》埃米尔·希缪，罗伯特·H·斯坎伦著，刘尚培、项海帆、谢霁明译，同济大学出版社，1992年 10、《公路桥梁抗风设计指南》交通部公路规划设计院、同济大学桥梁工程系，人民交通出版社，1996年 11、《风荷载计算》陈英俊、于希哲编著，中国铁道出版社，1998年 12、《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02-01-2008. 人民交通出版社，2008 浙江工业大学 《桥梁抗风与抗震》 课程综述报告 姓名：王昭 学号：2111406033 导师：袁伟斌 日期：2015.01.09 目录 1桥梁的震害及破坏机理 (3) 1.1 桥梁震害 (3) 1.2破坏机理分析 (6) 1.3 抗震设计及加固技术措施 (7) 2桥梁抗震分析理论 (9) 2.1抗震设计流程 (9) 2.2抗震设计基本原理 (10) 3延性抗震和减隔震抗震设计 (12) 3.1桥梁延性抗震设计 (12) 3.2桥梁减隔震抗震设计 (15) 3.3减隔震技术与延性抗震设计的比较 (16) 4风对桥梁的作用及风致振动 (17) 4.1风对桥梁作用的现象及作用机制 (17) 4.2风致振动 (18) 参考文献 (21) 桥梁抗风与抗震课程综述报告 1桥梁的震害及破坏机理 1.1桥梁震害 地震是地球内部某部分急剧运动而发生的传播振动的现象，是迄今人类力量无法控制的自然灾害。地球上平均每年都要发生近千次的破坏性地震，其中破坏力巨大的灾难性大地震即达十几次，这些地震在它们波及的范围内，均造成惨重的生命财产损失。桥梁作为重要的社会基础设施，是生命线工程中的关键部分，在地震发生后的紧急救援和抗震救灾、灾后恢复重建中具有极其重要的地位。强烈地震可能导致桥梁受到严重损伤或倒塌，造成交通中断，使抗震救灾工作受阻，以致造成生命和财产的更大损失，使震害程度扩大。因此对桥梁震害及其机理的清晰认识，对于桥梁的设计、采取合理有效的抗震对策，保证桥梁在地震中的安全和正常使用具有重要意义。 桥梁结构受到的地震影响从结构抗震设计的角度讲主要有两种形式：即地基失效引起的破坏和结构强烈振动引起的破坏。两者破坏的原因不同：前者属于静力作用，是由于地基失效产生的相对位移引起的结构破坏；后者属于动力作用，是由于振动产生的惯性力引起的破坏。根据以往的震害情况分析，桥梁震害主要分为上部结构震害、支座震害、下部结构震害和基础震害[1]。 1.1.1上部结构震害 由于受到桥梁墩台、支座的隔离作用，在地震中，桥梁上部结构因直接受惯性力作用而破坏的情况较少在发现的少数此类震害中，主要是钢结构的局部屈曲破坏，如图1（a）。但因支承连接件失效或下部结构失效等引起的落梁、主梁的移动、扭曲、裂缝等现象，在破坏性地震中常有发生，其中落梁现象最为严重。从梁体下落的形式看，有顺桥向的、也有横桥向的和扭转滑移的，其中顺桥向的落梁最为常见，如图1（b）所示。 如果相邻结构的间距过小，在地震中就有可能发生碰撞，产生很大的撞击力，从而使结构受到破坏。此类破坏中比较典型的有相邻跨上部结构的碰撞、上部结构与桥台的碰撞以及相邻桥梁间的碰撞[2]，如图1（c）、（d）、（e）所示。 浅谈风对桥梁结构的影响 张达21312174摘要桥梁结构因风的作用而遭到破坏的事故屡有发生。在风的作用下大跨度桥梁结构的抗风性能设计和施工的控制性因素尤其重要。通过结合桥梁风工程中己知的风的静力、动力特性，简述了桥梁结构在风作用下的静力及动力响应的主要形式以及大跨度桥梁设计时做的针对性的抗风设计。 关键词桥梁风工程风致振动大跨度桥梁抗风 随着我国交通运输业的不断发展，大跨度桥梁(特别是斜拉桥和悬索桥)已成为我国当今桥梁建设中的主流。从80年代以来，大跨度桥梁建设得到了一个迅速的发展。但，自1918年起全球至少已有11座悬索桥遭到风的影响而受损被毁。其中一个典型的事故是1940年美国塔科马悬索桥在19m/s的8级大风下因扭转而发生振动而坍塌。塔科马悬索桥的事故引起了桥梁工程界的震惊，也促进了风对桥梁结构作用的研究。近年来，国内外大跨度斜拉桥梁在下雨时发生剧烈的“雨振”以及并列布置的斜拉索发生剧烈的尾流驰振的报道也是越来越多。这些现象都表明了，风对桥梁结构的影响尤其是风对大跨度桥梁的动力作用是桥梁中不容轻视的重要问题。 我们都知道风对桥梁的作用是一个十分复杂的现象。它同时受到风的自然特性、桥梁的动力性能以及风与桥梁相互作用等3方面的制约。而且风在绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时，结构会保持静止不动，使得这种空气力的作用只相当于静力作用。但当桥梁结构的刚度较小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而且具有动力作用。 1 风的静力作用 当结构刚度较大因而几乎不振动，或结构即使有轻微振动但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态，因而不影响气流对桥梁的作用力，此时风对桥梁的作用可以近似看作为一种静力荷载即风的静力作用。 风的静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应。我们可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。它们通常被称为气流作用力的 《公路桥梁抗风设计规范》概要 及大跨桥梁的抗风对策 项海帆陈艾荣 摘要：随着我国桥梁工程的不断发展，迫切需要编制适合我国国情的《公路桥梁抗风设计规范》。本文介绍了该规范编制中的几个主要问题，其中包括基本风速图和风压图、风荷载的表达方式、桥梁动力稳定性检验和风洞试验要求等，此外，还讨论了大跨桥梁成桥和施工阶段的各种抗风对策。 关键词：桥梁抗风、设计规范 0. 前言 1999年10月，江阴长江大桥正式建成通车标志着中国有了第一座超千米的悬索桥，同时也成为世界上能够建造千米级大桥的第六个国家。自从80年代初中国改革开放以来，中国已建成了一百余座各种类型的斜拉桥，成为世界上建造斜拉桥最多的国家。如果把即将于2001年建成的南京长江二桥和福州闽江大桥统计在内，在跨度超过500m的世界斜拉桥中中国的斜拉桥已占有十分重要的地位。1996年我国人民交通出版社出版了我国第一部由同济大学和中交公路规划设计院编写的《公路桥梁抗风设计指南》，几年来已被广泛用于多座大路桥梁的抗风设计中。在此基础上，受交通部的委托，同济大学、中交公路规划设计院、中央气象研究院以及西安公路交通大学针对其中的几个关键问题进行了专题研究，为形成最终的《公路桥梁抗风设计规范》奠定了基础。这几个专题的内容以及通过多次修改形成的报批稿的目录如表1所示。本文将主要介绍该规范编制中的几个主要问题，其中包括基本风速的确定、风荷载的表达方式、桥梁动力稳定性检验和风洞试验要求等 二、全国基本风速图和风压图 基本风速定义为桥梁所在地区的开阔平坦地貌条件下，地面以上10m高度处，100年重现期的10min平均年最大风速。 本次规范编制，采用我国657个基本台站1961年至1995年间自己记录的风速资料，以极值I型分布曲线进行拟合，将基准高度从原来的20m高改为10m 高，并考虑100年重现期，得到相应各气象台站百年一遇的最大风速值。鉴于目前我国有相当多的气象台站，由于近年来城市建设的快速发展，使得台站环境不能满足空旷无遮挡的要求，致使风速记录明显受人为因素的影响而偏小。本次研究，对其部分计算结果参照周围台站的情况予以适当的修正。与此同时，参照国内其他的规范确定基本风压的下限值100年一遇为0.35kN ／m2，50年一遇为0.30kN／m2，10年一遇为0.20kN／m2，相应的基本风速下限分别为24m/s，22m/s和18m／s。全国基本风压图和风速图有如下特点： 1.东南沿海为我国大陆上的最大风压区。风压等值线大致与海岸平行，风压从沿海向内陆递减很快，到达离海岸50km处的风速约为海边风速的75％，到100km处则仅为50％左右，这和造成这一地区大风的主要天气系统--台风 摘要：本文对钢管混凝土的构造，分类，施工形式以及动力特性和目前仍存在的问 题进行了简要的介绍。 关键字：钢管混凝土拱桥施工形式动力特性构造存在问题 一背景 钢管混凝土拱桥由于具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、经济效果好和地基适应性强等优点，是发展前景广阔的一种组合桥梁结构。目前钢管混凝土拱桥在我国已经历了十余年的发展，无论是其应用规模还是跨径增长的速度都是惊人的。相对而言我国建设钢管混凝士拱桥的技术已经达到国际先进水平，我国对钢管混凝十拱桥的理论研究也取得了很多成果。但该桥型技术复杂，施工难度大，已经暴露和潜在的问题还很多，仍需要广大工程技术人员在实践中不断探讨和完善。 二钢管混凝土拱桥定义和简介 钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而能显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑。施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。 钢管混凝土拱桥的真正发展是在90年代的中国。1991年5月我国第一座采用钢管混凝土拱肋的拱桥-四川旺苍东河大桥［1、2］建成通车，它为净跨径115m的下承式拱桥，该桥的建成具有深远意义，它揭开了我国大规模修建钢管混凝土拱桥的序幕。自此以后，钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展迅猛，据不完全统计，到2005年，我国己建和在建的钢管混凝土拱桥己达200余座，其中跨径大于100m的有50余座，跨径大于200m的有20余座，跨径大于300m的有接近10余座。 三钢管混凝土拱桥的构造 3.1、主拱肋：《桥梁结构抗风与抗震》教学大纲-桥梁工程教学团队
桥梁抗震与抗风复习思考题
桥梁抗震与抗风课程综述
浅谈风对桥梁结构的影响
《公路桥梁抗风设计规范》概要
桥梁抗震抗风作业
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