同济大学桥梁抗震课件3

2、地震加速度时程 直接利用强震记录
（地震加速度峰值、场地条件、持续时间）
采用人工地震加速度时程
（根据地震安评报告选用；规范设计反应谱拟合）
规范标准化地震加速度时程
（日本规范提供了18组地震时程记录）
一般要选取多组地震加速度时程以供比较分析。
美国AASHTO规范规定为5组 。 中国规范，3组或7组。
k 0
n
目标反应谱 幅 值 谱
随机相位
新幅值谱
4 S ( k ) FS ( k ) S ( k )
N 2 N k 1,， 1 2 k 0,
用FFT生成平稳时程
f (t )
乘以包线生成非平稳时程
1 .0
不满足精度
计算反应谱 满足精度 计算反应谱
桥墩号
2.5
最 大绝对加速度（ m/s^2）
不同场地模型 不同地震输入下 各墩位处 地表加速度时程峰值
2.0
1.5
1.0
0.5
4#1h(均匀） 2500-1h（ 一致） 2500-1h（ 1500） 2500-1h（ 3000）
0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
桥墩号
5
4
反 应谱 beta值
苏通大桥主桥场地地震反应计算的有限元模型
（覆盖土层深度：260~306m，土层水平长度：5243m）
2.4 2.2 2.0
最大绝对加速度（m/s^2）
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2500-1h 2500-2h 2500-3h
4＃1h(均匀） 4#2500-1h(一致） 4#2500-1h(1500) 4#2500-1h(3000)
3
2
1
0 0 2 4 6 8 10
周期T(s)
不同场地模型不同地震输入下北主塔处反应谱
场地桥梁整体有限元模型
震源机制（地震发生的物理过程）
用震源参数描述：
断层面的走向,倾向,倾角,断层两盘的错动方向,幅度,震
源断层长度等
断层破裂方向影响：下游比上游的峰值加速度大 典型衰减函数：
a 0＝C1e
峰值 加速 度
C2M
R e＋C3
震中 距
C4
李 氏 震 级
地震波传播
按在地壳中传播的位置： 体波和面波
(1) 体波 (在地球内部传播的波) P波（压缩波）（引起地面竖向振动）
三、桥梁场地地震动
1、局部地质条件对地震动参数的影响
墨西哥城地震反应谱图
2
1
I类场地 II类场地 III类场地 IV类场地
0 1 2 3 4 5
0.3
公路工程抗震 规范反应谱 （89）
0
0.1 0.3 0.7 0.2 0.45
反应谱特征周期值(s)（现行规范）
设计地震分组 第一组 第二组 第三组 场地类别
0
t
1
t2
T
图3.9 地震加速度拟合框图
目标谱
7 6 S/(m/s2) 5 4 3 2 1 0 3
一条时程波
0 1 2 3
t/s a/(m/s2)
4
5
6
7
2 1 0 -1 -2 -3 t/s 0 10 20 30 40
目标谱与拟合谱对比
7
6 5
S/(m/s2)
4
3 2 1 0 0 1 2 3 t/s 4 5 6 7
（欧洲规范：当存在地质不连续或明显的不同地貌特征 , 或桥长大于600m时,要考虑地震运动的空间变化性。）
桥梁墩台具有深基础时（如桩基)：
不同深度地震时程不同，可能需要不一致输入。
多点不同步输入与行波效应
多点地震动的选取：
强地震记录 人工加速度时程（一维模型？二维模型！）
二维场地地震反应分析
(2) 面波 (在地球表面传播的波）
瑞利（Rayleigth）波和乐浦（ Love）波
介质质点振动方向比较复杂。与体波相比 ，周期较长，振幅较大，波速较慢（约为 S 波0.9倍）。 图1.5 面波运动特征示意图
L波 P波 S波
图1.6 地震记录示意图
地形放大效应
地形可能会对局部地面运动有很大的影响。陡峭山 脊对基岩加速度起放大和过滤作用。
以设计反应谱为目标拟合地震加速度时程 • 三角级数法（ Scalan & Sachs
• • 随机脉冲法 自回归法
1974
）
三角级数法：用一组三角级数之和构造一个近 似的平稳高斯过程, 然后乘以强度包线, 以得到 非平稳的地面运动加速度时程。
a(t ) f (t ) A k cos( k t k )
《城市桥梁抗震设计规范》南京，7度地区，Ⅲ类场地
(E1)
主桥地震加速时程频谱与设计反应谱比较
(E2)
E2地震加速度时程
3. 地震动输入方式
89 公路抗震规范： 纵向或横向地震力验算分别进行，不考虑正交地震力 的合成。 悬臂结构应考虑竖向地震作用。
08 桥梁抗震细则： 1 一般情况下，公路桥梁可只考虑水平向地震作用， 直线桥可分别考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用。
强震动记录： 用强震加速度仪，简称强震 仪记录
不同地震的强震记录
构造地震：地震工程的主要研究对象。
构造地震与地质构造密切相关:
往往发生在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。
汶川地震:
发震于龙门山中央断裂 带（映秀—北川），主 震破裂时间80秒，破 裂长度300Km，宽度 30～40Km，最大烈 度11度，受灾极重地 区为映秀－北川－青川 的带状区域。
0.0 0 3 6 9 12 15
周期 (s)
0.3
0
方向
0 1 2 3 4 5
0.1 0.3 0.7 0.2 0.45
峰值加速度 PGA(g) 0.166
反应谱参数
T1(s)
0.25
Tg(s)
1.08
βmax
2.40
k
1.35
水平
89公路抗震规范反应谱
竖向
0.110
0.10
0.60
2.40
1.25
E X 0.30 E Y 0.30 E Z 0.30 E X E Y 0.30 E Z 0.30 E X 0.30 E Y E Z
中国规范：
三个方向上的正交地震力组合，即
E E E E
2 X 2 Y
2 Z
五、非一致地震输入
桥梁长度很长，或各支承点位于显著不同的场 地土上，应考虑地面运动的空间变化性，进行不 一致输入。
பைடு நூலகம்
T (s)
Smax 2.25 A
各类桥梁E1和E2地震调整系数
Ci
桥梁分类 乙类 丙类 丁类
E1地震作用
6度 0.61 0.46 0.35 7度 0.61 0.46 0.35 8度 0.61 0.46 0.35 9度 0.61 0.46 0.35 6度 ― ― ―
E2地震作用
7度 8度 9度 2.2(2.0 2.0(1.7) 1.55 5) 2.2(2.0 2.0(1.7) 1.55 5) ― ― ―
规范反应谱
阻尼比5%
地震安评报告提交 的设计反应谱
规范反应谱（08桥梁细则）
规范反应谱（08桥梁细则）
规范反应谱（08桥梁细则）
规范反应谱（城市规范）
S
η2S max
η2S max(T g/T )
γ
0.45S max
[η20.2 -η1(T -5T g)]S max
γ
0
0.1
Tg
5T g
6.0
介质质点振动方向与波前进方向一致。 可在所有介质中传播，周期短，振幅小 ，波速快，v=200~1400m/s
a）P 波（压缩波）
S波（剪切波）（引起地面水平振动）
介质质点振动方向与波前进方向垂直。 只在固体介质中传播，周期长，振幅大 ，波速慢，v=100~800m/s b）S 波（剪切波）
图1.4 体波运动特征示意图
3) 作用方向：随机（水平、竖向、扭转）－－竖向。 4) 作用位置：？
地震动
三要素
振幅
频谱 振幅-频率
关系曲线
持续时间
频谱分析
地震加速度时程及其功率谱和反应谱
地震动加速度纪录：
加 速 度 (g)
加 速 度 (g)
加 速 度 (g)
图1.7 埃尔森特罗地震动记录（1940年美国地震）
地震危险性分析
地震危险性（Hazard）：
某一场地（或某一区域、地区、国家）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。
概率方法：
查明工程场地周围地震环境和地震活动性； 判定并划分出潜在震源的位置、规模和地震活动频度，给出可能 的震源模式，确定各潜在震源的发震概率； 根据地震动衰减规律和地震危险性分析的概率模型，计算出场地 不同地震动参数的概率曲线，给出不同概率水准下的地震动参数峰 值，得到基岩的地震反应谱，以及地震持续时间。
存在局部地形等影响、横向不 均匀性较大场地
2) 基岩地震输入：
基岩地震加速度反应谱
（危险性分析获得）
标准化处理
目标反应谱
基岩加速度时程
3) 抗震设计用地震动参数：
各土层地震加速度时程 地表地震加速度反应谱
标准化
设计加速度反应谱
设计用地震加速度时程
工程场地地震安全性评价报告
中华人民共和国国家标准《工程场地地震安全性评价技术规范》 GB17741-2005