下载文档原格式
纤维模型在桥梁抗震中的应用_弹塑性1、前言地震，是地球内部某部分急剧运动而发生的传播振动的现象。
大地震爆发时，释放出巨大的地震能量，造成地表和人为工程的大量破坏，严重危及人民生命和财产的安全，历来是严重危害人类的一大自然灾害。
据统计，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达十几次，如1906年的美国旧金山大地震和1923年的日本关东大地震，前者使7万余人丧生，后者使10万余人死亡，4万余人下落不明。
1971年美国SanFernando地震(M6.6)，导致的城市经济总损失10亿美元(以当时的币值为准)。
1976年我国河北唐山大地震(M7.8)，使整个城市在片刻之间沦为一片废墟，地震造成24万余人丧生，直接经济损失近100亿元人民币。
尤其是最近的二十余年，全球发生了许多次大地震，其中多次破坏性地震都集中在城市，造成了非常惨重的生命财产损失。
1989年美国LomaPrieta地震(M7.0)，1994年美国Northridge地震(M6.7)，1995年日本阪神大地震(M7.2)，1999年土耳其伊兹米特地震(M7.4)，1999年中国台湾集集大地震(M7.8)，直接经济损失分别为：70亿美元，200亿美元，1000亿美元，超过200亿美元，118亿美元（以当时币值计算）。
2022年中国四川汶川大地震（M8.0），直接经济损失达8451亿元人民币。
特别是2022年日本大地震（M9.0），济损失或达25万亿日元。
在现代钢筋混凝土桥梁结构中，桥墩是结构体系中最易遭受地震破坏的构件，因钢筋混凝土桥墩破坏而导致的桥梁严重破坏甚至倒塌现象，己成为现代桥梁震害的最主要特征。
深入研究其抗震性能、地震损伤和破坏过程，对加深震害理解和发展桥梁抗震设计方法具有重要理论意义和实际价值。
2、桥梁震害原因分析近10年来，公路桥梁震害现象表现出一些新的特点，最明显的表现之一是上部结构因地基液化而坠毁的现象大大减少。
关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文摘要：随着我国交通事业的发展，高墩大跨径连续钢构桥梁在交通道路建设中运用的越来越多，尤其是我国西南、西北地区，盘山公路等已经不能满足经济发展需要。
但由于地形较为复杂，在道路建设中多采用桥梁，再加上山区为地震多发地带，因而对桥梁设计要求极为严格。
高墩大跨径连续钢构桥梁结构的设计具有良好抗震能力，分析其抗震设计，对于其完善与发展具有重要意义。
关键词：高墩；大跨径：连续钢构梁；抗震设计1 高墩大跨径连续钢构桥简介钢构桥结构较为特殊，是将墩台与主梁整体固结。
其承担竖向荷载时，主梁通过产生负弯矩减少跨中正弯矩。
桥墩作为钢构桥的主体部分，主要承担水平推力、压力以及弯矩三种力。
墩梁固结形式较为特殊，可通过节省抗震支座减少桥墩厚度，借助悬臂施工从而省去体系转换，减少了施工工序。
该结构可保持连续梁无伸缩缝，使行车平顺。
此外还具有无需设置支座和体系转换功能，桥梁结构在顺桥向和横桥向分别具有抗弯和抗扭刚度，为施工提供具有便利。
高墩大跨径连续钢构桥形式优缺点并存，其缺点在于受混凝土收缩、墩台沉陷等因素影响，结构中可产生附加内力。
作为高柔性墩，可允许其上部存在横向变位。
其优点在于弱化墩台沉降所产生的内力，并减轻其对结构的影响。
其突出受力结构表现为桥墩与桥梁固结为整体，通过共同承受荷载进而较少负弯矩；该桥梁结构受力合理，抗震与抗扭能力强，具有整体性好，桥型流畅等优点。
作为高柔性桥墩，可允许桥墩纵横向存在合理变位。
2 桥梁震害的具体表现2.1 支座在地震中支座损坏极为常见，支座遭到破坏后能够改变力的传递，进而影响桥梁其它结构的抗震能力，其主要破坏形式有移位、剪断以及支座脱落等。
2.2 上部结构上部结构遭受震害主要是移位，即纵向、横向发生移位。
移位部位通常位于伸缩缝处，具体表现为梁间开脱、落梁、顶撞等。
有资料显示，顺桥向落梁在总数中所占比例高达90%，由于这种落梁方式会撞击到桥墩侧壁，对下部结构造成巨大冲击力，因而破坏力极大。
探讨桥梁结构中的桥墩抗震设计方法摘要：基于性能的抗震设计提出了多级设计理念，注重满足已定性能目标，是未来规范发展的方向。
本文从抗震性能目标及桥墩损伤状态、基于性能的抗震设计步骤及方法和基于性能抗震设计算例三个方面详细探讨了基于性能的桥梁结构抗震设计，具有参考和借鉴意义。
关键词：桥墩损伤；抗震设计；方法Abstract: based on the performance of the proposed design multilevel seismic design concept, pay attention to meet goals has qualitative, is the developing direction of future standard. This paper, from the seismic performance targets and bridge damage status, based on the performance of the seismic design procedure and the method based on performance and seismic design example three aspects were discussed based on the capability bridge structure seismic design, it has reference and the significance.Keywords: bridge damage; Seismic design; methods性能目标的确定及基于性能的抗震设计方法是基于性能抗震设计理论的两个主要组成部分。
基于性能的抗震设计提出了多级设计理念，注重满足已定性能目标，是未来规范发展的方向。
对于建筑结构已提出的：正常使用、可使用、生命安全和接近倒塌这四级性能目标已被研究者接受。
1引言我国西部地区地形地貌多变,桥梁不可避免要跨越山区峡谷,斜拉桥作为一种大跨度桥式结构,在200~700m 跨度范围具有较强的竞争优势。
山区斜拉桥具有塔高和墩高的特点,如法国米约高架桥[1]最高桥墩245m 、我国湖南赤石大桥[2]最大墩高178m 。
由于山区地形起伏较大,桥跨也呈现出桥墩和桥塔高度和刚度差异。
目前,我国学者对高墩斜拉桥地震反应分析进行了大量研究。
李立峰等[3]对高墩多塔斜拉桥纵向约束体系进行了研究,结果表明固结和弹性-固结体系为比较合理的纵向约束体系;李龙[4]研究了高墩斜拉桥地震反应,重点分析了桥塔构造对结构抗震的影响。
然而不同构造形式的斜拉桥受力特点不尽相同,超高墩斜拉桥自振周期较长,高阶阵型对结构抗震性能产生较大影响,抗震设计更为复杂,同时高低墩差异会对结构抗震性能带来不利影响。
因此,进一步研究超高墩斜拉桥的抗震性能具有重要意义。
本文以山区某超高墩双塔斜拉桥为研究背景,建立全桥动力有限元模型,研究高墩斜拉桥在两种设防水准下的抗震性能,并根据结构动力响应对墩、塔及桩基截面进行验算,提出适用于该桥型的合理有效的抗震措施,为今后同类桥梁的抗震设计提供参考。
2工程背景该山区超高墩双塔斜拉桥桥跨布置如图1a 所示,主桥采用200m+400m+200m 组合梁斜拉桥,主梁由外设挑臂钢箱梁+混凝土桥面板组成钢箱组合截面,钢箱梁梁高3.22m 、宽7m ,混凝土桥面板厚28cm ,桥面宽31.5m ,双向6车道,桥面布置如图1b 所示。
桥塔采用纵桥向人字形索塔,小里程侧塔墩高76m ,下塔柱94.6m ,桥面以上塔高109.4m ;大里程侧塔墩高86m ,下塔柱98.6m ,桥面以上塔高109.4m ,截面为内八角形箱形截面,外设圆倒角,桥塔构造如图1c 所示。
斜拉索采用1860钢绞线拉索,最大规格为OVM250-85,最小规格为OVM250-34。
基础采用30根桩径3.0m 的钻孔桩。
高烈度区大挑臂桥墩抗震设计研究摘要：以黄河路（泰山路～东夏路）快速化升级改造工程为依托，针对系列标准跨桥梁，采用反应谱法和时程分析法对不同墩高和截面尺寸的双柱式大挑臂桥墩进行抗震设计。
根据抗震设计结果，对高烈度区双柱式大挑臂桥墩的结构受力特征进行分析和总结，可为高烈度区双柱式大挑臂桥墩的设计和施工提供参考。
分析结果表明：高墩采用调整墩柱截面及配筋率的延性抗震体系，矮墩采用设置减隔震支座的减隔震体系，能有效应对抗震作用[1]。
关键词：高烈度区预应力混凝土大挑臂隐式盖梁；延性抗震；减隔震中图分类号： U442.5+5 文献标识码：A0 引言汕头近场区及邻近地区历史上曾发生过数次破坏性地震，以1918年南澳7.3级地震对工程场地破坏最大，地震烈度达Ⅷ~Ⅸ度。
汕头近场区及邻近地区是破坏性地震的多发区，地震重复性高，因此近场区未来仍存在发生中强以上地震的可能性。
图1 汕头地区近场区地震构造图本文以汕头市黄河路（泰山路～东夏路）快速化升级改造工程为依托，针对系列标准跨桥梁进行抗震分析，高墩采用调整墩柱截面及配筋率的延性抗震体系，矮墩采用设置减隔震支座的减隔震体系。
通过对这两种体系下大挑臂桥墩的受力特征进行分析，对该类型桥墩的设计和施工提供参考。
1 项目概况黄河路高架桥是为保持黄河路行车速度、保障行车舒适性、节约时间成本而设置的沿黄河路的高架桥。
其跨越嵩山路、衡山路、天山路、华山路等四个重要路口，桥跨布置为7*31.2+36.5+26.2+2*31.2+3*26.2+11*31.2+26.2+36.5+2*26.2+7*31.2+40.1+56+40.1+8*31.2+2*26.2+ 31.2+36.2+6*31.2+36.5+7*31.2m，桥梁长度2051.5m（含桥台侧墙长度），具体设计指标如下：1）桥梁设计荷载：城-A级；2）桥梁宽度：26.7m；3）车道布置：双向六车道；4）设计基准期：100 年；5）设计安全等级：一级；6）地震动峰值加速度：0.20g；7）项目场地地震烈度：Ⅷ度。
桥梁工程抗震设计要点研究发布时间：2022-12-15T02:48:42.413Z 来源：《中国建设信息化》2022年16期作者：陈水志[导读] 地震作为最常见的地质灾害类型，一旦发生，会给桥梁造成无法预估的破坏，陈水志广东南雅建筑工程设计有限公司 510000摘要：地震作为最常见的地质灾害类型，一旦发生，会给桥梁造成无法预估的破坏，轻则导致桥梁主体结构开裂，严重时将造成断裂、破坏，甚至倒塌。
因此，为抵御地震造成的破坏，在桥梁工程设计中应高度重视并做好抗震设计，在明确桥梁震害主要表现形式和产生原因的基础上，提出抗震设计中需要注意的各项要点。
关键词：桥梁设计；桥梁抗震设计；抗震设计要点引言近年来，我国路桥总里程数稳居世界第一，桥梁的数量不断增加，俨然已成为人们生活中必不可少的一种建筑结构。
但是，我国地震频发，桥梁结构因地震而时常发生耐久性下降及失稳等问题，人民的生命和财产安全因此遭受了巨大损失。
公路桥梁震害不但直接危及人们的生命安全问题，还给灾后救援工作带来了极大的困难与阻碍。
因此研究桥梁抗震设计以及桥梁减隔震技术的应用，对于避免桥梁结构震害问题有着重要的研究意义。
1概述1.1抗震设计的概念抗震设计，又叫减隔震设计，由减震设计和隔震设计两部分组成。
与减震设计不同，隔震设计在设计过程中应考虑结构的振动周期数值。
当公路桥梁遭遇地震时，桥梁结构上设置的隔震设施可以对地震波所带来冲击起到一定程度的延缓作用，使桥梁结构所承受的能量减少，从而对桥梁起到保护作用。
在实际应用过程中，减隔震设计中关键设备的阻尼装置和耗能构件起到了决定性作用。
1.2我国桥梁抗震设计研究现状我国桥梁抗震研究起步较晚，1976年唐山大地震后，由于地震对结构的严重破坏，以及受桥梁结构破坏后的一系列严重后果的启示，抗震研究及抗震设计在桥梁中才真正得到发展。
结构抗震分析早期主要采用静力理论，随着结构动力学的发展，20世纪40年代，地震反应谱法、结构动力时程分析法被逐渐应用到结构抗震设计分析中。
非规则高墩桥梁抗震设计理论研究
摘要：目前，我国对地震作用下非规则高墩桥梁的抗震设计研究仍不够成熟。
所以，加强对非规则高墩桥梁理论的探讨，对特殊桥梁的抗震设计水平的理论有很好的促进作用。
尤其对我国西部地区高墩桥梁的设计工作有更好的借鉴指导意义，而且对我国的高墩桥梁的抗震功能有更好的参考价值。
关键词：非规则；高墩桥梁；抗震；设计理论
我国西部山区受到地形地势的影响，高墩桥梁的设计不能满足规则桥的基本定义，也不能按照相关的公路工程抗震设计规范实施，从而产生了一系列典型的非规则公路桥梁。
随着西部山区桥梁施工工艺和交通建设发展形成了非规则相对而言形式比较特殊的结构的高墩桥梁，长细比较小的实心截面中、低墩规则桥梁。
但目前，相对于构造复杂，墩柱长细比和轴压比较大，结构形式显然是不同的，目前仍然普遍借用、套用中、低墩规则桥梁的设计方法，具有很大的盲目性和随意性，难以保证结构的抗震安全性。
一、非规则高墩桥梁抗震设计理论分析
（一）强度下的抗震设计理论
自从20世纪70年代以来我国的发展，基于强度的抗震设计方法对弹性时程或弹性反应谱分析方法的利用被各国桥梁建设规范广泛采用，从而能更好的对结构的弹性地震力进行计算。
弹性力受到地震力折减系数R的影响而折减，从而对结构设计地震力进行截面设计，设计流程见图1。
图1基于强度的抗震设计流程
目前，国内一些学者也根据他们的研究成果提出了地震折减系数与构件延性能力计算公式，以下地震力折减公式主要是针对结构第一阶振型占主导地位、高阶振型参与很小的规则桥梁提出的。
像建议的地震力折减系数R值见下式，计算公式仅考虑了结构的一阶自振周期。
式中：。
—位移延性系数；
T—结构一阶自振周期；
a，b—与屈后刚度比有关的两个参数，当。
=0时，a=1.00，b=0.42。
对于非规则高墩桥梁而言，其桥墩高度和墩身质量较大，结构二阶及二阶以上振型参与贡献不可忽略。
一般来说，高阶振型参与贡献较大的结构，地震作用下的变形与其第一阶振型形状有较大差别，见图2。
由于高阶振型与第一阶振型的变形相差很大，对二阶及二阶以上振型的地震力如何折减目前尚无相关研究。
图2振型分解示意图
（二）基于位移的抗震设计理论
针对不同地震设防水准，制定相应的以损伤为基础的目标位移作为设计目标。
基于位移的抗震设计方法直接以结构位移为设计指标量，在给定水准地震作用下确保结构能够有效符合预先指定的目标位移，在设计地震作用下控制结构，控制结构行为必须控制位移这一重要参数，不仅可以联系到基础的损伤状态，在宏观上合理控制结构的整体行为。
二、非规则高墩桥梁抗震设计现状分析
（一）线弹性地震反应分析
我国一些学者对考虑P_△效应的高墩与不考虑P-△效应高墩的受力和位移之间的区别进行了分析，而且对多个振型组合与第一阶振型计算高墩内力和位移的区别充分进行讨论；通过线弹性和反应谱时程计算的比较发现，只需要对其中的2~3个振型进行分析，就能得出相对准确的计算结果；实验表明：高阶振型受到墩高的影响，墩高高度增加，对其地震需求的影响增加。
经过分析得出墩底弯矩受P_△效应的影响不大，可忽略其在抗震计算中的作用。
高墩桥梁反应谱表现为强震持续时间越长，就越表现出的反应不佳。
（二）弹塑性地震反应及墩柱位移延性能力
采用弹塑性梁柱单元，对高层建筑结构和桥梁高墩的非线性地震反应进行充分研究。
研究表明，高耸结构地震需求受到高阶振型影响很大，此类结构在地震作用下对两个或两个以上塑性铰受的影响是很大的。
对地震时程反应和地震反应谱在对高墩大跨曲线连续刚构桥下进行分析，确定对分析结果受到几何非线性的影响，而且这种影响与墩高和曲率半径之间有着密切的关系。
我国某些学者在P_△效应影响下对矩形和圆形混凝土桥墩的位移延性能力进行了理论推导和试验数据统计，提出了修正的墩柱位移延性能力计算公式。
另外一些学者通过对Increment Dynamic Analysis的分析，也就是对增量动力分析方法。
IDA方法与非线性静力推倒分析(即pushover)方法的采用，在计算高墩位移延性系数上，比较了SDOF(单自由度)体系和MDOF(多自由度)体系的弹塑性纤维梁柱单元模型的区别。
结果表明在计算桥梁高墩位移延性系数上pushover方法的采用可能造成较大的误差，证明高墩位移延性系数很大程度上受到高阶振型及墩身质量的影
响。
通过对公式法和pushover方法进行分析比较，指出在不同墩高墩柱的位移延性能力下，低墩采用得到的位移延性能力基本相同。
当高墩桥梁设计中采用了现行位移延性能力计算方法时，计算结果出现误差可能直接导致基于强度的抗震设计和基于位移的抗震设计结果的误差。
（三）考虑高阶振型参与的MDOF体系地震需求修正方法
通过比较等效的MDOF体系和SDOF体系地震响应，考虑SDOF体系基底剪力与MDOF体系基底剪力之比在高阶振型参与下总是小于1的，且随周期的减小而减小，说明基底剪力受到高阶振型的影响较大。
研究表明:由于高阶振型影响的程度受到地震分类、反应类型、延性水平和结构形式等参数的影响，高层建筑地震响应受到高阶振型效应的显著影响，如果对高阶振型效应忽略的话，也将导致结果的错误，并且同时对在不同地震强度下3层、9层、20层的框架结构的地震反应进行研究，讨论了最大层间位移需求受到高阶振型效应的影响。
高阶振型对长周期结构的影响变得越来越重要，层间位移需求在框架高度上不再均匀分布，整体位移和层间位移的需求随结构周期的延长而增大。
我国一些研究对pushover方法在桥梁结构中的应用范围进行了探讨，将地震作用下高阶振型对结构最大位移需求的贡献作为判断pushover方法是否适用于该桥梁结构的指标。
三、非规则高墩结构体系纵桥参数分析
计算未开裂截面得到结构纵桥和各振型质量向周期参与系数见下表。
一阶弯曲通常是90m墩高联前两阶振型墩柱的形式，高阶振型中墩柱为二阶或高阶弯曲，结构墩柱一阶弯曲振型的质量参与系数之和为81.3%。
墩柱振型形状在20m 的墩高联前三阶振型中均为一阶弯曲，所有墩柱为一阶弯曲振型的质量参与系数和达93.7%。
一阶弯曲指变墩高联一、三阶振型中墩柱，二阶或高阶弯曲其余振型中墩柱常用的形式，结构墩柱一阶弯曲的振型质量参与系数之和为84.6%。
分析全桥模型进行纵桥向非线性静力推导时，由于上部结构(主梁)承受中、低墩质量，而纵桥向上部结构刚度较大，纵向位移大致相同，通常采用的加载模式是对上部结构各节点施加一致位移的方式。
为了对高墩桥梁结构是否可以忽略高阶振型参与效应和墩身质量的影响的验证，分别通过以下方法来进行研究:
(I)加载模式I—仅在主梁各节点施加一致位移的纵桥向侧向荷载分布模式进行pushover分析；
(2)加载模式II一一在全桥施加一阶振型纵桥向侧向荷载分布模式进行pushover分析；
(3)IDA分析—采用不同地震波沿纵桥向输入进行IDA分析。
总而言之，在不同地震波作用下的非规则高墩桥梁结构，沿纵桥向进行IDA 分析得到的横桥向比屈服位移标准和结构极限位移偏差比大，IDA分析和横桥向分析结果相比得到的临界状态pushover分析与惯性力分布模式采用的侧向荷载
分布模式小而且分布相对均匀。
所以加强对我国非规则高墩桥梁抗震设计理论的分析，就可以更好的促进我国高墩桥梁抗震设计的因地制宜，能更好的促进我国高墩桥梁的设计，从而更好的为我国经济建设服务。
参考文献：
[1]梁智垚.非规则高墩桥梁抗震设计理论研究[D].同济大学,2007.
[2]曹波.山区非规则高墩桥梁抗震设计理论研究[D].昆明理工大学,2012.
[3]宗周红,夏坚,徐绰然.桥梁高墩抗震研究现状及展望[J].东南大学学报(自然科学版),2013.。
