第四章桥梁结构地震反应分析

桥梁结构的抗震性能分析桥梁是人类历史上重要的建筑结构之一，不仅满足交通运输需求，更是现代城市发展的重要支撑。

随着现代建筑技术的不断发展，桥梁的设计和施工已经越来越复杂。

对于桥梁结构来说，抗震性能是一个至关重要的问题，因为地震灾害可能会严重破坏桥梁，使得交通运输瘫痪。

因此，本文将对桥梁结构的抗震性能进行分析。

一、桥梁的结构桥梁根据结构形式不同可以分为梁桥、拱桥、索桥和刚构桥等四种类型。

梁桥是由平行的梁及其支座组成，多用于跨越短距离和交通量小的地段。

拱桥则是由拱脚、拱顶和拱肋等多个构造组成，其结构特点是各构造部件间呈连续的曲面式关系。

由于其特殊的结构形式，拱桥被广泛应用于跨越峡谷、江河等大跨度地段的桥梁建设。

索桥则是一种桥梁结构体系，以索缆为受力构件并通过锚固点固定支撑，经过多次数值分析和实际工程实践证实，索桥可以通过调整索缆的受力长度来有效地适应抗震和其他外力的要求。

刚构桥的结构框架由梁、柱、墩和短梁等构件组成，是由于其体系拥有较好的整体刚度及稳定性，而广泛应用于复杂地形、大站场、长跨度等场地的建设。

二、桥梁的抗震问题由于桥梁通常跨距大，所以抗震问题是一个很大的挑战。

通常，桥梁在地震中承受两个主要影响：地震的动力荷载和基础地震波动。

前者来自地面的水平震动及桥梁结构的固有振动，后者是由地震波产生的地基动力传递至桥墩、承台和桥面加速度的结果。

为了保证桥梁在地震时的抗震性能，需要考虑三种不同的层面：桥梁整体体系的层面、各组件的层面和基础的层面。

三、桥梁抗震设计方法桥梁抗震设计的基本要求是在最大地震荷载作用下，保障桥梁能够安全运行并尽可能地减少损失。

其设计方法有以下几个方面：1、选择抗震放大系数：为保证桥梁对地震的安全性能，在抗震设计时通常会采用安全系数的方法，也就是抗震放大系数的方法来进行设计。

在设计时需要选择适当的放大系数，一般根据历史地震资料、地震区域分类等进行科学合理的选择。

2、固有周期平衡：固有周期是指桥梁在水平向上受到弹性竖向外荷载时完成一个完整周期振动的时间。

结构地震反应分析结构地震反应分析的主要工作是首先将结构简化成力学分析模型，然后输入地震作用，计算模拟结构的反应行为，包括内力和变形反应时程或最大值。

其目的是为结构抗震设计提供必要的数据资料；或为抗震安全鉴定和拟定抗震加固方案提供参考依据；或为研究结构破坏机理提供基本手段，从而改善设计，提高结构的抗震性能。

结构地震反应取决于地震动输入特性和结构特性。

随着人们对地震动特性和结构特性的了解越来越多，特别是技术手段越来越先进，结构地震反应分析方法也跟着有了飞跃的发展。

结构抗震分析方法的发展大体上可分为三个阶段，即静力法、拟静力法（通常指反应谱方法）和动力法阶段。

静力法是20世纪初首先在日本发展起来的。

该方法将结构物看成是刚体，并刚接于地面。

这样，结构在最大水平加速度绝对值为max a 的地面运动激励下，受到的最大水平作用力P （即最大惯性力）为kW A gW P ==max 其中，W 是结构物的重量，k 是地面最大水平加速度绝对值max A 与重力加速度g 之比，称为地震系数。

在当时人们对地面运动的频谱和卓越周期的了解还不够多，以及房屋多为低层建筑的情况下，应用上述地震荷载计算公式于抗震设计还是可以的。

但是，随着地震资料的积累和城市与工业建设的发展，使人们认识到作为静力法基础的刚性结构假定已明显地远离实际情况，于是考虑结构物的弹性性质、阻尼性质及相应动力特性的反应谱方法便发展起来了。

反应谱方法出现在20世纪40年代。

美国的一些学者在取得了一部分强震地面运动记录之后，考虑地震动特性与结构动力特性共同对结构地震反应产生决定性影响的这一事实，提出了反应谱概念和相应的设计计算方法。

这一方法有动力法的内容，却具静力法的形式，故可称之为拟静力法。

该方法对结构地震反应分析产生巨大影响，至今仍是结构抗震设计的主要计算方法。

尽管反应谱方法取得的进步是实质性的，但它的应用还是受到一些限制，如原则上只能用于线性结构体系；不能真实反映复杂结构体系的动力放大作用。

桥梁抗震第⼀章地震概述1、地球构造地球的内部结构为⼀同⼼状圈层构造，由地⼼⾄地表依次分化为地核（3470Km）、地幔（2900Km）、地壳（30Km）。

地球平均半径6400Km，地壳与地幔的分界⾯为莫霍⾯，是⼀个地震波传播速度急剧变化的不连续⾯。

2、地震类型构造地震、⽕⼭地震、陷落地震、诱发地震、⼈⼯地震3、⾥⽒震级概念规定以震中距100km处“标准地震仪”（周期0.8s,放⼤倍数2800,阻尼系数0.8）所记录的最⼤⽔平地动位移（单振幅,以µm计）的常⽤对数为该地震的震级。

4、地震烈度概念地震烈度：指某⼀地区的地⾯和各类建筑物遭受⼀次地震影响的强弱程度。

基本烈度：指在今后⼀定时期内，在⼀般场地条件下，可能遭受的最⼤地震烈度。

（⽤于抗震设防）地震区划：指在地图上按地震情况的差异划分出的不同区域。

5、地震波分类及特点地震波包括在地球内部传播的体波和只限于在地球表⾯传播的⾯波，其中体波包括纵（P）波和横（S）波，⽽⾯波分为瑞利波和乐浦波，对建筑物和地表的破坏主要以⾯波为主。

纵波，振动⽅向与传播⽅向⼀致或平⾏的波，即媒介（质点）的运动⽅向同波的运动⽅向相同或相反，⼜称为压缩波。

周期短，振幅⼩，波速快，可在所有介质中传播。

横波，质点的振动⽅向与波的传播⽅向垂直，是剪切波。

周期长，振幅⼤，波速慢，只能在固体介质中传播。

瑞利波，质点在与地⾯垂直的平⾯内沿波的前进⽅向做椭圆反时针⽅向运动。

振幅⼤，在地表以竖向运动为主。

乐浦波，质点在地平⾯内做与波前进⽅向相垂直的运动。

⼀般来说，与体波相⽐，⾯波的周期较长，振幅较⼤，波速较慢，⾯波的衰减也较慢，能传到较远的⽅向。

6、地震动概念，三要素，影响因素地震动，也称地⾯运动，是指由震源释放出来的地震波引起的地表附近⼟层的振动。

地震动是地震和结构抗震之间的桥梁，⼜是结构抗震设防的依据。

三要素：地震动强度（振幅、峰值）、频谱特性、强震持续时间。

影响因素：震源、传播介质与途径、局部场地条件。

桥梁结构的动力响应与地震防护研究桥梁结构的动力响应与地震防护研究在工程领域中具有重要意义。

随着现代城市化进程的加速和交通运输需求的增长，桥梁作为城市交通的重要组成部分，其安全性和抗震性能的研究越来越受到关注。

桥梁结构的动力响应是指在地震作用下，桥梁结构所产生的振动响应。

地震是一种破坏性的自然灾害，其对桥梁结构的冲击力往往是巨大的。

因此，研究桥梁结构的动力响应，可以帮助工程师更好地了解桥梁结构在地震中的表现，从而提出相应的防护措施。

桥梁结构的动力响应研究主要包括以下几个方面：1. 动力特性分析：通过建立桥梁结构的数学模型，分析其固有频率、振型和阻尼等动力特性。

这些特性决定了桥梁结构在地震中的响应。

2. 地震波分析：通过研究地震波的传播规律和特性，分析地震波对桥梁结构的作用。

地震波的频率、振幅和持续时间等参数对桥梁结构的响应有着重要影响。

3. 动力响应分析：通过将桥梁结构与地震波耦合，模拟桥梁结构在地震中的振动响应。

通过分析桥梁结构的位移、加速度、应力等参数，评估桥梁结构的抗震性能。

4. 结构优化设计：通过分析桥梁结构的动力响应，优化结构的设计方案，提高桥梁结构的抗震性能。

例如，采用抗震支座、减震装置、加固措施等技术手段，提高桥梁结构的抗震能力。

在桥梁结构的地震防护研究中，还需要考虑以下几个方面：1. 抗震设计准则：根据地震区域的震级和地质条件，制定相应的抗震设计准则。

这些准则包括桥梁结构的抗震设计参数、地震动力学分析方法和抗震设防水平等。

2. 抗震设防措施：根据抗震设计准则，采取相应的抗震设防措施。

这些措施包括选用适当的材料、采用合理的结构形式、设置抗震支座和减震装置等。

3. 抗震监测与评估：对已建成的桥梁结构进行抗震监测和评估，及时发现结构存在的问题并采取相应的修复和加固措施。

同时，对新建桥梁结构进行抗震评估，确保其满足设计要求。

4. 抗震教育与宣传：加强对公众和工程师的抗震教育与宣传，提高抗震意识和抗震能力。

桥梁抗震分析报告1工程概况1.1概况综述该桥位于某7度区二级公路上，水平向基本地震加速度值0.15g。

按《中国地震动反应谱特征周期区划图》查的场地特征周期为：0.45s。

然后进行现场勘查测得场地土质的和剪切波速，例如表1 场地体制勘探表层底深度（m）层厚（m）土质描述密度（kN·s2/m4) 剪切波速（m/s)3.0 3.0 亚粘土0.017 1354.0 1.0 细砂0.018 2705.5 1.5 轻亚粘土0.018 2706.7 1.2 亚粘土0.018 2708.5 1.8 细砂0.019 27011.5 3.3 粘土0.019 27011.8 基岩1.2场地类别确定（1）根据公式计算土层平均剪切波速：209.8m/s，（2）然后确定工程场地覆盖层厚度：11.5m，（3）根据规范中桥梁场地类别划分表格，确定场地类别为Ⅱ类场地。

（4）采用地震作用效应与永久作用效应组合进行地基抗震验算。

（5）根据土质判断是否需要抗液化措施，经判断本场地地基不液化，不需要进行抗液化措施。

1.3桥梁概况本桥总体布置为40m+40m+40m的连续刚构桥，截面是单箱单室（如图2.1所示），桥宽9.3m，墩高10m，桥墩截面如图2.2所示。

图1 跨中箱梁截面图2 桥梁布置图图3 V型桥墩构造图预应力布置形式：跨中部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力。

1.4技术指标荷载等级：城-A地震设防烈度：8度设计安全等级：二级结构重要性系数：1.01.5材料（1）混凝土。

主梁采用JTG04（RC）规范的C50混凝土，桥墩采用JTG04（RC）规范的C40混凝土。

（2）钢材，采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860（3）预应力：钢束(φ15.2 mm×31)截面面积：Au = 4340 mm2孔道直径：130 mm钢筋松弛系数：选择JTG04和0.3(低松弛)预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk)：1860N/mm^2预应力钢筋与管道壁的摩擦系数：0.25管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：1.5e-006(1/mm)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值：开始点：6mm，结束点：6mm，张拉力：抗拉强度标准值的75%，张拉控制应力1395MPa2研究内容、规范及标准2.1研究内容本报告主要进行了以下三方面的工作：（1）桥梁动力特性分析。

主要内容第四章桥梁抗震设计
《铁路工程抗震设计规范》的适用范围：
位于常水位水深超过5m的桥墩，应计入地震动水压力对抗震检算内容及方法抗震验算规定
3）建筑材料容许应力的修正系数，应符合下表的规定。

桥墩地震作用计算
图中，
h——基础底面位于地面以下或一般冲刷线以下的深度(m)。

（二）地震力计算公式
β——
根据场地类别和地震动参数区划确定的地震动反应谱特
桥梁抗震设计实例
桥梁抗震设计实例
桥梁抗震设计实例
185.1261.8418.990.6261.8418.990.62
⎡⎢⎢
=⎢⎢⎣桥梁抗震设计实例
桥梁抗震设计实例
地基变形引起的各质点水平位移
桥梁抗震设计实例桥梁抗震设计实例。

结构地震反应分析与抗震计算在预处理阶段，需要收集建筑物的详细信息，包括结构材料、几何形状、质量分布等。

然后，需要将建筑物的几何形状和结构材料转化为数学模型，以进行分析。

通常，结构可以被简化为一系列的节点和连接的元素，如梁、柱、板等。

接下来，需要定义地震输入。

地震输入通常以地震加速度时程或响应谱的形式表示。

地震加速度时程描述了地震时间上的加速度变化，而响应谱则给出了不同周期下的响应加速度值。

这些输入可以从地震记录仪测得，或者根据地震规范中的规定选取。

进行分析时，可以使用两种常用的地震反应分析方法：静态分析和动态分析。

静态分析假设结构在地震事件中是处于静止状态的，只考虑地震引起的重力和地震力。

这种方法适用于刚性结构或地震荷载相对较小的情况。

动态分析则更加精确，考虑了结构的质量、刚度以及地震引起的动态效应。

动态分析可以分为模态分析和时程分析两种方法。

模态分析通过提取结构的振型（模态）和频率来计算结构的地震反应。

时程分析则根据地震加速度时程逐步计算结构的运动响应。

完成分析后，需要评估结构的地震反应。

常见的评估指标包括最大位移、最大加速度、最大内力等。

根据评估结果，可以对结构进行优化或确定抗震设防要求。

最后，需要对分析结果进行后处理。

后处理包括对分析结果的可视化和解读，以便于设计师和工程师进行决策和调整。

抗震计算的原则是确保在地震事件中建筑物的结构稳定性和人员安全。

根据地震规范和建筑设计准则，建筑物需要具备足够的刚度和抗震能力。

刚度可以通过增加梁、柱、墙等结构组件的尺寸和数量来提高。

抗震能力可以通过使用抗震墙、抗震支撑等增加结构的抗侧向荷载能力。

此外，抗震计算还需要考虑不同地震作用下的结构响应，如水平加速度、垂直加速度、剪切力、弯矩等。

根据地震规范中的设防水平要求，可以确定结构的抗震性能等级。

第4章midas Civil桥梁结构动力与稳定计算§1 桥梁模态分析§2 桥梁稳定（屈曲）分析§3 桥梁地震响应分析（反应谱法）§1 桥梁模态（特征值）分析☐多自由度体系结构振动平衡方程☐对结构自振特性（频率和振型）的计算称为特征值分析，又称为模态分析。

模态分析的实质是计算结构振动特征方程的特征值和特征向量。

☐阻尼对系统的振幅影响较大，但对系统的振动频率和振型的影响很小。

另外，阻尼矩阵不仅与系统本身有关，还与介质有关，而质量矩阵和刚度矩阵完全由系统本身决定。

因此，在分析系统频率特性时通常忽略阻尼影响。

☐不计阻尼时，结构的自由振动平衡方程☐线性系统自由振动的解可以表达为简谐振动☐代入无阻尼自由振动方程求解上式得到的特征值及其对应特征向量即为结构体系的各阶自振频率和振型：频率方程⏹对于稳定结构体系，其质量阵与刚度阵具有实对称性和正定性，所以相应的频率方程的根都是正实根。

由此可以解得n个根称为基本周期⏹ω1称为基本频率，其对应周期T1=2πω1⏹多自由度体系在做自由振动时，只能按一些特定的频率，即按自振频率进行振动⏹当结构按某一自振频率振动时，结构将保持一固定的形状，称为自振振型，或简称振型振型方程⏹由于特征方程的齐次性(线性方程组是线性相关的)，振型向量是不定的，只有人为给定向量中的某一元素值，才能确定其余的值。

⏹实际求解时就是令振型向量中的某一分量取定值后才能求解。

虽然令不同的分量等于不同的量，得到的振型在量值上会不一样，但其比例关系是不变的⏹所谓振型就是结构不同点(自由度)变化时的比例关系。

振型矩阵谱矩阵频率方程振型方程☐上式为结构体系的模态控制方程，它属于广义特征值问题。

☐通过简单的变换，可转化为标准特征值问题。

☐将广义特征值问题变为标准特征值问题：☐广义特征值问题☐标准特征值问题☐求解标准特征值问题的方法很多，如幂法、Jacobi法和QR法等，但这些方法都仅适用于需要求出全部特征值的低阶方程，当应用于大型特征值问题时，求解效率很低。

高架桥梁地震响应分析与减震设计第一章：引言高架桥梁作为交通运输系统的重要组成部分，在地震发生时承受着巨大的挑战。

高架桥梁地震响应分析与减震设计具有重要的现实意义。

本文将对高架桥梁地震响应分析与减震设计进行探讨与分析，以期提供相关领域的参考和指导。

第二章：高架桥梁地震响应分析2.1 地震动参数地震动参数是高架桥梁地震响应分析的基础。

通过对地震记录进行分析，可以获取地震动参数，如地震加速度、地震速度和地震位移等。

这些参数对于分析高架桥梁的地震响应以及设计减震装置具有重要意义。

2.2 结构模型高架桥梁地震响应分析中，结构模型的建立是必不可少的。

合理的结构模型可以准确地描述桥梁的动力行为。

常见的结构模型包括简化模型和详细模型，各自具有优缺点，需根据具体情况选用。

2.3 动力分析方法高架桥梁地震响应分析中，常用的动力分析方法包括等效静力法、时程分析法和频谱分析法。

每种方法都有其适应的场景和适用性，需要合理选用。

第三章：高架桥梁减震设计3.1 减震装置类型减震装置是高架桥梁减震设计的核心。

常见的减震装置类型包括摩擦减震器、液压减震器和摇摆支座等。

每种减震装置都有不同的工作原理和适用范围，需要根据桥梁的情况选用合适的减震装置。

3.2 减震设计原则高架桥梁减震设计的原则是减小结构的地震响应，降低地震引起的损伤。

减震设计要考虑结构的耐震性、可靠性和经济性，保证桥梁在地震中的安全性和稳定性。

3.3 减震设计案例通过实际案例的分析，可以更好地了解高架桥梁减震设计的应用。

本文将选取典型的高架桥梁减震设计案例进行分析，探讨各种减震装置在地震中的效果以及设计要点。

第四章：结论高架桥梁地震响应分析与减震设计是一个复杂而重要的领域。

通过对地震动参数、结构模型和动力分析方法的分析，可以对高架桥梁的地震响应有更深入的理解。

在减震设计中，选择合适的减震装置和遵循减震设计原则是确保高架桥梁地震安全性的关键。

实际案例分析有助于加深对减震设计的认识和应用。