桥梁桩基抗震动力特性分析验算

公路桥梁抗震设计要点及计算分析随着交通运输的发展，公路桥梁作为交通网络的重要组成部分，对于地震力的抗震设计显得尤为重要。

公路桥梁抗震设计是为了保证桥梁结构在地震发生时能够充分发挥其承载力和变形能力，确保桥梁的安全性和稳定性。

以下是公路桥梁抗震设计要点及计算分析。

一、设计要点1.建立合理的地震动力学模型：对于公路桥梁的抗震设计，首先要进行地震动力学分析，建立桥梁结构的地震响应模型。

在进行地震动力学模型分析时，应考虑到地震动的频段特性、地震动的荷载形式以及土（场）基地效应等因素。

2.选择合适的荷载组合：在进行荷载组合时，应根据桥梁的结构形式和地震作用特点，选择合适的地震荷载组合。

地震荷载组合应包括惯性荷载、附加荷载和额外荷载等。

3.合理选取桥梁的抗震设防烈度：为了确保桥梁能够承受地震力的作用，应根据桥梁的使用功能和地震区的地震烈度等级，合理选取桥梁的抗震设防烈度。

设计时还应根据桥梁的结构形式、材料性能和施工工艺等因素，确定合理的安全等级。

4.合理选用桥梁结构形式及材料：在选择桥梁结构形式和材料时，应综合考虑桥梁的抗震性能和经济性。

一般情况下，对于长大桥、特大桥和重要桥梁等，应优先考虑采用抗震性能好的结构形式和高强度、高耐久性、高可靠性的材料。

5.合理设置桥梁的支承方式：在设计桥梁的支承方式时，应考虑地震作用对桥梁结构的影响，通过合理的支承方式来提高桥梁的抗震性能。

一般来说，采用承台-支座-桩基或橡胶支座等形式，可以有效减小桥梁结构的刚度和应力，并提高桥梁的整体稳定性。

二、计算分析1.地震荷载计算：地震荷载计算主要包括地震动力学分析和结构响应计算两个方面。

在地震动力学分析时，可以利用有限元法或有限差分法来建立桥梁结构的地震响应模型，计算得到地震荷载的频谱特性和时程特性。

在结构响应计算时，可以采用静力分析和动力分析相结合的方法，分析桥梁结构的变形、应力和位移等参数的变化情况。

2.桥梁抗震能力评估：在进行桥梁抗震设计时，应根据桥梁结构的抗震设防烈度和设计荷载等，进行桥梁的抗震能力评估。

第2期(总第156期)2003年4月山西交通科技SHANX I SC IENCE &TECHNOLOG Y OF COMM UN I CAT I ONS No .2Apr .收稿日期:2003201213作者简介:高凤昌(1950-　),男,山东莱芜人,副总工程师,高级工程师,1979年毕业于华北水电学院水工系。

桥梁桩基础抗震性能分析及工程设计中的应用高凤昌(太原市市政工程设计研究院,山西　太原　030002) 摘要:文章对桥梁桩基础抗震性能进行了较系统的论述,并根据工程设计中的应用,对多跨连拱桥制动墩的设置和对液化地基处理提出了新的见解,对桥梁设计工作可起借鉴作用。

关键词:桥梁;桩基;抗震性能;分析;工程;应用中图分类号:U 443.15 文献标识码:A 文章编号:100623528(2003)022*******引言在基础设施工程建设中,由于桩基能将上部结构荷载传到深层稳定的土层上去,从而大大减少基础沉降和建筑物不均匀沉降。

所以,桩基础在地震区、湿陷性黄土地区,软土地区、膨胀土地区以及冻土地区等,都被广泛采用,在公路、铁路和城市桥梁工程建设中,应用更为普遍。

实践证明,它是一种极为有效的、安全可靠的基础形式,尤其在抵御地震灾害中,起着非常重要的作用。

工程抗震最基本的原则是充分利用现代科学技术成就,寻求最佳的工程抗震设计和抗震措施,合理解决抗震安全与经济之间的矛盾。

桥梁工程是交通运输枢纽的重要组成部分,一旦毁于地震,城市或地区交通中断,致使机能瘫痪,使灾情进一步扩大。

所以,减轻桥梁震害,保证交通畅通,对及时恢复正常社会生产、生活秩序,具有十分重要的意义。

1　我国《公路工程抗震设计规范》提出的基本要求和假定条件现行的《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)适用于《中国地震烈度区划图(1990)》中所规定的基本烈度为 、 、 度地区的公路工程抗震设计。

对于基本烈度大于 度的地区,公路工程抗震设计应进行专门研究。

桥梁抗震性能分析桥梁是连接两个地理位置的关键结构，因此其对震动的抵抗能力至关重要。

抗震性能分析是评估桥梁在地震中的稳定性和可靠性的过程。

本文将介绍桥梁抗震性能分析的重要性，以及常用的方法和技术。

1. 引言桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其抗震性能直接关系到行车安全和生命财产保护。

因此，对桥梁的抗震性能进行准确评估和分析，对于提高桥梁的抗震能力具有重要意义。

2. 抗震性能分析方法2.1 静态分析法静态分析法是一种常见的桥梁抗震性能评估方法。

该方法基于结构静力平衡方程，通过计算结构在地震作用下的反力和变形来评估其稳定性。

静态分析法对于简单结构和小地震作用适用，但对于复杂结构和大地震作用则存在一定的局限性。

2.2 动力响应分析法动力响应分析法基于结构的动力特性，通过考虑结构的质量、刚度、阻尼等参数来分析桥梁在地震中的反应。

该方法能够更准确地模拟地震的实际工况，但需要准确的结构动力参数和地震输入。

2.3 离散元素分析法离散元素分析法是一种基于元素离散化的数值方法，通过离散化计算结构在地震作用下的变形和应力状态。

该方法适用于非线性结构的分析，能够较好地考虑结构的接触、摩擦和断裂等复杂力学行为。

3. 抗震性能评估指标3.1 振动特性振动特性是衡量桥梁抗震性能的重要指标，包括自振频率、阻尼比等。

自振频率越高，说明结构越刚性，抗震性能越好。

3.2 变形性能变形性能是指桥梁在地震作用下的变形能力。

较小的变形能够减小结构对地震力的响应，提高抗震性能。

3.3 塑性耗能塑性耗能是桥梁在地震中塑性变形所吸收的能量。

较大的塑性耗能能够减小地震对结构的破坏程度，提高结构的抗震能力。

4. 抗震性能改善措施4.1 结构增强结构增强是提高桥梁抗震性能的重要手段之一。

包括加固构件、增加钢筋混凝土覆盖层、使用高性能材料等方法，能够提高结构的刚度和耐震能力。

4.2 减震措施减震措施是通过引入减震器等装置来减小地震作用对桥梁的影响。

减震器能够吸收和消散地震能量，降低结构的响应，提高抗震性能。

第26卷第5期2010年10月结构工程师St r uc t ur a l Eng i neer sV01．26，N o．5O et．2010桥梁桩基础抗震性能试验研究综述张德明+叶爱君(同济大学桥梁3-程系，上海200092)摘要对近几十年来国内外有关桩基弹塑性变形性能、土体对桩基的水平抗力特性以及同时考虑桩土及其相互作用时桩基抗震性能的试验研究现状做一梳理，以阐明国内外桥梁桩基抗震能力研究中已取得的成果，并对今后桥梁桩基抗震性能的试验研究重点提出几点建议。

关键词桥梁，桩基础，抗震性能，试验R e vi e w of E xper i m ent al R es ea r ch on Sei s m i cPe r f or m anc e of B r i dge Pi l e Foundat i onsZ H A N G D e m i ng+Y E A i jun(D epa rt m e nt of B r i d ge E ns i neef i ng，Tongj i U ni v er si t y。

Shang hai200092，C hi na)A bs t r act Thi s paper s um m ar i l y des cr i bes t he pre se nt st a t us of e xpe ri m ent al r ese a rch on i nel a st i c behavi o r of pi l e f ounda t i on and t he hor i zont a l s oil r e si s t anc e char act er i s t i c s．T e st s w i t h t he pres ence of bot h pi l e and s oil g O a8t o t a ke a c count of t he pil e—s oil i n t er a ct i o n ef f e ct s on pi l e f ounda t i on s ei sm i c perf or m ance ar e al so s um m ar i z ed．T he r esu l t s of pi l e f ounda t i on s ei sm i c perf or m an ce ar e r evi ew ed，and t he i m por t a nt pr obl em s i n f ut ur e r es ea rc h ar e pr opos ed．K eyw or ds br i dge，pi l e f oundat i on，s ei s m i c perf or m ance，experi m ental1引言桩基础是一种应用广泛的深基础形式，与其它形式的基础相比，能较好地适应复杂地质条件以及各种荷载情况，同时具有承载能力大、稳定性好、差异沉降小等优点，因而近年来在我国的城市高架桥、大型越江或跨海桥梁工程中得到了广泛应用。

桥梁桩基抗震动力特性分析验算摘要：模拟地震作用下，桥梁的桩土相互作用机理，从而对桩基进行抗震分析与抗震验算。

应用有限单元程序midas/civil与xtract软件分别建立有限元模型及桩基的弯矩与曲率关系，模拟地震作用时，桩基的动力特性反应，并检验是否满足设计与规范要求。

关键词：桥梁桩基抗震动力特性中图分类号：u4 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2013）06-0144-01桩基础在公路、铁路和城市桥梁工程建设中被普遍采用。

其抗震性能作为桥梁整体结构抗震中最重要的一项，对提高结构抗震性能，减轻震害有着重要的影响。

对桩基动态特性进行分析时，考虑桩土相互作用，根据m法对桩基土弹簧进行模拟，得出地震力作用下桩基础的水平力、弯矩以及剪力。

另外根据桩基的实际尺寸、配筋以及实际受力等状态拟定出桩基的弯矩与曲率关系图，计算出构件的承载值。

从而与地震作用下的荷载对照，对桩基抗震进行精确的分析与验算。

1、工程概述巢湖市跨后河河口大桥上部结构为（42.5+69.48+42.5）m变截面连续梁，由中间单箱双室梁及两侧单箱单室梁组成。

支座采用gxp 盆式支座，下部结构桥墩和桩基础采用c30混凝土，普通钢筋采用r235和hrb335钢筋。

1号、2号墩桩基长35m，直径1.3m。

地基土层从上之下有，粉质粘土层，细砂层，卵石层、漂卵石层以及强分化千枚岩层。

2、有限元模型分析与验算2.1 结构抗震模型前处理全桥的各构件共有1700个单元，1703个节点构成。

盆式橡胶支座考虑初始刚度影响，依据规范《公路桥梁抗震细则 jtgb02-01-2008》6.3.7条计算和取值，采用弹性连接模拟。

桩土相互作用用土弹簧模拟，忽略阻尼和刚度特性的影响。

根据地基土层特性，通过“m”法计算桩基节点弹性支撑的顺桥向刚度与横桥向刚度。

巢湖市地震基本烈度为ⅶ度，地震反谱特征周期为0.35s，地震动峰值加速度值为0.10g，模态叠加时采用cqc法。

桥梁设计中的抗震性能分析桥梁作为交通运输的重要枢纽，在现代社会中发挥着不可或缺的作用。

然而，地震作为一种不可预测且破坏力巨大的自然灾害，对桥梁的安全构成了严重威胁。

因此，在桥梁设计中充分考虑抗震性能至关重要。

地震对桥梁的破坏形式多种多样。

常见的有桥梁结构的倒塌、桥墩的断裂、梁体的移位以及支座的损坏等。

这些破坏不仅会导致交通中断，还可能造成严重的人员伤亡和财产损失。

为了减少地震带来的危害，桥梁设计中的抗震性能分析就显得尤为重要。

首先，我们来了解一下影响桥梁抗震性能的因素。

桥梁的结构形式是一个关键因素。

不同的结构形式在地震中的表现差异较大。

例如，简支梁桥相对连续梁桥在抗震性能上可能会有所不同。

桥梁的跨度、墩高以及墩的形式也会对其抗震能力产生影响。

较长的跨度和较高的桥墩在地震作用下更容易产生较大的变形和内力。

地基条件也是不可忽视的因素之一。

软弱地基在地震时容易发生较大的变形，从而增加桥梁结构的地震响应。

而坚实的地基则能为桥梁提供更好的支撑，减小地震的影响。

材料的性能同样会影响桥梁的抗震性能。

高强度、高韧性的材料能够更好地承受地震作用下的应力和变形。

在桥梁设计中，抗震设计方法主要包括静力法、反应谱法和时程分析法。

静力法是一种较为简单的方法，但它过于保守，不能准确反映地震的动态特性。

反应谱法考虑了结构的动力特性，能够较为合理地评估结构在地震作用下的响应。

时程分析法则通过直接输入地震波，对结构进行动态分析，可以更精确地模拟地震对桥梁的作用过程。

为了提高桥梁的抗震性能，在设计中通常会采取一系列的措施。

合理的桥梁布局是基础。

例如，尽量使桥梁的质量和刚度分布均匀，避免出现局部薄弱环节。

加强桥墩和桥台的设计，增加其强度和延性。

采用减隔震装置也是一种有效的手段。

常见的减隔震装置有橡胶支座、铅芯橡胶支座等，它们能够有效地减小地震传递到桥梁结构上的能量。

此外，对桥梁进行抗震验算也是必不可少的环节。

通过计算结构在地震作用下的内力和变形，确保其满足抗震要求。

桥梁抗震性能的理论与实验研究桥梁作为交通运输的重要枢纽，在地震发生时其安全性至关重要。

地震可能导致桥梁结构的损坏甚至倒塌，不仅会造成巨大的经济损失，还会威胁到人们的生命安全。

因此，对桥梁抗震性能的研究具有极其重要的意义。

桥梁抗震性能的理论研究是一个复杂而系统的工程。

首先，需要对地震波的特性进行深入分析。

地震波在传播过程中具有不同的频率、振幅和相位，这些因素都会对桥梁结构产生不同程度的影响。

通过对地震波的频谱分析，可以了解其能量分布情况，从而为桥梁的抗震设计提供基础。

在理论研究中，结构动力学是一个关键的领域。

桥梁结构在地震作用下会产生振动，而结构动力学则研究这种振动的规律和特性。

通过建立桥梁结构的数学模型，可以计算出结构的自振频率、振型等动力特性。

这些参数对于评估桥梁在地震中的响应至关重要。

另外，材料力学在桥梁抗震理论中也起着重要作用。

桥梁所使用的材料，如钢材、混凝土等，在地震作用下会表现出不同的力学性能。

研究这些材料在复杂应力状态下的强度、变形和破坏模式，有助于更准确地预测桥梁结构的抗震能力。

有限元分析方法是目前桥梁抗震理论研究中常用的工具之一。

它可以将复杂的桥梁结构离散为多个单元，通过求解方程组来计算结构在地震作用下的响应。

利用有限元软件，可以模拟不同类型的桥梁结构、不同的地震工况，从而为设计提供详细的分析结果。

除了理论研究，实验研究也是评估桥梁抗震性能的重要手段。

振动台实验是其中一种常见的方法。

通过将桥梁模型放置在振动台上，施加模拟的地震波，可以直观地观察桥梁结构的振动情况和破坏模式。

在实验中，模型的制作至关重要。

模型需要按照一定的相似比例缩小，同时要保证材料特性和结构细节的相似性。

这样才能使实验结果能够准确反映实际桥梁的抗震性能。

另外，传感器的布置也是实验中的关键环节。

通过在桥梁模型的关键部位布置位移传感器、加速度传感器等，可以获取结构在地震作用下的位移、加速度等数据，为分析结构的响应提供依据。

桥梁抗震性能实验与分析桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，在保障人员和物资的安全运输方面发挥着关键作用。

然而，地震作为一种不可预测的自然灾害，可能对桥梁结构造成严重破坏，威胁到交通运输的正常运行和人们的生命财产安全。

因此，对桥梁抗震性能进行深入研究和实验分析具有重要的现实意义。

在桥梁抗震性能的研究中，实验是获取关键数据和验证理论模型的重要手段。

通过实验，可以模拟地震作用下桥梁结构的响应，评估其抗震能力，并为设计和加固提供依据。

常见的桥梁抗震实验方法包括振动台实验、拟静力实验和数值模拟实验等。

振动台实验是一种能够较为真实地模拟地震作用的实验方法。

在实验中，将桥梁模型放置在振动台上，通过输入不同强度和频率的地震波，观察桥梁模型的动力响应，如位移、加速度、应变等。

振动台实验可以直观地反映桥梁在地震作用下的整体性能，但由于实验设备和模型制作的限制，通常只能进行缩尺模型实验，可能存在一定的尺寸效应。

拟静力实验则主要用于研究桥梁构件或节点的抗震性能。

在实验中，对构件或节点施加往复荷载，模拟地震作用下的变形和受力情况。

通过测量荷载位移曲线、滞回曲线等，可以评估构件的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能指标。

拟静力实验相对简单易行，但无法完全反映地震作用的动力特性。

数值模拟实验则是利用计算机软件建立桥梁的数学模型，通过数值计算模拟地震作用下桥梁的响应。

数值模拟实验可以方便地改变参数，进行大量的计算分析，但模型的准确性和可靠性需要通过实验数据进行验证。

在进行桥梁抗震性能实验时，需要合理设计实验方案，包括模型的相似比、加载制度、测量方案等。

相似比的确定是实验设计的关键之一，要保证模型能够在力学性能上尽可能地反映原型结构的特点。

加载制度的选择应根据实验目的和桥梁的受力特点确定，通常包括单调加载、循环加载等。

测量方案则要确保能够准确获取关键部位的响应数据，如位移传感器、应变片、加速度计等的布置应合理。

以某连续梁桥为例，对其进行抗震性能实验分析。

桥梁抗震性能分析与改造技术随着人们交通需求的增加，桥梁的使用频率也在不断增加。

然而，地震作为一种常见的自然灾害，给桥梁的安全带来了巨大的威胁。

因此，桥梁抗震性能的分析和改造技术变得尤为重要。

桥梁抗震性能分析是指通过模拟和计算，对桥梁在地震作用下的应力和变形进行定量评估的过程，从而确定桥梁的抗震能力。

一般来说，桥梁的抗震性能分析包括动力特性分析、非线性分析和地震响应分析等。

动力特性分析是通过模态分析方法，求得桥梁的固有频率、振型和阻尼比等参数。

这些参数反映了桥梁固有的振动特性，对于评估桥梁在地震作用下的响应具有重要意义。

非线性分析是指考虑材料的非线性行为和结构变形产生的非线性效应对桥梁进行分析，从而更加准确地评估桥梁的抗震能力。

地震响应分析是将地震动作用于桥梁结构上，对其产生的动力响应进行分析，用以评估桥梁的抗震性能。

通过抗震性能分析，我们可以了解到桥梁结构的抗震能力状况，进而决定是否需要进行改造。

桥梁改造技术可以通过增加或加固构件、改变结构形式、提升材料性能等方式来提高桥梁的抗震能力。

一种常见的改造技术是在原有结构上加设耗能装置，使其能够在地震动作用下吸收和消耗部分能量，从而减小结构的应力和变形，提高桥梁的抗震性能。

此外，还可以通过钢筋混凝土结构增强、加固桥梁基础、改进桥梁几何形状等方式来进行桥梁改造，以提高其整体的抗震性能。

在桥梁抗震性能分析和改造技术的过程中，需要考虑多方面的因素。

首先，地震的特征和作用特点需要进行准确的分析，包括地震烈度、地震波型、地震动的持续时间等。

其次，桥梁结构的特点和材料性能也需要进行详细的研究，包括材料的强度、刚度、阻尼等。

此外，还需要考虑到桥梁的使用情况和荷载条件等。

通过综合考虑这些因素，可以得出桥梁的抗震能力评估结果和相应的改造方案。

在实际的工程实践中，桥梁抗震性能分析与改造技术已经得到了广泛应用。

通过对桥梁结构进行合理的抗震性能分析，并采取相应的改造措施，可以有效地提高桥梁的抗震能力，保障人们的出行安全。