Midas Civil桥梁抗震详解(终稿)

基于Midas/Civil的桥梁下部结构抗震计算分析与研究刘渐成（中山市规划设计院，广东中山 528400）摘要：文章以中山市石岐区广丰工业大道南六涌桥为工程背景，运用有限元软件Midas/Civil建立模型，根据抗震规范要求，运用反应谱法对桥梁下部墩柱分别进行E1、E2地震力作用下的受力分析，以指导结构设计。

关键词：Midas/Civil；桥梁下部结构；抗震计算U442 ：A ：1009-2374（2014）09-0005-031 工程概况本工程位于中山市石岐区岐港片区，广丰工业大道（石岐段）上，跨越现状南六涌，河涌宽约38m。

根据水利及航道部门技术要求，南六涌无通航要求，水位受水系的水闸控制，设计洪水位取2.3m。

根据现状河道走向、地形及周边环境，拟建桥梁与主河道斜交，约成30度角。

桥跨布置为3×16m预应力砼简支空心板梁桥，共两幅，每幅桥宽20m。

下部结构采用桩柱式桥墩，直径1m的柱接1.2m的钻孔灌注桩，桥台采用薄壁式台，桩基础，台前设4m 长的M7.5浆砌片石铺砌，台后用碎石与粗砂混合料回填。

拟建桥梁两侧均有水泥路到达场地，交通较方便，原始地貌单元为珠江三角洲海陆交互沉积平原，地形开阔，无池塘、坑道、土洞等不良地质。

区域内水网密布，地表水系发育，地下水对混凝土结构无腐蚀性。

2 技术指标安全等级：二级；设计基准期：100年；环境类别：Ⅰ类环境；设计速度：50；设计荷载：公路-Ⅰ级；净空：无通航净空要求；地震动峰值加速度：0.1g。

3 结构荷载取值3.1 永久作用桥梁永久荷载考虑上部板梁自重及二期恒载，二期恒载包括桥面铺装和栏杆等，以均布荷载形式加载，合计95.4KN/m。

下部桥墩自重。

混凝土容重取26kN/m3，计算时将荷载转化为质量。

3.2 地震计算参数根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）等相关资料，本项目区域地震基本烈度Ⅶ度（加速度取0.10g）。

1写在前面的话吾尝终日坐而论道，欲达师之所命，然则回视来路，喟叹师目标之远大，飘飘乎如遗世而独立，自知生性愚钝，淼淼乎似沧海一栗，虽鞠躬尽瘁终不能达其万一。

何解？吾生也有涯，而知也无涯，试问孰能遍知古今？路漫漫其修远兮。

念至此，心中抑郁之情稍解，思及离别将之，吾虽未成大器，尚愿得著一文以慰后世来者，遂成此文。

憾白驹过隙，仓促而就，恐错误百出，贻笑大方，见谅。

或曰：而立之年而知天命，足以。

第 1 页2 Midas 接触单元2.1 Midas 粘弹性消能器模型——边界条件——一般连接特性值在civil 中的粘弹性消能器同时拥有粘性（与变形速度成比例而产生的力）和弹性（与变形成比例而产生的力）。

主要用于增大结构的消能能力，减小由地震、缝等引起的动力反应，从而提高结构的安全性和实用性。

粘弹性消能器(Viscoelastic Damper)在六个自由度上由线性弹簧和(非)线性阻尼器并联后与线性弹簧串联而成。

MIDAS/Civil 提供3种粘弹性消能器模型。

2.1.1 Maxwell 模型如下图所示，线性弹簧与阻尼器串联的模型，适用于流动粘弹性装置。

Maxwell 模型的力－变形关系式如下：d k ：粘弹性消能器的刚度d c ：粘弹性消能器的阻尼常数b k ：连接构件的刚度s ：定义粘弹性消能器的非线性特性的常数d ：单元两节点间的变形d d ：粘弹性消能器的变形b d ：连接构件的变形输入d k 并将d k 输入为0。

实际模型概念图图1.6图1.7消能器阻尼（Cd）：输入消能器的阻尼。

参考速度（VO）：一般取1.0。

注：一般厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位为（力/速度），使用此功能时，首先建议把程序的单位体系转换为厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位后，输入消能器阻尼（Cd）值，参考速度（VO）输入1.0。

阻尼指数（s）：决定粘弹性消能器的非线性特性的常数（粘弹性阻尼力作用方向与位移速度的方向相反，并为速度绝对值的s方成正比。

抗震规范学习总结A：能力保护设计的基本原理：对于能力保护构件的设计与地震力已经没有关系了，这与《89规范》是个显著差别，能力保护构件在地震过程中一直要处于弹性范围内工作，而与能力保护构件相连的延性构件是允许出现塑性变形，这种情况下就要把延性构件能承受的最大抗力计算出来（这与地震力没有关系的，是构件本身的特性，延性构件在地震中达到这个最大的地震力后就会维持这个力不变，从而使与其相连的能力保护构件得到保护）依次推算每个能力保护构件需要的最大抗力，使其在最不利的情况下依然保持弹性。

也就是被保护的构件与地震力已经没有关系了B：延性构件：对于延性构件在E1地震作用下需要保持弹性，而在E2作用下可以进入塑性状态，所以E1作用的时候关心结构的强度，而在E2作用的时候关心结构的变形。

注意E2计算的时候要注意如果用反应谱的时候要用截面有效刚度进行折减，用非线形时程分析的时候要用纤维单元或者弹塑性单元考虑材料非线形。

C：超强系数：超强系数=结构的实际极限承载力/结构的设计承载力（采用材料强度标准值计算的结构承载力）超强的原因很多，这里说明一点：〈〈混桥规〉〉中规定钢筋混凝土构件中结构的破坏标准是材料达到材料屈服强度，也就是的材料强度标准值，而我们实际采用的是材料强度的设计值，材料强度的设计值=材料强度标准值/分项系数。

这是出现超强的一个原因。

实际求解超强系数的时候结构的设计承载力是采用材料强度标准值的，所以需要注意。

矩形截面容易求解。

圆形截面可以通过圆形截面小程序采用逐步叠代的方法求解，只是需要修改其中的材料设计强度值。

D：8.1.5条与8.1.1.5条约束混凝土与非约束混凝土的概念。

规范条为了使延性构件有足够的延性能力，故将提高约束混凝土区域作为一个限制条件，其中圆形箍筋内部全部是约束混凝土，而矩形截面的箍筋仅仅是交点处是约束混凝土，为了提高矩形截面的约束混凝土区域所以加了很多拉筋，目的是为了增加交点数量。

保证约束混凝土区域。

抗震规范学习总结A：能力保护设计的基本原理：对于能力保护构件的设计与地震力已经没有关系了，这与《89规范》是个显著差别，能力保护构件在地震过程中一直要处于弹性范围内工作，而与能力保护构件相连的延性构件是允许出现塑性变形，这种情况下就要把延性构件能承受的最大抗力计算出来（这与地震力没有关系的，是构件本身的特性，延性构件在地震中达到这个最大的地震力后就会维持这个力不变，从而使与其相连的能力保护构件得到保护）依次推算每个能力保护构件需要的最大抗力，使其在最不利的情况下依然保持弹性。

也就是被保护的构件与地震力已经没有关系了B：延性构件：对于延性构件在E1地震作用下需要保持弹性，而在E2作用下可以进入塑性状态，所以E1作用的时候关心结构的强度，而在E2作用的时候关心结构的变形。

注意E2计算的时候要注意如果用反应谱的时候要用截面有效刚度进行折减，用非线形时程分析的时候要用纤维单元或者弹塑性单元考虑材料非线形。

C：超强系数：超强系数=结构的实际极限承载力/结构的设计承载力（采用材料强度标准值计算的结构承载力）超强的原因很多，这里说明一点：〈〈混桥规〉〉中规定钢筋混凝土构件中结构的破坏标准是材料达到材料屈服强度，也就是的材料强度标准值，而我们实际采用的是材料强度的设计值，材料强度的设计值=材料强度标准值/分项系数。

这是出现超强的一个原因。

实际求解超强系数的时候结构的设计承载力是采用材料强度标准值的，所以需要注意。

矩形截面容易求解。

圆形截面可以通过圆形截面小程序采用逐步叠代的方法求解，只是需要修改其中的材料设计强度值。

D：8.1.5条与8.1.1.5条约束混凝土与非约束混凝土的概念。

规范条为了使延性构件有足够的延性能力，故将提高约束混凝土区域作为一个限制条件，其中圆形箍筋内部全部是约束混凝土，而矩形截面的箍筋仅仅是交点处是约束混凝土，为了提高矩形截面的约束混凝土区域所以加了很多拉筋，目的是为了增加交点数量。

保证约束混凝土区域。

基于Midas Civil的连续刚构桥抗震安全性分析摘要：桥梁工程作为城市交通中的生命线工程，设计人员对其抗震安全性的研究从未停止。

本文采用Midas Civil建立某高速公路段连续刚构桥的三维空间模型，以公路桥梁抗震设计规范（JTG-T2231-01-2020）为依据，采用反应谱分析法，对桥梁整体在E1、E2地震作用下的抗震性能进行验算分析。

其分析方法及结论可为今后同类型桥梁抗震设计提供参考。

关键词：反应谱法、连续刚构桥地震响应、抗震分析引言我国部分地区直属于两大地震带范围内，地震活动较为频繁[1]。

2008年，汶川发生的8.0级大地震，死亡失踪人数高达8.7万，造成经济损失近6000亿元；2010年，青海玉树发生7.1地震，死亡失踪人数2968人，直接经济损失近150亿元[2]。

灾情之严重让人痛心不已。

随着我国交通事业的蓬勃发展，大量连续刚构桥得以修建，若桥梁在地震作用下遭受破坏，导致震区交通瘫痪，这势必会对震后救援工作造成极大困难，造成的人、财损失将不可估量。

面对地震的突发性、破坏性，桥梁等重要交通建设必须从设计阶段入手，严格把控其抗震安全性能。

一、工程概况某高速公路段60+100+60m三跨变截面连续刚构桥项目，上部结构为预应力混凝土单箱单室箱梁，支点梁高6.8m，跨中梁高3m，采用公路Ⅰ级设计荷载；下部结构为单柱式薄壁空心墩，长8.5m，宽3.2m，桩基础为4根直径1.6m的圆柱桩，桩长15m。

二、计算模型建立采用Midas Civil2021及Midas Civil Designer2021进行建模、分析，C50混凝土箱梁、C40混凝土桥墩和C25混凝土桩基采用梁单元模拟。

全桥共计160个节点，147个单元，所建桥梁三维模型见图1所示。

图1结构模型三、模态分析采用Midas Civil中的多重Ritz向量法进行特征值分析，按照地震波最不利输入方向（顺桥向、横桥）取前100阶振型对桥梁三维有限元模型进行模态分析[3]。

1写在前面的话吾尝终日坐而论道，欲达师之所命，然则回视来路，喟叹师目标之远大，飘飘乎如遗世而独立，自知生性愚钝，淼淼乎似沧海一栗，虽鞠躬尽瘁终不能达其万一。

何解？吾生也有涯，而知也无涯，试问孰能遍知古今？路漫漫其修远兮。

念至此，心中抑郁之情稍解，思及离别将之，吾虽未成大器，尚愿得著一文以慰后世来者，遂成此文。

憾白驹过隙，仓促而就，恐错误百出，贻笑大方，见谅。

或曰：而立之年而知天命，足以。

2 Midas 接触单元2.1 Midas 粘弹性消能器模型——边界条件——一般连接特性值在civil 中的粘弹性消能器同时拥有粘性（与变形速度成比例而产生的力）和弹性（与变形成比例而产生的力）。

主要用于增大结构的消能能力，减小由地震、缝等引起的动力反应，从而提高结构的安全性和实用性。

粘弹性消能器(Viscoelastic Damper)在六个自由度上由线性弹簧和(非)线性阻尼器并联后与线性弹簧串联而成。

MIDAS/Civil 提供3种粘弹性消能器模型。

2.1.1 Maxwell 模型如下图所示，线性弹簧与阻尼器串联的模型，适用于流动粘弹性装置。

Maxwell 模型的力－变形关系式如下：d d b b 0d f=c sign d =k d v （） d k ：粘弹性消能器的刚度d c ：粘弹性消能器的阻尼常数b k ：连接构件的刚度s ：定义粘弹性消能器的非线性特性的常数d ：单元两节点间的变形d d ：粘弹性消能器的变形b d ：连接构件的变形输入d k 并将d k 输入为0。

实际模型概念图图1.6图1.7消能器阻尼（Cd）：输入消能器的阻尼。

参考速度（VO）：一般取1.0。

注：一般厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位为（力/速度），使用此功能时，首先建议把程序的单位体系转换为厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位后，输入消能器阻尼（Cd）值，参考速度（VO）输入1.0。

阻尼指数（s）：决定粘弹性消能器的非线性特性的常数（粘弹性阻尼力作用方向与位移速度的方向相反，并为速度绝对值的s 方成正比。