第八章桥梁抗震(新教材课件)

图8-2 主梁与桥台间的碰撞震害
（a）
（b）
图8-3 汶川地震中百花大桥落梁震害
图8-4 汶川地震中横跨断层的映秀顺河桥倒塌
2、支座部分的破坏
图8-5 支座脱落、移位
图8-6 支座的撕裂破坏
3、桥墩的破坏
图8-7 桥墩的剪切破坏
图8-8 桥墩的弯曲破坏
图8-9 阪神地震中桥墩的弯曲破坏
从大量的震害和试验结构观察发现，钢筋混凝土墩柱的实际抗弯承 载能力要大于其设计承载能力，这种现象称为墩柱抗弯超强现象（ overstrength）。
因此，为了确保结构不会发生脆性的破坏模式，在确定能力保护 构件的强度设计值时，需要引入抗弯超强系数来考虑延性构件的超强 现象。
于是，单柱墩塑性铰区截面的超强弯矩M0为：
在影响钢筋混凝土墩柱延性能力的因素中，截面的箍筋配置水平是影 响塑性铰区延性能力的一个重要因素。横向箍筋的作用有：①提供斜截 面的抗剪能力；②约束核心混凝土，大大提高混凝土的极限压应变，从 而大大提高塑性铰区截面的转动能力；③阻止纵向受压钢筋过早屈曲。
Mander本构
图8-15 无约束混凝土和约束混凝土的应力-应变曲线
等位移与等能量准则：
等位移准则（长周期）： 对于长周期的单自由度系 统，非线性系统的最大反 应位移与完全弹性系统的 最大反应位移在统计平均 意义上相等。
等能量准则（中等周期）： 对于中等周期的单自由度系 统，弹性体系在最大位移时 所储存的变形能与弹塑性体 系达到最大位移时的耗能相 等。
FE
地 震 力
8.3.2桥梁延性抗震设计基本理论
能力保护设计方法
假度个设（链延超接性强破链）坏子为时的是设延0 P计性d 强的度，，为要其求中所Pd有0脆，为性则超链其强子可因的能子设发。计挥为强的保度最证大满整强
足：
Pib 0Pd
19
延性构件与能力保护构件的选择 通常把桥墩作为延性构件进行设计，而把主梁、支座、盖梁和基础作 为能力保护构件进行设计。 需要注意的是，钢筋混凝土构件的剪切破坏属于脆性破坏，会大大降 低结构的延性能力，因此，对于延性墩柱的抗剪设计，应采用能力保护 设计方法进行设计。
Ae 核心混凝土面积，可取0.8Ag
(a) (b)M
(C)屈服
(d)极限状态
图8-14 悬臂墩曲率分布
墩顶位移延性系数与临界截面的曲率延性系数之间的对应关系：


y p y
1
p y
1 3(
1) lp l
(1 0.5 lp ) l
钢筋混凝土墩柱的延性
大量试验研究表明，对于钢筋混凝土墩柱，横向箍筋和纵向钢筋对核 心混凝土提供有效的约束作用，提高了钢筋混凝土墩柱的强度和延性。 国内外研究表明，影响钢筋混凝土墩柱延性的因素有：轴压比、纵筋配 筋率、箍筋用量、箍筋形状、混凝土强度等级、保护层厚度等。
f
分别为考虑地基变形时，顺桥向做用于支座顶面或横桥向作
用于上部结构质心处的单位水平力，在墩身计算高度H/2处，
和一般冲刷线或基础顶面引起的水平位移，与单位力作用处
的水平位移之比值 0
X0

1 0
1
X
f /2

2 0
2
Xf
3 0
3
8.4.4 E1地震作用下桥梁的地震反应
求得规则桥梁的等效振型质量和等效振型刚度后，则可
有限损伤
结构总体反应在 经临时加固，可 不产生严重的结
弹性范围内，基 供紧急救援车辆 构损伤
本无损伤
使用
丁 立即使用
结构总体反应在 弹性范围内，基 本无损伤
不致倒塌
10
8.2.2地震作用和地震影响
桥梁结构在计算地震作用时，通常采用反应谱法，使用的规范反应谱的表 达式为：
102 0.45 SmaxT 0.45Smax , 0 T 0.1s
常用的延性指标有曲率延性系数（简称曲率延性）和位移延性系数（简称位 移延性）。


u y
曲率延性系数


u y
位移延性系数
曲率延性系数与位移延性系数的关系
在墩底截面达到极限状态时，沿墩高的实际 曲率分布曲线如图8-14c所示。为了便于计 算，引入等效塑性铰长度的概念，即假设在 墩底附近存在一个长度为lp 的等塑性曲率段， 在该段长度内截面的塑性曲率等于墩底截面 的最大塑性曲率。

S



2Smax ,

2Smax Tg / T ,
0.1s T Tg Tg T 5Tg
2 0.2 1 T 5Tg Smax ,
5Tg T 6s
Smax 2.25A
1 0.02 0.05 / 8
u —塑性铰区域的最大容许转角。
32
33
8.4.7 E2地震作用下能力保护构件的设计与验 算
在延性桥墩截面通过抗弯强度验算后，塑性铰区截面的纵向钢筋就已 经确定下来了，因此塑性铰区的实际抗弯能力也就确定下来了。根据 能力设计原理，为了确保强震作用下塑性铰切实发生在延性构件上， 能力保护构件的设计荷载应根据延性构件塑性铰区的实际抗弯能力来 加以确定。
M cp 为盖梁的质量
M p 为墩身质量（t），对于扩大基础，为基础顶面以
cp
上墩身质量 为盖梁质量换算系数
p 为墩身质量换算系数
23
X0 为考虑地基变形时，顺桥向做用于支座顶面或横桥向作用于 上部结构质心处的单位水平力，在墩身计算高度H处引起的
水平位移，与单位力作用处的水平位移之比；
X X f /2
图8-17 墩柱塑性铰区域
x(t)
8.4 规则桥梁的延性抗震设计 8.4.1 规则桥梁的定义
参数
参数值
单跨最大跨径
≤90m
墩高
≤30m
单墩长细比
大于2.5且小于10
跨数
2
3
4
5
6
曲线桥梁圆心角φ 及半径 单跨φ<30°且一联累计φ<90°，同时曲梁半径R≥20B0（B0为
R
桥宽）
跨与跨间最大跨长比
3
2
2
1.5
1.5
轴压比
<0.3
任意两桥墩间最大刚度比
4
4
3
2
下部结构类型
桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩
地基条件
不易液化、侧向滑移或不易冲刷的场地，远离断层
8.4.2 等效振型刚度
我国CJJ规范对简支梁采用的水平荷载模式是，在顺桥向或横桥向作用 于支座顶面或上部结构质量重心上单位水平力，求取在该点引起的水 平位移，从而确定顺桥向或横桥向的等效刚度。 对于连续梁一联中一个墩采用顺桥向固定支座，其余均为顺桥向活动 支座的，由于其在顺桥向的主要约束由固定墩提供，因此其顺桥向地 震反应采用的水平荷载模式是在固定墩支座顶面作用单位水平力，并 根据相应是水平位移确定顺桥向的等效刚度。
Ri为第i个活动支座的恒载反力 ；i 0.02
活动墩的支座地震力则为相应的摩擦力：Ekti i Ri
8.4.5 E1地震作用下延性构件的设计与验算
根据延性抗震设计中的能力设计方法，在整个结构体系 中，强度上的首要薄弱部位应是延性构件的弯曲塑性铰区 ，因此，在E1地震作用下，实际上只要进行延性构件潜在 塑性铰区的抗弯强度验算即可。
2.2 （2.05）
2.0 （1.7）
1.55
例如，当对某乙类桥梁进行7度区（0.1g）E1和E2地震作用下的抗震计算时 ，根据规范规定的反应谱计算公式，其中水平向地震动峰值加速度A的取值， 应根据现行《中国地震动参数区划图》的地震动峰值加速度，乘以表8-3中的 E1和E2地震调整系数（0.61和2.2）得到。
-
桥梁 抗震 设防 分类 甲
乙
丙
E1地震作用 震后使用要求 立即使用 立即使用
立即使用
损伤状态
E2地震作用 震后使用要求
损伤状态
结构总体反应在 不需修复或经简 可发生局部轻微
弹性范围内，基 单修复可继续使 损伤
本无损伤
用
结构总体反应在 弹性范围内，基 本无损伤
经抢修可恢复使 用，永久性修复 后恢复正常运营 功能
FP
地 FE
震 力
FP
p e
弹性
塑性

p(e )
位移
p Rd e
弹性
塑性

p e
位移
29
位移修正系数：
1 T* 1
Rd
(1 )
D T

D
1.0
Rd 1.0
T * 1.0 T
T* 1.25Tg
T* 1.0
T
30
E2地震作用下，如果延性构件发生屈服进入塑性阶段，则 需要验算延性构件的延性能力或变形能力。对于规则桥梁， 可以简化为墩顶位移能力的验算。
8.2.4桥梁抗震体系
隔震装置
图8-11 延性抗震体系示意图
图8-12 减隔震抗震体系示意图
8.3 延性抗震设计理论 8.3.1延性的基本概念
延性的定义：结构在初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形能力。它包 括两个方面的能力，一是承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的 能力；二是利用滞回特性吸收能量的能力。
第8章 桥梁延性抗震设计
第8章 桥梁延性抗震设计
8.1 桥梁震害 8.2 桥梁工程抗震的一般规定 8.3 延性抗震设计理论 8.4 规则桥梁的延性抗震设计 8.5 例题 8.5 桥梁抗震构造措施
8.1桥梁震害 1、上部主梁的破坏
图8-1 汶川彻底关大桥上部主 梁移位震害
8.2.3抗震设计方法分类