变高钢桁组合梁抗震计算.pdf

1、变高钢桁组合梁抗震计算向杰01抗震概述02反应谱抗震设计流程03后处理验算说明目录CONTENTS01抗震概述抗震概述抗震概述-典型震害上部结构破坏桥 梁 上 部 结 构 多 数 情 况 为 桥 梁 结 构 其 他 部 位 损 坏 导 致 上 部 结 构 的 破 坏，其中 落 梁、纵 向 横 向 移 位，梁 体 碰 撞 较 为 常 见。百 花 大 桥 第 五 联 整 体 垮 塌，第 六 联 梁 体 纵 向 移 位 7 0 c m，现 场 发 现 桥 墩 所 配 螺旋 箍 筋 为 H R B 2 3 5 级 8 钢 筋 间 距 为 2 0 c m，配 箍 率 为 0.0 6%，核 心 混 凝 土

2、 几 乎 没有 约 束，极 限 应 力 应 变 大 大 降 低，桥 墩 几 乎 不 存 在 延 性。抗震概述-典型震害支承结构破坏桥 梁 伸 缩 缝、支 座、剪 力 键 等 部 位 是 比 较 薄 弱 的 环 节，其 主 要 破 坏 形 式 有支 座 锚 固 螺 栓 拔 出、剪 断、活 动 支 座 脱 落 等 一 系 列 破 坏 现 象。地 震 作 用 下 支 座 受 到 很 大 剪 力 与 变 形，当 剪 力 超 过 支 座 容 许 剪 力 时，支 座 被 撕裂，当 变 形 超 过 支 座 容 许 剪 切 变 形 时，梁 与 支 座 产 生 相 对 滑 移，直 至 产 生 落 梁，正是 由

3、于 支 座 的 摩 擦 滑 移，减 小 了 上 部 结 构 的 地 震 力。抗震概述-典型震害桥台桥墩破坏桥 墩 桥 台 比 较 常 见 的 破 坏 形 式 有 桥 墩 轻 微 开 裂、混 凝 土 保 护 层 剥 落，较 严重 则 是 桥 墩 剪 断、受 压 混 凝 土 压 碎、钢 筋 裸 露 屈 曲、桥 墩 与 基 础 连 接 处 断 裂 等。根 据 大 量 震 害 实 例，长 细 比 较 大 的 柔 性 墩 多 为 弯 曲 破 坏，即 延 性 破 坏；长 细 比小 的 粗 矮 桥 墩 多 为 剪 切 破 坏，即 脆 性 破 坏；基 础 破 坏 也 是 主 要 震 害 现 象。而 桥 台 则

4、由 于 三 面 临 空，刚 度 较 大，多 出 现 开 裂，填 料 垮 塌 现 象 居 多。抗震概述-典型震害桥梁基础破坏基 础 自 身 破 坏 并 不 多 见，基 础 多 由 于 砂 土 液 化、地 基 下 沉，诸 如 此 类 现 象会 使 桥 梁 基 础 受 到 土 压 力 作 用 沿 着 液 化 层 滑 移 或 转 动。基 础 破 坏 很 难 进 行 维 修，所 以 在 基 础 设 计 时 应 该 设 计 足 够 的 强 度，最 大 限 度 防止 基 础 的 自 身 破 坏。抗震概述-能力设计抗震概述-抗震体系3.4.1 桥梁结构抗震体系应符合下列规定：1 有可靠和稳定的传力途径。2 有

5、明确、可靠的位移约束，能有效地控制结构地震位移，防止落梁。3 有明确、合理、可靠的能量耗散部位。4 应具有避免因部分结构构件的破坏而导致结构倒塌的能力。3.4.2 对 B 类和 C 类梁桥，可采用以下两种抗震体系：1 类型，地震作用下，桥梁的弹塑性变形、耗能部位位于桥墩，典型单柱墩和双柱墩的耗能部位即潜在塑性铰区域如图 3.4.2 所示。2 类型，地震作用下，桥梁的耗能部位位于桥梁上、下部连接构件，包括减隔震支座和耗能装置。思考体系I与体系II可否同时使用？为什么？抗震概述-抗震体系高墩桥梁及墩柱长细比较大桥梁，宜采用延性抗震体系；矮墩，桥梁下部高度变化不规则，刚度分配不均匀，刚度较大桥梁宜采

6、用减隔震体系抗震概述-抗震概念设计3.5.1 选择合适的桥位和桥型。在场地地质条件不连续、地震时地基可能产生较大相对位移的地段，不宜修建拱桥。在液化场地或软弱土层场地，桥梁基础应穿过液化土层或软土层。3.5.2 桥梁应尽量采用对称的结构形式和均匀的布置方案。3.5.3 梁式桥一联内各桥墩的刚度不宜相差太大。3.5.4 多联梁式桥相邻联的基本周期不宜相差太大。3.5.5 梁式桥一联内各桥墩刚度相差较大或相邻联基本周期相差较大时，宜采用适当方法调整。3.5.6 梁式桥的矮墩不宜设置固定支座，宜设置活动支座或板式橡胶支座。3.5.7 双柱墩或多柱墩在横桥向地震作用下，盖梁的抗震设计应考虑盖梁可能会出

7、现正负弯矩交替作用的情况。3.5 抗震概念设计02反应谱抗震设计流程反应谱抗震设计流程思考：为何盖梁、桩基、桥墩抗剪需要作为能力保护构件？为何矮墩仅验算强度？反应谱抗震设计流程-工程概况工程概况：某变截面钢桁组合连续梁，桥宽16.75m，其中主桁架桁高5.5-16m，标准节间水平长度12m，两片主桁弦杆中心距为9.5m，主桥下部结构采用空心墩，采用C50预制混凝土桥面板，桥面板后浇带采用C50自密实微膨胀混凝土，墩顶局部负弯矩区后浇带采用UHPC超高性能混凝土反应谱抗震设计流程-地震作用反应谱抗震设计流程-地震作用抗震重要性系数Ci注意：高速公路和一级公路大桥、特大桥的重要性系数取值反应谱抗震

8、设计流程-地震作用本案例按照计算深度d0=30m计，第一层为粉质黏土10m，Vsi=200m/s，第二层为细砂5m，Vsi=300m/s，第三层为粉质黏土15m，Vsi=200m/s，Vse=d0/t=20/(10/200+5/300+12/200)=158m/s场地类别为类场地系数Cs反应谱抗震设计流程-地震作用阻尼调整系数Cd反应谱抗震设计流程-地震作用地震动峰值加速度A反应谱抗震设计流程-地震作用地震作用组合反应谱抗震设计流程-地震作用地震振型组合当结构振型分布密集，互有耦联性时推荐采用CQC方式。反应谱抗震设计流程-动力模型建立荷载工况地震持续时间短，未考虑活载；支座验算考虑温度作用反

9、应谱抗震设计流程-动力模型建立边界条件建模要点：本案例3#墩位置设置固定支座，4号设置单向可动支座，剩余桥墩设置双向可动支座，不考虑支座的滑动效应。反应谱抗震设计流程-动力模型建立桩基础模拟-六弹簧刚度反应谱抗震设计流程-动力模型建立桩基础模拟-m法抗震计算模型，土弹簧计算公式如图所示，其中bp计算宽度一般直接取桩基宽度即可，同时为了节省计算资源，可只在1/31/2桩长范围内加密。思考：1.桩底节点是否直接采用固结？2.地面线位置节点是否考虑侧向约束？反应谱抗震设计流程-动力模型建立质量数据抗震计算二期等荷载必须转化为质量；模型中未体现出来的荷载，例如路灯、广告牌等荷载可通过节点质量进行施加；

10、集中质量相对一致质量计算更加省时，计算速度更快速，一致质量通用性更强。反应谱抗震设计流程-动力模型建立特征值分析子空间迭代子空间迭代法法多重多重Ritz向量向量法法Lanczos法法子空间迭代及Lanczos可以考虑所有振型，计算较为耗时，多重ritz向量考虑了空间荷载分布状态及动力贡献，忽略了所有反对称振型，对于反对称振型，并不是由荷载激发的，荷载在这些振型的动力贡献为零。故可选择多重ritz进行分析。反应谱抗震设计流程-动力模型建立振型要求反应谱抗震设计流程-弹塑性材料定义混凝土材料本构（Mander本构）：程序中混凝土本构可采用mander定义，其中矩形及圆形截面程序可自动计算侧向约束应

11、力，其他截面需要手动定义。反应谱抗震设计流程-弹塑性材料定义钢筋材料本构（双折线）：思考：钢筋强度取标准值还是设计值？反应谱抗震设计流程-M-曲线反应谱抗震设计流程-E1结果E1状态下墩底顺桥向最大弯矩5.07e5KN m小于等效屈服弯矩9.37e5KN m，说明桥墩E1状态性处于弹性阶段，满足要求。反应谱抗震设计流程-E2结果E2状态下墩底顺桥向最大弯矩1.53e6KN m大于等效屈服弯矩9.37e5KN m，说明桥墩E2状态性桥墩已进行塑性，需要进一步验算桥墩塑性铰区抗剪及墩顶位移。反应谱抗震设计流程-墩柱刚度折减注意：刚度折减通过刚度调整系数进行折减，但需要放到边界组中并激活。03后处理

12、验算说明后处理验算说明-验算内容类型序号验算项规范条款B、C类桥梁抗震强度验算1桥墩强度验算7.3.12矮墩强度验算7.3.23墩柱塑性铰区域斜截面抗剪强度验算7.3.44桩基承载能力及强度验算7.3.55盖梁抗弯、抗剪强度验算7.3.6B、C类桥梁墩柱变形验算6单柱墩容许位移验算7.4.47双柱墩、排架墩容许位移验算7.4.6B、C类桥梁支座验算9板式橡胶支座厚度验算7.5.1-110板式橡胶支座抗滑稳定性验算7.5.1-211盆式支座、球型支座验算7.5.2*E1地震作用下，验算强度；E2地震作用下，验算强度和位移。*D类桥梁支座按E1地震作用验算。后处理验算说明-桥墩强度验算根据公路钢筋

13、混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，当构件两端固定时,构件的计算长度L0取0.5L;当一端固定一端为不移动的铰时,取0.7L;当两端均为不移动的铰时,取L;当一端固定一端自由时取2L，其中L构件支点间长度，实际桥墩的边界条件是介于一端固定一端为不移动的铰和当一端固定一端自由之间，经验取值区间为1.3-1.5 L。后处理验算说明-塑性铰区桥墩抗剪思考：如何提高塑性铰区抗剪强度，纵向钢筋是否可以多配？后处理验算说明-位移验算原08细则中的调整系数C修订为“地震位移修正系数Rd”，计入桥墩构件位移延性系数。与城抗计算公式一致，为城抗中 D，但建议取值不同。后处理验算说明-位移验算单柱墩位移及双柱墩顺桥向位移可参考规范计算，双柱墩可利用pushover计算容许位移思考：连续刚构如何计算容许位移？后处理验算说明-支座验算*支座验算需考虑均匀温度效应。番外篇地震来了是躲还是跑？THANKS!