橋梁抗震分析報告

1、橋梁抗震分析報告1工程概況1.1概況綜述該橋位于某7度區(qū)二級公路上，水平向基本地震加速度值0.15g。按中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖查的場地特征周期為：0.45s。然后進(jìn)行現(xiàn)場勘查測得場地土質(zhì)的和剪切波速，例如表1場地體制勘探表層底深度（m）層厚（m）土質(zhì)描述密度（kNs2/m4）剪切波速（m3.03.0亞粘土0.0171354.01.0細(xì)砂0.0182705.51.5輕亞粘土0.0182706.71.2亞粘土0.0182708.51.8細(xì)砂0.01927011.53.3粘土0.01927011.8甘5 基巖I. 2場地類別確定（1）根據(jù)公式計算土層平均剪切波速：209.8m/s，（ 2）然

2、后確定工程場地覆蓋層厚度：II. 5m,（ 3）根據(jù)規(guī)范中橋梁場地類別劃分表格，確定場地類別為H類場地。（4）采用地震作用效應(yīng)與永久作用效應(yīng)組合進(jìn)行地基抗震驗算。（5）根據(jù)土質(zhì)判斷是否需要抗液化措施，經(jīng)判斷本場地地基不液化，不需要進(jìn)行抗液化措施。1.3橋梁概況本橋總體布置為40m+40m+40m的連續(xù)剛構(gòu)橋，截面是單箱單室（如圖 2.1所示），橋 寬9.3m,墩高10m，橋墩截面如圖2.2所示。圖3V型橋墩構(gòu)造圖預(yù)應(yīng)力布置形式：跨中部分配置頂板預(yù)應(yīng)力，邊跨配置底板預(yù)應(yīng)力。1.4技術(shù)指標(biāo)荷載等級：城-A地震設(shè)防烈度：8度設(shè)計安全等級：二級結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.01.5材料（1）混凝土。主梁采用 J

3、TG04（ RC）規(guī)范的C50混凝土，橋墩采用 JTG04（ RC）規(guī) 范的C40混凝土。（2） 鋼材，采用JTG04（S）規(guī)范，在數(shù)據(jù)庫中選 Strand1860（3）預(yù)應(yīng)力：鋼束（0 15.2 mm X 31）截面面積：Au = 4340 mm2孔道直徑：130 mm鋼筋松弛系數(shù)：選擇 JTGO4和0.3（低松弛）預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值 （fpk） : 1860N/mmA2預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)：0.25管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)：1.5e-006（1/mm）錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值：開始點：6mm，結(jié)束點：6mm,張拉力：抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值的75%，張拉控制應(yīng)力1395M

4、Pa2研究內(nèi)容、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)2.1研究內(nèi)容本報告主要進(jìn)行了以下三方面的工作：（1）橋梁動力特性分析。（2） 橋墩柱在多遇地震（50年超越概率63%）作用下的彈性時程分析（強度驗算）。（3） 橋墩柱在罕遇地震（50年超越概率2%）作用下彈塑性時程分析（包括支座強度 驗算和延性驗算）。為了模擬結(jié)構(gòu)整體的地震響應(yīng)，計算以全橋為對象，考慮兩側(cè)的簡支跨的影響。為了簡化建模及計算過程，將原來的曲線橋等效為直橋建模計算。本報告僅對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行分析驗算，由于簡支梁結(jié)構(gòu)較簡單，簡支梁邊墩的計算在本報告中不包括。2.2計算程序運用橋梁專業(yè)分析軟件Midas/Civil 7.4.1對該橋進(jìn)行空間動力特性

5、分析，結(jié)構(gòu)計算見圖如圖2.2所示。一 圖2.2結(jié)構(gòu)空間動力計算簡圖2.3參考規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1） 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范TB10002.1-2005（2） 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范TB10002.3-2005（3） 鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范GB50111-2006 （2009年版）（4） 公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則JTG/T B02-01-2008（5） 北京地鐵14號線高架區(qū)間（K0+153K1+619）（ 01合同段）巖土工程勘察報 告（6）北京地鐵十四號線工程場地地震安全性評價報告2008.11，中國地震局地 球物理研究所，編號 TRIDES-AP-08032（7）地鐵設(shè)計規(guī)范

6、GB50157-20033抗震設(shè)防目標(biāo)根據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范第 9.2.19條規(guī)定，地鐵結(jié)構(gòu)物的地震作用應(yīng)根據(jù)鐵路工程抗 震設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計算。因此，本橋的抗震計算根據(jù)鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范 確定抗震設(shè)防目標(biāo)，各階段的設(shè)防目標(biāo)具體如表3-1所示。表3-1橋梁抗震設(shè)防目標(biāo)抗震設(shè)防概率水準(zhǔn)抗震設(shè)防部位抗震設(shè)防目標(biāo)多遇地震50Y63.2%橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段，地震后不損壞或輕 微損壞，能夠保持其正常使用功能。設(shè)計地震50Y10%橋梁上、下部連接構(gòu)造結(jié)構(gòu)整體處于非彈性工作階段，地震后可能 損壞，經(jīng)修補，短期內(nèi)能恢復(fù)其正常使用功 能。罕遇地震50Y2%鋼筋砼橋墩結(jié)構(gòu)處于彈塑性工作階段，地震后可能

7、產(chǎn)生 較大破壞，但不岀現(xiàn)整體倒塌，經(jīng)搶修后限 速通車。4地震動參數(shù)4.1設(shè)計地震加速度反應(yīng)譜曲線4.2設(shè)計地震動時程按照鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范GB50111-2006（2009年版）第7.2.2條，地震可采用人工擬合地震波進(jìn)行時程分析。在結(jié)構(gòu)分析中采用地震安評報告提供的地震動時程。圖4-1圖4-3為工程場地地震安全性評價單位提供的多遇地震條件、設(shè)計地震條件以及罕遇地震條件 下的地震波時程。(c)5063-3 號波圖4-2多遇地震的地震動時程8045HLla(c) 5010-3 號波圖4-3設(shè)計地震的地震動時程1455抗震安全性驗算要求5.1多遇地震作用時的強度要求多遇地震作用時結(jié)構(gòu)要求處于彈性階

8、段，按鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.3-2005)進(jìn)行強度檢算。根據(jù)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.3-2005)及其修訂條文。采用 C45砼橋墩在主力加附加力作用下彎曲受壓及偏心受壓混凝土容許應(yīng)力d b取15.0MPa，結(jié)構(gòu)受力主筋采用 HRB335級鋼筋，容許應(yīng)力刃取180MPa。而根據(jù)鐵路工程 抗震設(shè)計規(guī)范(GB50111 2006)( 2009年版)規(guī)定，主力加特殊荷載作用下，需慮地震力作用下建筑材料容許應(yīng)力修正系數(shù)，如表5-1, d b應(yīng)取22.5MPa, <r取270MPa。表5-1建筑材料的容許應(yīng)力修正系數(shù)材料名

9、稱應(yīng)力類別修正系數(shù)混凝土、片石混凝土和石砌體剪應(yīng)力、彎曲拉應(yīng)力1.0壓應(yīng)力1.5鋼材剪應(yīng)力、拉、壓應(yīng)力1.55.2罕遇地震作用時的支座強度根據(jù)鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范(GB50111 2006)( 2009年版)規(guī)定，采用延性設(shè)計的鋼筋混凝土橋墩，其支座應(yīng)按罕遇地震進(jìn)行驗算。對固定盆式支座、單向活動盆式支座的固定方向的水平剪切力進(jìn)行承載能力抗震驗算：固定盆式支座、單向活動盆式支座的固定方向的水平剪切力式中：E hzbE maxEhzb 罕遇作用效應(yīng)和永久作用效應(yīng)組合得到的固定盆式支座水平力設(shè)計值(kN);Emax固定盆式支座容許承受的最大水平力(kN ) o支座驗算時，按鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范(GB

10、50111 2006)( 2009年版)規(guī)定，地震力作用下建筑材料容許應(yīng)力修正系數(shù)按表5-1 o5.3罕遇地震作用時的變形要求鋼筋混凝土橋墩在罕遇地震作用下的彈塑性變形分析，按鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范(GB50111 2006)( 2009年版)規(guī)定，進(jìn)行橋墩延性驗算。延性應(yīng)滿足下式的要求:max式中：卩u非線性位移延性比；u允許位移延性比，取值為 4.8 ; max橋墩的非線性響應(yīng)最大位移； y 橋墩的屈服位移。6橋梁地震反應(yīng)分析6.1結(jié)構(gòu)有限元計算模型的建立6.1.1有限元計算模型橋梁抗震分析采用 Midas Civil軟件建立全橋力學(xué)模型進(jìn)行分析計算，建模時主梁、橋 墩采用空間梁單元來模擬，

11、在承臺底用彈簧剛度模擬群樁基礎(chǔ)的剛度。為了模擬結(jié)構(gòu)整體的地震響應(yīng)，計算以全橋為對象。為了簡化建模及計算過程，將原來的曲線橋等效為直橋建模計算。計算模型如圖 6-1所示：6.1.2截面的彎矩-曲率關(guān)系以下為按梁單元模型計算得到的墩底截面彎矩-曲率關(guān)系。(a)墩底順橋向(b)墩底橫橋向圖6-6 CY57墩底彎矩一曲率關(guān)系曲線圖6-7 CY58墩底彎矩一曲率關(guān)系曲線圖6-8 CY58墩頂順橋向彎矩一曲率關(guān)系曲線(b)墩底橫橋向圖6-9 CY29墩底彎矩一曲率關(guān)系曲線6.1.3阻尼結(jié)構(gòu)阻尼包括兩方面：支座、墩腳屈服后的彈塑性滯回環(huán)耗能；構(gòu)件材料的粘滯阻尼耗能。前者通過彈塑性單元的恢復(fù)力模型在直接積分過

12、程中得到考慮。 后者的粘滯阻尼耗能 則采用瑞利比例阻尼。 本次分析中粘滯阻尼效果采用瑞利阻尼數(shù)學(xué)模型考慮， 質(zhì)量和剛度因 子取自初始彈性剛度對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系。即：C aM bK式中：a, b 比例系數(shù)。j和對應(yīng)得振型阻尼比 i, jRayleigh阻尼中的系數(shù)a和b由兩個特定固有頻率i , 從下式計算得到:2 i j( i j j i)2i1 i)2i2( j j廠 j因此，如果能夠確定振型的阻尼比j，貝U Rayleigh阻尼中系數(shù)a和b可以算出。般情況下，認(rèn)為控制頻率i和頻率j的阻尼比相等，即i j，代入上式，可得:圖6-22為本文計算所考慮的阻尼特性。圖6-10阻尼特性6.1.4結(jié)構(gòu)動力特

13、性根據(jù)上述有限元模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力特性分析。特征值分析模態(tài)號頻率周期容許誤差(rad/sec)(cycle/sec)(sec)16.4010771.0187630.9815830.00E+00216.2940352.5932760.3856130.00E+00317.9015322.8491170.3509867.10E-16418.2664542.9071960.3439741.70E-16525.3004514.0266920.2483435.33E-16632.8678135.2310750.1911652.10E-16747.0926837.4950330.1334222.05E-16

14、854.3570318.651190.1155914.62E-16958.0565749.2399910.1082251.35E-161067.20225510.6955710.0934972.01E-161172.79141811.5851140.0863180.00E+001279.0264312.5774470.0795072.91E-161398.96775215.7512070.0634871.86E-1414110.04291517.5138740.0570980.00E+0015112.97787717.9809880.0556141.43E-1616119.76411719.0

15、610510.0524633.80E-1617131.16127820.8749660.0479043.44E-0718152.59274324.2858890.0411760.00E+0019162.00642425.7841230.0387842.77E-1620165.19386326.291420.0380358.00E-1621165.59889626.3558830.0379426.63E-1622165.65909526.3654640.0379280.00E+0023174.98424727.8496080.0359074.75E-1624178.16326728.355565

16、0.0352668.02E-1625178.38115328.3902420.0352235.91E-0226183.57379229.2166760.0342274.92E-0127224.23974135.6888630.028025.89E-0228230.74618236.7243950.027231.15E-0129243.63094838.775070.025799.42E-0230254.84736540.5602180.0246553.13E-01表6-3、表6-4為結(jié)構(gòu)自振特性計算結(jié)果，主要振型如圖6-4、圖6-5所示。表6-4順橋向結(jié)構(gòu)自振特性振型階數(shù)頻率(HZ)周期(s)

17、振型階數(shù)頻率(HZ)周期(s)11.3714950.729131167.1405110.14004631.8759250.5330702011.2187160.08913752.6061190.3837122111.8924220.08408783.5151010.2844872312.6280040.07918993.7619710.2658182716.0334170.062370104.5613080.2192352816.3886890.061018125.7089380.1751643016.7948730.059542136.0955830.1640533117.5994720.0

18、56820156.8678000.145607表6-5橫橋向結(jié)構(gòu)自振特性振型階數(shù)頻率(HZ)周期(s)振型階數(shù)頻率(HZ)周期(s)21.7340330.576690178.9048280.11229941.9707820.5074131810.6273380.09409762.9646180.3373122414.3812030.06953573.0298350.3300512515.4856770.064576114.8108920.2078622615.7696530.063413146.5617060.1523992916.6627840.0600146-12橫橋向主要振型模態(tài)號TRA

19、N-XTRAN-YTRAN-ZROTN-XROTN-YROTN-Z質(zhì)量(%)合計(%)質(zhì)量(%)合計(%)質(zhì)量(%)合計(%)質(zhì)量(%)合計(%)質(zhì)量(%)合計(%)質(zhì)量(%)合計(%)197.6997.690000000.220.22002097.690014.6114.610000.22003097.6966.1766.17014.611.261.2600.220040.3198066.1014.601.2668.969.100713566.153.367.96926050066.167.969.149.949.96098070901.26055516.983.1

20、67.969.149.9709885090.421.68050583.167.973.849.980.0598.04050901.684.6610583.169.373.849.99098.04051.36601.68010583.169.374.649.9100.0198.05050601.680.7910583.169.374.615.165.111098.05050601.68017283.169.474.665.112098.05050.12701.68010287.169.474.665.113098.053.962071.282.96010287.170.974.665.114098.0