第五講橋梁抗震設(shè)計(jì)

1、第五講第五講 橋梁抗震設(shè)計(jì)橋梁抗震設(shè)計(jì)5.1 震害及其分析震害及其分析5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.3 橋墩地震作用計(jì)算橋墩地震作用計(jì)算5.4 橋臺(tái)水平地震作用橋臺(tái)水平地震作用5.5 支座水平地震作用支座水平地震作用5.6 橋梁結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算抗震驗(yàn)算5.7 橋梁結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施橋梁結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施5.1 震害及其分析震害及其分析 橋梁按照結(jié)構(gòu)體系的不同可分為梁橋梁橋、拱橋拱橋、斜拉橋斜拉橋、懸索橋懸索橋等，其分類(lèi)的主要區(qū)別在于橋面結(jié)構(gòu)的支撐型式橋面結(jié)構(gòu)的支撐型式。 上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)指橋梁支座以上的橋跨結(jié)構(gòu)，多采用混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式構(gòu)件，其斷面常為T(mén)形、型、箱

2、形或中空?qǐng)A孔截面，這部分直接承受橋上交通荷載；下部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)指橋梁支座以下的橋墩、橋臺(tái)和基礎(chǔ)，這部分主要承受上部橋跨傳來(lái)荷載，并將它及本身自重傳給地基。橋墩橋墩位于橋梁中間部位，支承相鄰的兩孔橋跨；橋臺(tái)橋臺(tái)位于全橋盡端，它一側(cè)支承橋跨，承受橋跨傳來(lái)的荷載，另一側(cè)與路基銜接，承受臺(tái)背填土側(cè)壓力。橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范2006-12-01實(shí)施公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則2008-10-01實(shí)施橋梁按照使用用途的不同又分為鐵路橋梁鐵路橋梁和公路橋梁公路橋梁，其抗震設(shè)計(jì)可分別按照下列相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行:5.1 震害及其分析震害及其分析5.1 震害及其分析震害及其分析 落梁破壞落梁破壞

3、u廟子坪大橋廟子坪大橋 采用板式橡膠支座，梁體直接擱置在支座上。采用板式橡膠支座，梁體直接擱置在支座上。1、上部結(jié)構(gòu)震害、上部結(jié)構(gòu)震害地震時(shí)橋墩受到地震力的作用，梁墩之間產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)位，導(dǎo)致橋面梁體從墩頂下落u百花百花大橋大橋 小半徑曲線橋、橋墩剛度變化大小半徑曲線橋、橋墩剛度變化大5.1 震害及其分析震害及其分析1、上部結(jié)構(gòu)震害、上部結(jié)構(gòu)震害 落梁破壞落梁破壞5.1 震害及其分析震害及其分析1、上部結(jié)構(gòu)震害、上部結(jié)構(gòu)震害美國(guó)1971年圣費(fèi)爾南多地震中，依據(jù)1957年的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)和建造的橋梁橋面板嚴(yán)重脫落，促使美國(guó)抗震規(guī)范全面修改。5.1 震害及其分析震害及其分析2、墩臺(tái)震害、墩臺(tái)震害橋梁墩臺(tái)

4、非地震時(shí)主要作為豎向承重構(gòu)件，地震時(shí)是主要抗側(cè)力構(gòu)件，是梁橋抗震的主體。梁橋墩臺(tái)大致可分為剛性結(jié)構(gòu)剛性結(jié)構(gòu)和柔性結(jié)構(gòu)柔性結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。石石砌和實(shí)體混凝土墩臺(tái)墩身短粗砌和實(shí)體混凝土墩臺(tái)墩身短粗，屬剛性，屬剛性結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，在水平地震力作用下，墩身混凝土易崩裂產(chǎn)生剪切破壞。排架排架式式、柱樁式墩、柱樁式墩臺(tái)屬于柔性結(jié)構(gòu)臺(tái)屬于柔性結(jié)構(gòu)，常出現(xiàn)局部混凝土壓饋、鋼筋屈曲呈燈籠狀，或壓區(qū)混凝土崩潰、鋼筋裸露屈服，導(dǎo)致變形過(guò)大而破壞。5.1 震害及其分析震害及其分析2、墩臺(tái)震害、墩臺(tái)震害汶川地震中的百花大橋汶川地震中的百花大橋5.1 震害及其分析震害及其分析2、墩臺(tái)震害、墩臺(tái)震害1）墩柱彎曲破壞）墩柱彎曲破壞a)

5、墩柱彎曲強(qiáng)度不足墩柱彎曲強(qiáng)度不足（混凝土過(guò)早壓碎或者縱筋過(guò)早屈服）b)墩柱鋼筋搭接長(zhǎng)度不足引起的破壞墩柱鋼筋搭接長(zhǎng)度不足引起的破壞c)彎曲延性不足（全截面壓碎）彎曲延性不足（全截面壓碎）墩柱縱筋焊接破壞墩柱縱筋焊接破壞2）墩柱剪切破壞）墩柱剪切破壞5.1 震害及其分析震害及其分析2、墩臺(tái)震害、墩臺(tái)震害5.1 震害及其分析震害及其分析3、支座支座震害震害在強(qiáng)烈地層下，梁橋支座的破壞是一種比較普遍的震害現(xiàn)象，支座震害現(xiàn)象主要有擺柱支擺柱支座座傾斜傾斜、支座鋼銷(xiāo)釘剪斷、輥軸支座滾動(dòng)脫落、橡膠支座移位、支座鋼銷(xiāo)釘剪斷、輥軸支座滾動(dòng)脫落、橡膠支座移位等。汶川地震中的汶川地震中的壽江大橋壽江大橋5.1 震

6、害及其分析震害及其分析3、支座支座震害震害汶川地震中的其他橋梁汶川地震中的其他橋梁破壞形式主要表現(xiàn)為支座錨固破壞形式主要表現(xiàn)為支座錨固螺栓拔出剪斷、活動(dòng)支座脫落螺栓拔出剪斷、活動(dòng)支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞。及支座本身構(gòu)造上的破壞。5.1 震害及其分析震害及其分析4、橋臺(tái)滑移、橋臺(tái)滑移地震地震引起的岸坡滑移對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)動(dòng)土壓力，橋臺(tái)在巨大推力作用下產(chǎn)生破壞。橋引起的岸坡滑移對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)動(dòng)土壓力，橋臺(tái)在巨大推力作用下產(chǎn)生破壞。橋臺(tái)處臺(tái)處的主要震害有樁柱式橋臺(tái)樁柱傾斜的主要震害有樁柱式橋臺(tái)樁柱傾斜、開(kāi)裂甚至折斷，重力式橋臺(tái)胸墻開(kāi)裂、滑移、開(kāi)裂甚至折斷，重力式橋臺(tái)胸墻開(kāi)裂、滑移或轉(zhuǎn)動(dòng)，橋頭引道

7、或轉(zhuǎn)動(dòng)，橋頭引道下沉和下沉和護(hù)岸結(jié)構(gòu)破壞。護(hù)岸結(jié)構(gòu)破壞。破壞前破壞前破壞后破壞后橋臺(tái)沉陷和轉(zhuǎn)動(dòng)橋臺(tái)沉陷和轉(zhuǎn)動(dòng)5.1 震害及其分析震害及其分析支承連接部件失效支承連接部件失效 橋梁墩柱破壞橋梁墩柱破壞5.1 震害及其分析震害及其分析基礎(chǔ)破壞基礎(chǔ)破壞5.1 震害及其分析震害及其分析5.1 震害及其分析震害及其分析震害分析震害分析 橋梁震害在很大程度上是由于采用不適當(dāng)?shù)目拐饦蛄赫鸷υ诤艽蟪潭壬鲜怯捎诓捎貌贿m當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)計(jì)方法及對(duì)橋梁抗震破壞機(jī)理認(rèn)識(shí)不足造成的。其設(shè)計(jì)方法及對(duì)橋梁抗震破壞機(jī)理認(rèn)識(shí)不足造成的。其主要表現(xiàn)為主要表現(xiàn)為抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不合適抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不合適，設(shè)防目標(biāo)缺乏明確設(shè)防目標(biāo)缺乏明確準(zhǔn)則準(zhǔn)

8、則，結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置、形式和設(shè)計(jì)都不利于結(jié)構(gòu)抗震形式和設(shè)計(jì)都不利于結(jié)構(gòu)抗震，結(jié)結(jié)構(gòu)抗震分析方法和抗震構(gòu)造不當(dāng)構(gòu)抗震分析方法和抗震構(gòu)造不當(dāng)?shù)纫蛩?。等因素。o從20 世紀(jì)70 年代后期起，延性概念延性概念在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中不斷得到重視。為了最大限度地避免地震動(dòng)的不確定性，保證結(jié)構(gòu)在大震下保證結(jié)構(gòu)在大震下能以延性的形式反應(yīng)能以延性的形式反應(yīng)，新西蘭學(xué)者提出了結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要原理能力設(shè)計(jì)原理能力設(shè)計(jì)原理。o基于能力設(shè)計(jì)原理的設(shè)計(jì)方法（能力設(shè)計(jì)法），在新西蘭新西蘭最先得到了應(yīng)用；其他國(guó)家也先后在各自的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，采納應(yīng)用了能力設(shè)計(jì)原理的一些基本概念。一、能力一、能力設(shè)計(jì)

9、原理設(shè)計(jì)原理能力設(shè)計(jì)原理的基本概念在于：在結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件延性構(gòu)件（軟鐵環(huán)）和能力保護(hù)構(gòu)能力保護(hù)構(gòu)件件（鑄鐵環(huán)）之間，確立適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度安全確立適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度安全等級(jí)差異，確保結(jié)構(gòu)等級(jí)差異，確保結(jié)構(gòu)不發(fā)生脆性破壞模式不發(fā)生脆性破壞模式。一、能力一、能力設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理o上圖闡釋了兩種不同的設(shè)計(jì)思路兩種不同的設(shè)計(jì)思路：等安全度設(shè)計(jì)和不等安全度設(shè)計(jì)。o常規(guī)的靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法屬于前者，即所有構(gòu)件的設(shè)計(jì)都是基于統(tǒng)一的強(qiáng)度安全系數(shù)，沒(méi)有考慮在不同性質(zhì)的構(gòu)件之間形成適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度安全等級(jí)差異；o能力設(shè)計(jì)法則屬于后者，即通過(guò)延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件（在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，把脆性構(gòu)件以及不

10、希望發(fā)生非彈性變形的構(gòu)件，統(tǒng)稱(chēng)為能力保護(hù)構(gòu)件）之間的強(qiáng)度安全等級(jí)差異之間的強(qiáng)度安全等級(jí)差異，確保結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生脆性破壞模式。一、能力一、能力設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理o 基于能力設(shè)計(jì)原理能力設(shè)計(jì)原理的設(shè)計(jì)方法，稱(chēng)為能力設(shè)計(jì)法。o 能力設(shè)計(jì)法的特征是：基于能力設(shè)計(jì)的抗震結(jié)構(gòu)，應(yīng)在主要在主要抗側(cè)力體系中抗側(cè)力體系中選擇合適的構(gòu)件選擇合適的構(gòu)件，通過(guò)對(duì)這些構(gòu)件合理的設(shè)計(jì)和細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，使其具有在大變形下的耗能能力具有在大變形下的耗能能力。其它結(jié)其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件則設(shè)計(jì)成構(gòu)構(gòu)件則設(shè)計(jì)成具有足夠的強(qiáng)度具有足夠的強(qiáng)度，以保證預(yù)先選擇的耗能機(jī)制能發(fā)揮作用。o 能力設(shè)計(jì)法將控制概念引入結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，有目的地引導(dǎo)結(jié)有目的地引導(dǎo)結(jié)

11、構(gòu)破壞機(jī)制，避免不合理的破壞形態(tài)構(gòu)破壞機(jī)制，避免不合理的破壞形態(tài)。二二、能力設(shè)計(jì)法、能力設(shè)計(jì)法傳統(tǒng)靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法與能力設(shè)計(jì)法比較傳統(tǒng)靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法與能力設(shè)計(jì)法比較結(jié)構(gòu)抗震性能結(jié)構(gòu)抗震性能傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法能力設(shè)計(jì)法能力設(shè)計(jì)法塑性鉸出現(xiàn)位置塑性鉸出現(xiàn)位置不明確不明確預(yù)定的構(gòu)件部位預(yù)定的構(gòu)件部位塑性鉸的布局塑性鉸的布局隨機(jī)隨機(jī)預(yù)先選擇預(yù)先選擇局部延性需求局部延性需求難以估計(jì)難以估計(jì)與整體延性直接聯(lián)系與整體延性直接聯(lián)系結(jié)構(gòu)整體抗震性能結(jié)構(gòu)整體抗震性能難以預(yù)測(cè)難以預(yù)測(cè)可預(yù)測(cè)可預(yù)測(cè)防止結(jié)構(gòu)倒塌破壞概率防止結(jié)構(gòu)倒塌破壞概率有限有限最大最大能力設(shè)計(jì)法的主要設(shè)計(jì)步驟如下：能力設(shè)計(jì)法的主要設(shè)計(jì)步驟如下

12、：（1）在概念設(shè)計(jì)階段概念設(shè)計(jì)階段，選擇合理的結(jié)構(gòu)布局合理的結(jié)構(gòu)布局；（2）確定預(yù)期的彎曲塑性鉸位置確定預(yù)期的彎曲塑性鉸位置，保證結(jié)構(gòu)能形成一個(gè)適當(dāng)?shù)乃苄院哪軝C(jī)制塑性耗能機(jī)制；（3）通過(guò)計(jì)算分析，確定確定潛在塑性鉸區(qū)截面的需求延性及設(shè)計(jì)彎矩需求延性及設(shè)計(jì)彎矩；（4）對(duì)具有潛在塑性鉸區(qū)截面的延性構(gòu)件，進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì)抗彎設(shè)計(jì)；（5）估算估算延性構(gòu)件塑性鉸區(qū)截面實(shí)際的最大抗彎強(qiáng)度實(shí)際的最大抗彎強(qiáng)度；（6）按塑性鉸區(qū)截面的彎曲強(qiáng)度，進(jìn)行延性構(gòu)件的抗剪設(shè)計(jì)延性構(gòu)件的抗剪設(shè)計(jì)及能力保護(hù)構(gòu)件能力保護(hù)構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)；（7）對(duì)塑性鉸區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的構(gòu)造設(shè)計(jì)，確保潛在塑性鉸區(qū)截面的延性。橋梁延性抗震設(shè)計(jì)橋梁

13、延性抗震設(shè)計(jì)基于能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程，一般都具有以下特征： 選擇合理的結(jié)構(gòu)布局； 選擇地震中預(yù)期出現(xiàn)的彎曲塑性鉸的合理位置，保證結(jié)構(gòu)能形成一個(gè)適當(dāng)?shù)乃苄院哪軝C(jī)制；通過(guò)強(qiáng)度和延性設(shè)計(jì)，確保潛在塑性鉸區(qū)域截面的延性能力； 確定適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度等級(jí)，確保預(yù)期出現(xiàn)彎曲塑性鉸的構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞模式(如剪切破壞、黏結(jié)破壞等)，并確保脆性構(gòu)件和不宜用于耗能的構(gòu)件(能力保護(hù)構(gòu)件)處于彈性反應(yīng)范圍。橋梁延性抗震設(shè)計(jì)橋梁延性抗震設(shè)計(jì)(1)、鋼筋混凝土墩柱橋梁在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，塑性鉸的位置一般選擇出現(xiàn)在墩柱上，墩柱作墩柱作為為延性構(gòu)件延性構(gòu)件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，可以發(fā)生彈塑性變形，耗散地震能量；橋梁基礎(chǔ)橋梁基礎(chǔ)、蓋梁、

14、梁體和結(jié)點(diǎn)、蓋梁、梁體和結(jié)點(diǎn)宜作為能力保護(hù)宜作為能力保護(hù)構(gòu)件構(gòu)件。墩往的抗剪強(qiáng)度宜按能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)。(2)、沿沿順橋向順橋向，連續(xù)梁橋、簡(jiǎn)支梁橋墩柱的底部區(qū)域，連續(xù)剛構(gòu)橋墩柱的端部區(qū)域?yàn)樗苄糟q區(qū)域；沿橫橋向沿橫橋向，單柱墩的底部區(qū)域、雙柱墩或多柱墩的端部區(qū)域?yàn)樗苄糟q區(qū)域。橋梁延性抗震設(shè)計(jì)橋梁延性抗震設(shè)計(jì)(3)、蓋梁、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)彎矩和設(shè)計(jì)剪力值按能力保按護(hù)原則計(jì)算時(shí)，應(yīng)為與墩柱的極限彎矩(考慮超強(qiáng)系數(shù))所對(duì)應(yīng)的彎矩、剪力值；在計(jì)算蓋梁、結(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)彎矩、設(shè)計(jì)剪力值時(shí)，應(yīng)考慮所有潛在塑性鉸位置以確定最大設(shè)計(jì)彎矩和剪力。(4)、墩柱的設(shè)計(jì)剪力值按能力保護(hù)原則計(jì)算時(shí)，應(yīng)為與墩柱的極限彎矩(考慮超強(qiáng)系數(shù)

15、)所對(duì)應(yīng)的剪力；在計(jì)算設(shè)計(jì)剪力值時(shí)，應(yīng)考慮所有潛在塑性鉸位置，以確定最大的設(shè)計(jì)剪力值。延性延性抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)1：上部上部、基礎(chǔ)、基礎(chǔ)彈性彈性墩柱墩柱延性設(shè)計(jì)延性設(shè)計(jì) 延性抗震設(shè)計(jì)延性抗震設(shè)計(jì)2：上部、墩柱、基上部、墩柱、基礎(chǔ)彈性，礎(chǔ)彈性，支座支座彈彈塑塑性性-減隔減隔震設(shè)計(jì)震設(shè)計(jì)5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.1 公路橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)公路橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)抗震設(shè)防烈度為抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的公路橋梁，須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。度及以上地區(qū)的公路橋梁，須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)防目標(biāo)：抗震設(shè)防目標(biāo)：E1地震地震作用下，各類(lèi)橋梁不壞；作用下，各類(lèi)橋梁不壞；E2地震地震作用

16、下，作用下，A類(lèi)橋梁可修，類(lèi)橋梁可修，B、C類(lèi)橋梁不倒。類(lèi)橋梁不倒。兩階段抗震設(shè)計(jì)：兩階段抗震設(shè)計(jì)：第一階段：第一階段：E1地震作用下的地震作用下的彈性彈性抗震設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)；第二階段：第二階段：E2地震作用下的地震作用下的彈塑性彈塑性抗震設(shè)計(jì)，采用延性抗震設(shè)計(jì)方法，抗震設(shè)計(jì)，采用延性抗震設(shè)計(jì)方法，并引入能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則。并引入能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則。5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.1 公路橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)公路橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)A類(lèi)橋梁：類(lèi)橋梁：?jiǎn)慰缈鐝匠^(guò)單跨跨徑超過(guò)150m的特大橋；的特大橋；B類(lèi)橋梁：類(lèi)橋梁：除除A類(lèi)以外的高速公路和一級(jí)公路上的橋梁及二級(jí)公路上的大

17、橋、特大橋等；類(lèi)以外的高速公路和一級(jí)公路上的橋梁及二級(jí)公路上的大橋、特大橋等；C類(lèi)橋梁：類(lèi)橋梁：除除A、B、D類(lèi)以外的公路橋梁；類(lèi)以外的公路橋梁；D類(lèi)橋梁：類(lèi)橋梁：位于三、四級(jí)公路上的中橋、小橋。位于三、四級(jí)公路上的中橋、小橋。 地震基本烈度地震基本烈度橋梁分類(lèi)橋梁分類(lèi)67890.05g0.1g0.15g0.2g0.3g0.4gA7899更高，專(zhuān)門(mén)研究更高，專(zhuān)門(mén)研究B788999C677889D677889各類(lèi)公路橋梁抗震措施等級(jí)各類(lèi)公路橋梁抗震措施等級(jí)5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.1 公路橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)公路橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)根據(jù)工程的重要性和修復(fù)(搶修)難易

18、程度，將公路橋梁抗震設(shè)防劃分為四個(gè)類(lèi)別，對(duì)于對(duì)于A類(lèi)、類(lèi)、B類(lèi)類(lèi)、C類(lèi)類(lèi)橋梁采用橋梁采用兩水平兩水平設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)；設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)；D類(lèi)橋梁采用一水平設(shè)防、一階段設(shè)計(jì)類(lèi)橋梁采用一水平設(shè)防、一階段設(shè)計(jì)。第一階段的抗震設(shè)計(jì)，采用彈性抗震設(shè)計(jì)；第二階段的抗震設(shè)計(jì)，采用延性抗震設(shè)計(jì)方法，并引入能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則。通過(guò)第一階段的抗震設(shè)計(jì)，即對(duì)應(yīng)E1地震作用的抗震設(shè)計(jì)，可達(dá)到和原規(guī)范基本相當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)防水平。通過(guò)第二階段的抗震設(shè)計(jì)，即對(duì)應(yīng)E2地震作用的抗震設(shè)計(jì)，來(lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力，通過(guò)驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)的延性能力大于延性需求。通過(guò)引入能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則確保塑性鉸只在選定的位置出現(xiàn)，并且不出現(xiàn)剪切破壞等

19、破壞模式。通過(guò)抗震構(gòu)造措施設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的位移能力。5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定橋梁抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定宜選擇有利地段，避開(kāi)不利地段及危險(xiǎn)地段。 抗震抗震有利地段有利地段一般系指建設(shè)場(chǎng)地及其鄰近無(wú)近期活動(dòng)性斷裂，地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)地基為比較完整的巖體、堅(jiān)硬土或開(kāi)闊平坦密實(shí)的中硬土等。 抗震抗震不利地段不利地段一般系指軟弱黏性土層、液化土層和地層嚴(yán)重不均勻的地段，地形陡峭、孤突、巖土松散或破碎的地段，此地下水位埋藏較淺、地表排水條件不良的地段。嚴(yán)重不均勻地層系指巖性、土質(zhì)、層厚、界面等在水平方向變化很大的地層。 抗震危險(xiǎn)地段抗震危險(xiǎn)

20、地段一般系指地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌的地段，地震時(shí)可能塌陷的地段，溶洞等巖溶地段和已采空的礦穴地段，河床內(nèi)基巖具有傾向河槽的構(gòu)造軟弱面被深切河槽所切割的地段，發(fā)展斷裂、地震時(shí)可能坍塌而中斷交通的各種地段。1. 選擇對(duì)抗震有利地段選擇對(duì)抗震有利地段5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定橋梁抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 在確定路線的總走向和主要控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)基本烈度較高的地區(qū)和震害危險(xiǎn)性較大的地段；在路線設(shè)計(jì)中，要合理利用地形，正確掌握標(biāo)準(zhǔn)，盡量采用淺挖低填的設(shè)計(jì)方案以減少對(duì)自然平衡條件的破壞。 對(duì)于地震區(qū)的橋型選擇，宜按下列幾個(gè)原則幾個(gè)原則進(jìn)行：盡量減輕結(jié)

21、構(gòu)的自重和降低其重盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重和降低其重心心，以減小結(jié)構(gòu)物的地震作用和內(nèi)力，提高其穩(wěn)定性；力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度中心重合中心重合，以減小在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的附加地震力；應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長(zhǎng)度和高度應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長(zhǎng)度和高度，以減少各部分不同性質(zhì)的振動(dòng)所造成的危害作用；適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減少地震作用；加強(qiáng)地基的加強(qiáng)地基的調(diào)整調(diào)整和處理和處理，以減小地基變形和防止地基失效。2. 確定合理的橋梁結(jié)構(gòu)方案確定合理的橋梁結(jié)構(gòu)方案5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定橋梁抗震設(shè)計(jì)的

22、一般規(guī)定 按照公路抗震規(guī)范規(guī)定，在梁橋抗震驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)分別根據(jù)順橋和橫橋兩個(gè)方向的水平地震作用計(jì)算墩臺(tái)和支座承受的水平力以及地震動(dòng)力水壓力，并應(yīng)考慮順橋方向橋臺(tái)的水平地震力和地震土壓力。而對(duì)于簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)的抗震能力一般不予驗(yàn)算，但應(yīng)采取抗震構(gòu)造措施。抗震設(shè)防烈度為8度和9度的拱式結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)懸臂橋梁結(jié)構(gòu)和大跨度等，尚應(yīng)同時(shí)考慮豎向地震作用。2. 確定合理的橋梁結(jié)構(gòu)方案確定合理的橋梁結(jié)構(gòu)方案5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.3 公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜1. 水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜給出的是阻尼比給出的是阻尼比為為0.05的的水平設(shè)計(jì)水平設(shè)計(jì)

23、加速度反應(yīng)譜加速度反應(yīng)譜S最大最大周期周期10秒秒大于大于Tg段都是以段都是以1/T的斜率下降的斜率下降gggTTTTSTTsSsTTSS)/(1 . 01 . 0)45. 05 . 5(maxmaxmax10 T(s)0.1Tg0SmaxS5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.3 公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜(1). 水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值Smaxmax2.25isdSCC C A橋梁抗震橋梁抗震設(shè)防類(lèi)型設(shè)防類(lèi)型路線等級(jí)及構(gòu)造物路線等級(jí)及構(gòu)造物重要性修正系數(shù)重要性修正系數(shù)E1地震作用地震作用E2地震作用地震作用A單跨跨徑超過(guò)150m的特

24、大橋1.01.7B單跨跨徑不超過(guò)150m的高速公路、一級(jí)公路上的橋梁，單跨跨徑不超過(guò)150m的二級(jí)公路上的特大橋、大橋0.43（0.5）1.3（1.7）C二級(jí)公路上的中、小橋，單跨跨徑不超過(guò)150m的三、四級(jí)公路上的特大橋、大橋0.341.0D三級(jí)公路上的中、小橋0.23-抗震重要性系數(shù)抗震重要性系數(shù)CiE1和E2為工程場(chǎng)地重現(xiàn)期較短和較長(zhǎng)的地震作用，分別對(duì)應(yīng)于第一和第二級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.3 公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜(1). 水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值Smax67890.05g0.1g0.15g0.2g0.3

25、g0.4g1.21.00.90.90.90.91.01.01.01.01.01.01.11.31.21.21.01.01.01.41.31.31.00.9場(chǎng)地系數(shù)場(chǎng)地系數(shù)Cs抗震設(shè)防烈度抗震設(shè)防烈度場(chǎng)地類(lèi)型場(chǎng)地類(lèi)型抗震設(shè)防烈度和水平向設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值抗震設(shè)防烈度和水平向設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值A(chǔ)抗震設(shè)防烈度抗震設(shè)防烈度6789A0.05g0.10(0.15)g0.20(0.30)g0.40g5.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.3 公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜(2). 特征周期特征周期Tg 特征周期按橋址位置在中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖上查取，根據(jù)場(chǎng)地類(lèi)別

26、，按下表取值。(3). 阻尼調(diào)整系數(shù)阻尼調(diào)整系數(shù)0.0510.550.06 1.7dC 當(dāng)結(jié)構(gòu)的阻尼比按有關(guān)規(guī)定取值不等于0.05時(shí)：區(qū)劃圖上的特征區(qū)劃圖上的特征周期周期/s場(chǎng)地類(lèi)型劃分場(chǎng)地類(lèi)型劃分0.350.250.350.450.650.400.300.400.550.750.150.350.450.650.905.2 公路橋梁抗震設(shè)防要求公路橋梁抗震設(shè)防要求5.2.3 公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜公路橋梁設(shè)計(jì)反應(yīng)譜2. 豎向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜豎向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜豎向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜由水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜乘上下式給出的豎向/水平向譜比函數(shù)R。基巖場(chǎng)地：基巖場(chǎng)地：1.00.11.02.5(T 0.1)

27、0.1sT0.3s0.50.3TsRTs土層場(chǎng)地：土層場(chǎng)地：0.65R 5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.1 橋梁抗震分析一般規(guī)定橋梁抗震分析一般規(guī)定 根據(jù)在地震作用下動(dòng)力響應(yīng)特性的復(fù)雜程度，常規(guī)橋梁分為規(guī)則橋梁規(guī)則橋梁和非規(guī)則橋梁非規(guī)則橋梁兩類(lèi)。下表限定范圍內(nèi)的梁橋?qū)儆谝?guī)則橋梁，不在此表限定范圍內(nèi)的梁橋?qū)儆诜且?guī)則橋梁。5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.1 橋梁抗震分析一般規(guī)定橋梁抗震分析一般規(guī)定地震作用下，一般情況下橋墩橋墩應(yīng)采用反應(yīng)譜理論計(jì)算，橋臺(tái)臺(tái)身橋臺(tái)臺(tái)身地震慣性力可按靜力法計(jì)算。在進(jìn)行橋梁抗震分析時(shí)，E1地震作用下，常規(guī)橋梁的所有構(gòu)件抗彎剛度抗彎剛度均按毛

28、截面計(jì)算；E2地震作用下，延性構(gòu)件的有效截面抗彎剛度有效截面抗彎剛度應(yīng)按下式計(jì)算，但其他構(gòu)件抗彎剛度仍按毛截面計(jì)算。yceffyMEI由于圬工拱橋、重力式橋墩和橋臺(tái)一般為混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸大、無(wú)延性，因此它們和D類(lèi)橋均可只進(jìn)行E1地震作用下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)連續(xù)的橋梁，各橋墩高度宜盡可能相近。相鄰橋墩高度相差較大導(dǎo)致剛度相差較大的橋梁，宜在剛度較大的橋墩處設(shè)置活動(dòng)支座或板式橡膠支座。不宜在梁橋的矮墩處設(shè)置固定支座，矮墩宜設(shè)置活動(dòng)支座或板式橡膠支座。在高烈度區(qū)，宜盡量避免采用對(duì)抗震不利的橋型。5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.3 橋墩計(jì)算簡(jiǎn)圖橋墩計(jì)算簡(jiǎn)圖公路抗震規(guī)范

29、計(jì)算橋墩地震作用時(shí)，不考慮上部結(jié)構(gòu)對(duì)下部結(jié)構(gòu)的約束作用，均按單墩確定計(jì)算簡(jiǎn)圖。(1) 實(shí)體墩實(shí)體墩計(jì)算實(shí)體墩臺(tái)地震作用時(shí)，可將橋梁墩身沿高度分成若干區(qū)段，把每一區(qū)段的質(zhì)量集中于相應(yīng)重心處，作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。一般認(rèn)為，墩臺(tái)高度在50-60m以下，墩身劃分為4-8個(gè)質(zhì)點(diǎn)較為合適。對(duì)上部結(jié)構(gòu)的梁及橋面，可作為一個(gè)集中質(zhì)量，其作用位置順橋向取在支座中心處，橫橋向取在上部結(jié)構(gòu)重心處。5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.3 橋墩計(jì)算簡(jiǎn)圖橋墩計(jì)算簡(jiǎn)圖(2) 柔性柔性墩墩柔性墩所支承的上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量遠(yuǎn)大于橋墩本身質(zhì)量，橋墩自身質(zhì)量約為上部結(jié)構(gòu)的1/5-1/8，它的大部分質(zhì)量集中于墩頂處，可簡(jiǎn)化為一單質(zhì)點(diǎn)

30、體系。5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.4 橋墩基本振型與基本周期橋墩基本振型與基本周期(1) 基本振型基本振型 墩臺(tái)下端嵌固于基礎(chǔ)之上，墩身可視為豎向懸臂桿件墩身可視為豎向懸臂桿件。在水平地震力作用下，墩身變形由彎曲變形彎曲變形和剪切變形剪切變形組成，兩種變形所占的份額與橋墩高度與截面寬度比值H/B有關(guān)。當(dāng)計(jì)算實(shí)體橋墩橫向變形橫向變形時(shí)，H/B的值較小，應(yīng)同時(shí)考慮彎曲變形和剪切變形影響；當(dāng)計(jì)算縱向變形縱向變形時(shí)，H/B的值較大，彎曲變形占主導(dǎo)作用。 公路橋梁墩身一般不高，質(zhì)量和剛度沿高度分布均勻，實(shí)體墩在確定地震作用時(shí)一實(shí)體墩在確定地震作用時(shí)一般只考慮般只考慮第一振型第一振型影

31、響影響，而將高階振型的貢獻(xiàn)略去不計(jì)。 柔性墩質(zhì)量主要集中在墩頂，視為單質(zhì)點(diǎn)體系求得周期，確定振型曲線。5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.4 橋墩基本振型與基本周期橋墩基本振型與基本周期(1) 基本振型基本振型橋梁抗震細(xì)則給出了實(shí)體墩基本振型表達(dá)方式。當(dāng)當(dāng)H/B5時(shí)時(shí)(一般為順橋向)，橋墩第一振型，在第i分段重心處的相對(duì)水平位移可按下式確定；11fifiXXXHH當(dāng)當(dāng)H/B5時(shí)時(shí)(一般為橫橋向)，橋墩第一振型在第i分段重心處的相對(duì)水平位移為；1/31()(1)iiffHXXXH5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算8.3.4 橋墩基本振型與基本周期橋墩基本振型與基本周期(1) 基

32、本振型基本振型 對(duì)于柔性墩振動(dòng)曲線，如右圖所示，圖中Xf(1/2)是考慮地基變形時(shí)，順橋向作用于支座頂面上的單位水平力在墩身計(jì)算高度H/2處引起的水平位移與支座頂面處的水平位移之比值，若取Xf=0，順橋向可近似?。?2516fX5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.4 橋墩基本振型與基本周期橋墩基本振型與基本周期(2) 基本周期基本周期 梁橋的質(zhì)量大部分集中于墩頂處，在求橋墩基本周期時(shí)，將墩身重力根據(jù)動(dòng)力等效原則換算到墩頂處，而把橋墩視為單質(zhì)點(diǎn)體系，近似按下式計(jì)算橋墩的基本周期T1：12tGTg2113tspffPGGXXG實(shí)體墩順橋向：實(shí)體墩順橋向：實(shí)體墩橫橋向：實(shí)體墩橫橋向：21

33、0ntiiiGG X柔性墩：柔性墩：tspcppGGGG上部結(jié)構(gòu)重力上部結(jié)構(gòu)重力 墩身重力墩身重力蓋梁重力蓋梁重力5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.5 橋墩水平地震作用橋墩水平地震作用(1) 規(guī)則橋梁實(shí)體橋墩水平地震作用規(guī)則橋梁實(shí)體橋墩水平地震作用規(guī)則橋梁橋墩順橋向及橫橋向的水平地震作用，一般情況下按下式計(jì)算：1 11/ihphiiESX Gg作用于梁橋橋墩質(zhì)點(diǎn)作用于梁橋橋墩質(zhì)點(diǎn)i的水平地震作用的水平地震作用(kN)；101210niiiniiiX GX GihpE1hS1重要性修正系數(shù)；重要性修正系數(shù)；橋墩順橋向或橫橋向的基本振型參與系數(shù)：橋墩順橋向或橫橋向的基本振型參與系數(shù)：

34、5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.5 橋墩水平地震作用橋墩水平地震作用(2) 規(guī)則橋梁的柱式墩水平地震作用規(guī)則橋梁的柱式墩水平地震作用梁橋橋墩的柔性墩以彎曲變形為主，用能量法將墩身質(zhì)量換算到墩頂后，可簡(jiǎn)化為單自由度體系，其順橋向的水平地震作用可采用下列簡(jiǎn)化公式計(jì)算：1/htphtES GghtpE作用于支座頂面處的順橋向水平地震作用；作用于支座頂面處的順橋向水平地震作用；tG 支座頂面處的換算質(zhì)點(diǎn)重力；支座頂面處的換算質(zhì)點(diǎn)重力；5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.5 橋墩水平地震作用橋墩水平地震作用(3) 采用板式橡膠支座的梁橋采用板式橡膠支座的梁橋水平地震作用水平地

35、震作用均采用同類(lèi)型板式橡膠支座的連續(xù)梁或橋面連續(xù)、順橋向具有足夠強(qiáng)度的抗震聯(lián)結(jié)措施(即縱向聯(lián)結(jié)措施的強(qiáng)度大于支座抗剪極限強(qiáng)度)的簡(jiǎn)支梁橋，其水平地震作用可按下述簡(jiǎn)化方法計(jì)算： 上部結(jié)構(gòu)對(duì)板式橡膠支座頂面處產(chǎn)生的水平地震作用11/itpihshspnitpiKES GgK第i號(hào)墩組合抗推剛度5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.5 橋墩水平地震作用橋墩水平地震作用(3) 采用板式橡膠支座的梁橋采用板式橡膠支座的梁橋水平地震作用水平地震作用采用板式橡膠支座的多跨簡(jiǎn)支梁橋，對(duì)剛性墩可按單墩單梁計(jì)算；對(duì)柔性墩應(yīng)考慮支座與上下部的耦聯(lián)作用(一般情況下可考慮3-5孔)，按下圖的計(jì)算圖式進(jìn)行計(jì)算。

36、5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.5 橋墩水平地震作用橋墩水平地震作用(4) 墩頂?shù)乃轿灰贫枕數(shù)乃轿灰圃贓2地震作用下，可按下式計(jì)算墩頂?shù)捻槝蛳蚝蜋M橋向水平位移：dc 在E2地震作用下，采用截面有效剛度計(jì)算的墩頂水平位移；c 考慮結(jié)構(gòu)周期的調(diào)整系數(shù)，按下表取值。結(jié)構(gòu)周期結(jié)構(gòu)周期cT0.1s1.5TTg1.00.1sTTg按線性插值求得5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.6 能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算(1) 延性延性墩柱沿順橋墩柱沿順橋向向Vc0剪力按下式計(jì)算剪力按下式計(jì)算延性墩柱的底部區(qū)域?yàn)闈撛谒苄糟q區(qū)域00 xzccnMVH延性墩柱的頂、底部區(qū)域均為潛在塑

37、件鉸區(qū)域00 xszczccnMMVH橋墩正截面抗彎承載力超強(qiáng)系數(shù)，取1.2墩柱凈長(zhǎng)度5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.6 能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算(2) 延性延性墩柱墩柱沿橫橋向沿橫橋向Vc0剪力設(shè)計(jì)值分兩種情況計(jì)算剪力設(shè)計(jì)值分兩種情況計(jì)算延性墩柱的底部區(qū)域?yàn)闈撛谒苄糟q區(qū)域00 xhccnMVH延性墩柱的頂、底部區(qū)域均為潛在塑件鉸區(qū)域00 xshchccnMMVH5.3 橋梁地震作用計(jì)算橋梁地震作用計(jì)算5.3.6 能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算(3) 延性橋墩蓋梁的彎矩設(shè)計(jì)值延性橋墩蓋梁的彎矩設(shè)計(jì)值Mp0可按下式可按下式計(jì)算計(jì)算00sphcGMMM(4) 延性橋墩蓋梁的剪力設(shè)計(jì)值延性橋墩蓋梁的剪力設(shè)計(jì)值Vc0可按下式可按下式計(jì)算計(jì)算000RLpcpccMMVL(5)梁橋基礎(chǔ)沿順橋向、橫橋向的彎矩、剪力和軸