橋梁地震反應(yīng)分析(動(dòng)力時(shí)程、pushover)

1、第四章 橋梁地震反應(yīng)分析 非線性時(shí)程分析方法1、材料非線性2、幾何非線性3、接觸非線性工程結(jié)構(gòu)非線性問題的分類線彈性行為彈性、非線性彈性、彈塑性脆性材料和延性材料反復(fù)荷載下材料的加載、卸載、再加載過程混凝土的非線性特征鋼筋的非線性特征荷載和變形的相互關(guān)系RC截面的彎矩曲率關(guān)系端部集中受荷懸臂梁的非線性行為RC懸臂梁在反復(fù)荷載下的力-位移曲線滯回行為強(qiáng)度退化剛度、強(qiáng)度退化耗能特征線彈性/彈塑性動(dòng)力反應(yīng)對(duì)比線彈性/彈塑性動(dòng)力反應(yīng)對(duì)比延性（Ductility）的定義Paulay和Priestley的定義： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的滯回延性，是指在抗力沒有明顯下降的情況下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所能經(jīng)受的反復(fù)彈塑性變形循環(huán)的

2、能力。（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件至少能夠經(jīng)受住5次反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)，而且最大幅值可達(dá)設(shè)計(jì)容許變形值；（2）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在經(jīng)理反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)時(shí)，抗力的下降量始終不超過最大抗力的20。（國內(nèi)常用15）延性指標(biāo)曲率延性系數(shù)（曲率延性比）位移延性系數(shù)（位移延性比）曲率延性比屈服曲率極限曲率位移延性比位移延性比與曲率延性比的關(guān)系位移延性比與曲率延性比的關(guān)系 集中塑性單元模型 分布塑性單元模型桿系模型Giberson單分量梁柱單元模型 Clough雙分量梁柱單元模型 集中塑性單元模型集中塑性單元模型Lai氏多彈簧單元 集中塑性單元模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量要求較低，耗費(fèi)機(jī)時(shí)少、數(shù)值穩(wěn)定缺點(diǎn)：無法反映

3、鋼筋混凝土構(gòu)件的非彈性變形區(qū)域具有一定的長度、而且這個(gè)塑性區(qū)長度是隨加載歷史的變化而變化的這一客觀規(guī)律。分布塑性單元模型分段變剛度模型曲線分布柔度模型有限單元模型 經(jīng)典剛度法單元（位移插值函數(shù)） 基于柔度法單元（內(nèi)力插值函數(shù)）端部受荷懸臂梁材料非線性分析材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1個(gè)單元5個(gè)積分截面梁端荷載-位移關(guān)系曲線 積分點(diǎn)數(shù)目對(duì)精度的影響 曲率沿桿長變化圖 William肘式框架的幾何非線性分析EA = 8.38x106 N/mEI = 2.66x107 N.mm2荷載-撓度曲線分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較 壓彎構(gòu)件的非線性分析PNRC結(jié)構(gòu)非線性靜動(dòng)力分析材料本構(gòu)模型庫滯回模型庫截面分析求解算法荷載控

4、制、位移控制材料本構(gòu)模型混凝土 Hognestad 模型 KentPark模型及其修正模型 SheikhUzumeri模型 Mander模型 Saatcioglu-Razvi模型 Hoshikuma模型 鋼筋 多線性模型 曲線彈塑性強(qiáng)化模型 混凝土本構(gòu)模型Hognestad模型無約束混凝土混凝土本構(gòu)模型Kent-Park模型KP模型KP修正模型混凝土本構(gòu)模型 SheikhUzumeri模型基于24個(gè)方形截面混凝土柱試件的軸心抗壓試驗(yàn)混凝土本構(gòu)模型 Mander模型0.12鋼筋的本構(gòu)關(guān)系鋼筋的本構(gòu)關(guān)系多線性模型鋼筋的本構(gòu)關(guān)系曲線強(qiáng)化模型截面彎矩曲率關(guān)系分析程序截面力平衡條件力平衡？noyes傳統(tǒng)

5、求解方法：多次迭代、可能發(fā)散推薦方法分析步驟分析步驟算例僅需1-2次迭代！滯回模型精確的滯回模型應(yīng)能考慮：（1）剛度退化（2）強(qiáng)度退化（3）捏攏效應(yīng)常見的滯回模型Park三參數(shù)模型光滑滯回模型使用微分方程表示n個(gè)形狀控制參數(shù) 可考慮剛度退化、強(qiáng)度退化、捏攏效應(yīng) 形狀控制參數(shù)對(duì)光滑模型的影響形狀控制參數(shù)對(duì)光滑模型的影響形狀控制參數(shù)對(duì)光滑模型的影響形狀控制參數(shù)對(duì)光滑模型的影響各形狀控制參數(shù)的共同影響RC構(gòu)件的擬靜力試驗(yàn)仿真 Ang等人的試驗(yàn) No.1圓形截面 D=400mm L=1600mm配筋率 2.43% 含箍率 0.76% 軸壓比 20%彎曲延性破壞 Arakawa 等人的試驗(yàn) 圓形截面 D

6、=275mm L=300mm配筋率 2.54% 含箍率 0.94% 軸壓比 11%剪切破壞 Davey的試驗(yàn) 圓形截面 D=500mm L=2750mm配筋率 2.61% 含箍率 0.44% 軸壓比 6%隨機(jī)荷載 Ang 等人的試驗(yàn)u3 矩形截面 400400mm L=1600mm配筋率 1.51% 含箍率 2.83% 軸壓比 38%強(qiáng)度和剛度明顯退化 單層RC框架的非線性靜動(dòng)力分析算例OpenSees （Open System for Earthquake Engineering Simulation） 模型彎矩-曲率分析結(jié)果對(duì)比Pushover分析結(jié)果 單層RC框架的非線性時(shí)程分析滯回模型算例普通橋梁 上部結(jié)構(gòu)和蓋梁總重估計(jì)為7000kN 類場地 地震動(dòng)峰值加速度為0.3g 罕遇地震下動(dòng)力時(shí)程分析PGA調(diào)整至510 cm/s2（0.52g） 模型非線性時(shí)程反應(yīng)分析應(yīng)注意的問題單元模型及滯回模型的選擇地震波的選擇 “3+1”原則3條