橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)PPT120

25橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)5.1震害及及其分分析5.2橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.3橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)地地震響響應(yīng)分分析5.4橋梁抗抗震延延性設(shè)設(shè)計(jì)了解橋橋梁震震害的的基本本特點(diǎn)點(diǎn)；掌握梁梁橋抗抗震分分析與與設(shè)計(jì)計(jì)的基基本方方法；；了解橋橋梁地地震反反應(yīng)時(shí)時(shí)程分分析的的主要要內(nèi)容容；掌握橋橋梁抗抗震延延性設(shè)設(shè)計(jì)的的基本本原理理和主主要方方法。。本章學(xué)學(xué)習(xí)目目的橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)5(1)通過橋橋梁震震害分分析提提出橋橋梁遭遭遇震震壞的的基本本特點(diǎn)點(diǎn)和抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)的的要點(diǎn)點(diǎn)(2)分析橋橋梁抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)的的反應(yīng)應(yīng)譜方方法、、時(shí)程程分析析法和和延性性設(shè)計(jì)計(jì)方法法，講講解橋橋梁抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)的的基本本內(nèi)容容和特特點(diǎn)橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)5橋梁按按照結(jié)結(jié)構(gòu)體體系的的不同同可分分為梁梁橋、、拱橋橋、斜斜拉橋橋、懸懸索橋橋等，，其分分類的的主要要區(qū)別別在于于橋面面結(jié)構(gòu)構(gòu)的支支撐型型式。。橋梁按按照使使用用用途的的不同同又分分為鐵鐵路橋橋梁和和公路路橋梁梁，其其抗震震設(shè)計(jì)計(jì)可分分別按按照下下列相相應(yīng)規(guī)規(guī)范進(jìn)進(jìn)行:1.《《鐵路工工程抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》，以下下簡稱稱《鐵路抗抗震規(guī)規(guī)范》2.《《公路工工程抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》，以下下簡稱稱《公路抗抗震規(guī)規(guī)范》橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)525橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)5.1震害及及其分分析5.2橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.3橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)地地震響響應(yīng)分分析5.4橋梁抗抗震延延性設(shè)設(shè)計(jì)一、落梁引引起的的橋跨跨損壞壞（見圖圖5－－2））圖5-2美美國舊舊金山山奧克克蘭海海灣橋橋在地震震中落落梁破破壞（（找出出出處處）或用新新的有有出處處的落落梁圖圖片代代替出處可可用拍拍攝人人（時(shí)時(shí)間））或網(wǎng)網(wǎng)址，，余同同震害及及其分分析5.1二、橋橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)相相互沖沖擊破破壞三、橋橋臺(tái)沉沉陷（見圖圖5-4））破壞前前破破壞壞后圖5-4橋橋臺(tái)臺(tái)沉陷陷和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)震害及及其分分析5.1四、墩墩柱破破壞1．墩墩柱彎彎曲破破壞（見圖圖5-6））在地震震作用用下，，橋梁梁的墩墩柱可可能發(fā)發(fā)生以以下四四種破破壞形形式：：a)墩柱彎彎曲強(qiáng)強(qiáng)度不不足（（混凝凝土過過早壓壓碎或或者縱縱筋過過早屈屈服）b)墩柱鋼鋼筋搭搭接長長度不不足引引起的的破壞壞c)彎曲延延性不不足（（全截截面壓壓碎））震害及及其分分析5.1圖5-6墩柱縱縱筋焊焊接破破壞（找出出出處處，或或用新新的有有出處處的此此類圖圖片代代替））2．墩墩柱剪剪切破破壞(見圖圖5-9)圖5-9橋橋墩墩剪切切破壞壞（找出出出處，，或用用新的的有出出處的的此類類圖片片代替替）震害及及其分分析5.125橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)5.1震害及及其分分析5.2橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.3橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)地地震響響應(yīng)分分析5.4橋梁抗抗震延延性設(shè)設(shè)計(jì)一、橋橋梁地地震作作用計(jì)計(jì)算的的靜力力法《鐵路工工程抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》（以下下簡稱稱鐵路路抗震震規(guī)范范）建建議對對剛性性較大大的橋橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)如如橋臺(tái)臺(tái)和粗粗矮墩墩等可可采用用靜力力法計(jì)計(jì)算，，即地地震作作用Fi為：其中(5-1)(5-2)kH為水平平地震震系數(shù)數(shù);橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2Cz為考慮慮場地地地基基及計(jì)計(jì)算中中未考考慮的的基地地因素素對地地震作用用的影影響；為考慮慮地震震作用用沿高高度線線性增增大而而引入入的修修正導(dǎo)導(dǎo)數(shù)。。G為重力力荷載載代表表值。。《鐵路抗抗震規(guī)規(guī)范》規(guī)定式式(5-1)中的Cz對于硬硬質(zhì)巖巖石地地質(zhì)為為1/5，其它它地基基為1/4。橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2如下（（見圖圖5-10）：：式（5-1）中的的系數(shù)數(shù)圖5-10地地震作作用高高度修修正導(dǎo)導(dǎo)數(shù)橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2H≤12米時(shí)整整個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)采采用H＞12米時(shí)隨結(jié)構(gòu)構(gòu)高度度而變變，底底面，墩臺(tái)頂頂面及及頂面面以上上;中間任任一點(diǎn)點(diǎn)處的的式中H對于橋橋墩為為墩頂頂面至至基底底（即即基礎(chǔ)礎(chǔ)底面面）的的高度度（以以米計(jì)計(jì)），，對于于橋臺(tái)臺(tái)則自自橋臺(tái)臺(tái)道碴碴槽頂頂面至至基底底的高高度。Hi為驗(yàn)算算截面面以上上任一一質(zhì)量量的重重心至至墩臺(tái)臺(tái)底（（即基基礎(chǔ)底底面））的高高度（（以米米計(jì)））。橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2鐵路橋橋梁設(shè)設(shè)計(jì)采采用的的設(shè)計(jì)計(jì)反應(yīng)應(yīng)計(jì)算算譜曲曲線如如圖5-11所示示。5-11鐵路橋橋梁設(shè)設(shè)計(jì)反反應(yīng)譜譜曲線線二、橋橋梁地地震反反應(yīng)計(jì)計(jì)算的的反應(yīng)應(yīng)譜法法橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)反反應(yīng)譜譜計(jì)算算的單單質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)地震震作用用為：：式中，，水平平地震震系數(shù)數(shù)Kh和動(dòng)力力放大大系數(shù)數(shù)β的乘積積即為為水平平地震震作用用影響響系數(shù)數(shù)α1（無量量綱））；圖中的的橫坐坐標(biāo)為為結(jié)構(gòu)構(gòu)自振振周期期T（以秒秒為單單位））橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2Ci為結(jié)構(gòu)構(gòu)重要要性修修正系系數(shù)，，對一一般結(jié)結(jié)構(gòu)（（如二二級(jí)公公路一一般工工程等等）取取1；Cz為考慮慮結(jié)構(gòu)構(gòu)彈塑塑性作作用采采用綜綜合影影響系系數(shù)，，一般般為0.20~0.35；水平地地震系系數(shù)Kh與地震震烈度度有關(guān)關(guān)；橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2Ci為結(jié)構(gòu)構(gòu)重要要性修修正系系數(shù)，，對一一般結(jié)結(jié)構(gòu)（（如二二級(jí)公公路一一般工工程等等）取取1，見表表5-1；Cz為考慮慮結(jié)構(gòu)構(gòu)彈塑塑性作作用采采用綜綜合影影響系系數(shù)，，一般般為0.20~0.35，見表表5-2；水平地地震系系數(shù)Kh與地震震烈度度有關(guān)關(guān)，見見表5-3；橋梁按按反應(yīng)應(yīng)譜理理論的的計(jì)算算方法法5.2表5—1結(jié)構(gòu)重重要性性修正正系數(shù)數(shù)Ci路線等級(jí)及構(gòu)造物重要性修正系數(shù)Ci高速公路和一級(jí)公路上的抗震重點(diǎn)工程1．7高速公路和一級(jí)公路的一般工程，二級(jí)公路的抗震重點(diǎn)工程，二、三級(jí)公路上橋梁的梁端支座1．3二級(jí)公路的一般工程,三級(jí)公路上的抗震重點(diǎn)工程,四級(jí)公路上橋梁的梁端支座1．0三級(jí)公路的一般工程、四級(jí)公路上的抗震重點(diǎn)工程0．6注：(1)位于基基本烈烈度為為9度地區(qū)區(qū)的高高速公公路和和一級(jí)級(jí)公路路上抗抗震重重點(diǎn)工工程，，其重重要性性修正正系數(shù)數(shù)也可可采用用1．5。(2)抗震重重點(diǎn)工工程系系指特特大橋橋、大大橋、、隧道道和破破壞后后修復(fù)復(fù)(搶修)困難的路路基中橋橋和擋土土墻等工工程。一一般工程程系指非非重點(diǎn)的的路基、、中小橋橋和擋土土墻等工工程。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2表5—2綜合影響響系數(shù)Cz橋梁和墩、臺(tái)類型橋墩計(jì)算高度H(米)H<1010≤H<2020≤H<30梁橋柔性墩柱式橋墩、排架樁墩、薄壁橋墩0．300．330．35實(shí)體墩天然基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)上實(shí)體橋墩0．200．250．30多排樁基礎(chǔ)上的橋墩0．250．300．35橋臺(tái)0．35拱橋0．35：橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2綜合系數(shù)數(shù)Cz主要反映映彈塑性性地震作作用FEp與彈性地地震作用用FEe的比值等等多種因因素的影影響當(dāng)設(shè)結(jié)構(gòu)構(gòu)延性系系數(shù)μ為結(jié)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生的彈彈塑性位位移△u與屈服位位移△y之比,Cz與μ有近似的的關(guān)系。。低頻結(jié)構(gòu)構(gòu)（T>0.5s時(shí)），Cz=1/μμ；中頻結(jié)構(gòu)構(gòu)（T1=0.05~0.5s），Cz=1/(2μ––1)1/2；高頻結(jié)構(gòu)構(gòu)（T1=0.03~0.05s），μ=1。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2對一般磚磚石結(jié)構(gòu)構(gòu)μ＝2～3；對一般般鋼筋混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)μ=4。因此，對對干一般般高度的的石砌墩墩臺(tái)，Cz=1/3；對于一般般高度的的鋼筋混混凝土墩墩臺(tái)，z=1/4，對于鋼筋筋混凝土土高墩（（高度大大于60m），Cz=1/2~1/3，《鐵路抗震震規(guī)范》采用Cz=1/2。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2表5-3設(shè)防烈度度與水平平地震系系數(shù)KH的關(guān)系設(shè)計(jì)烈度（度）水平地震系數(shù)kH

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0.4 橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2對干多質(zhì)質(zhì)點(diǎn)彈性性體系的的橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)，對對應(yīng)i質(zhì)點(diǎn)j振型（相相應(yīng)周期為Tj）的地震震作用Fji為其中γj為j振型的振振型參與與系數(shù)，，Xji為j振型i質(zhì)點(diǎn)處的的振型分分量各階振型型質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)產(chǎn)生的作作用力Fi（或位移移Si）采用平平方和開開平方法法(SRSS法)或CQC方法計(jì)算算。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2計(jì)算中應(yīng)應(yīng)注意，，Gi為墩身第第i個(gè)質(zhì)點(diǎn)（（或第i個(gè)分段））的墩身身重量。。對于墩頂頂，則Gi=G1。G1近似地包包括梁部部結(jié)構(gòu)，，活載和和墩帽以以及部分分墩身的的重量。。圖5-12橋梁橋墩簡圖橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2三、多自自由度系系統(tǒng)地震震作用的的簡化計(jì)計(jì)算如果橋墩不高高、基礎(chǔ)礎(chǔ)為明挖挖、入土土不太深深、而地地基土又又較差時(shí)，則墩墩身的剛剛性比較較大，第第一振型型對振動(dòng)動(dòng)的影響響也比較較大，可可不考慮較較高階振振型的影響，，此時(shí)，墩墩身振動(dòng)動(dòng)時(shí)的第第一振型型可以近近似乎取取頂邊為為1的倒三角角形（即即））(5-9)橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2圖5-13墩墩身身振動(dòng)第第一振型型第一振型型振動(dòng)計(jì)計(jì)算簡圖圖橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2于是第i個(gè)質(zhì)點(diǎn)的的地震作作用Fi為橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2四.橋梁構(gòu)件件截面抗抗震驗(yàn)算算--按反應(yīng)譜譜方法γb：構(gòu)件工作作條件系系數(shù)，矩矩形截面面0.95，圓形截截面0.68Sd：荷載效應(yīng)應(yīng)函數(shù)；；Rd：抗力效應(yīng)應(yīng)函數(shù)Gk：非震作用用效應(yīng)；；Qdk：地震作用用效應(yīng)γg：非震作用用荷載安安全系數(shù)數(shù)；γq：地震作用用安全系系數(shù)另外考慮慮非震組組合。1、抗震荷荷載效應(yīng)應(yīng)組合下下截面驗(yàn)驗(yàn)算設(shè)計(jì)計(jì)表示式式：橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2*四、地基基和梁部部結(jié)構(gòu)彈彈性約束束對地震震反應(yīng)的的影響基礎(chǔ)側(cè)面面土的抗抗力對地地震反應(yīng)應(yīng)有一定定影響，，計(jì)算時(shí)時(shí)應(yīng)予考考慮。（1）淺基礎(chǔ)礎(chǔ)可按分別別考慮基基礎(chǔ)側(cè)面面土的水水平抗力力影響，，基底土土的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)抗力影影響，基基礎(chǔ)側(cè)面面上的水水平抗力力和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)抗力的的聯(lián)合影影響來進(jìn)進(jìn)行簡化化計(jì)算。。（2）樁基礎(chǔ)礎(chǔ)和沉井井基礎(chǔ)宜同時(shí)考考慮樁側(cè)側(cè)地基的的土抗力力、樁身身慣性力力和樁側(cè)側(cè)附于樁樁身上的的土的慣慣性力的的作用。。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2（3）梁部結(jié)結(jié)構(gòu)彈性性約束對對橋墩振振動(dòng)的影影響橋墩順橋橋方向（（即縱向向）振動(dòng)動(dòng)，梁和和線路鋼鋼軌對墩墩頂具有有順橋方方向彈性性約束作作用。上部是連連續(xù)梁時(shí)時(shí)，彈性性約束較較強(qiáng)，當(dāng)當(dāng)為簡支支梁時(shí)，，約束作作用較弱弱。順橋方向向彈性約約束系數(shù)數(shù)應(yīng)主要要根據(jù)大大量試驗(yàn)驗(yàn)來確定定。圖5-14梁梁部彈彈性約束束影響橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2這里介紹紹考慮梁梁部結(jié)構(gòu)構(gòu)彈性約約束對橋橋墩振動(dòng)動(dòng)的影響響的近似似方法。。假設(shè)現(xiàn)在在有一個(gè)個(gè)單質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)生振振動(dòng)，其其質(zhì)點(diǎn)受受到上部部結(jié)構(gòu)的的彈性約約束，假假設(shè)其彈彈性約束束系數(shù)，，該系統(tǒng)本本身的彈彈簧系數(shù)數(shù)為，，如如圖5-14所所示。假設(shè)該系系統(tǒng)按下下式運(yùn)動(dòng)動(dòng)：當(dāng)該系統(tǒng)統(tǒng)自由振振動(dòng)時(shí)，，根據(jù)動(dòng)動(dòng)力學(xué)原原理，k和應(yīng)應(yīng)按并并聯(lián)考慮慮，則得得自由振振動(dòng)方程程：橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2即，，可得到到p0為不考慮慮時(shí)時(shí)的自振振頻率此時(shí)梁部部結(jié)構(gòu)承承受的地地震作用用F和墩身承承受的地地震作用用P′應(yīng)將地震震作用Pi根據(jù)k和k′按下列比比例關(guān)系系進(jìn)行分分配。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2當(dāng)橋上采采用簡支支梁時(shí)，，可粗略略地采取取這里E為鋼軌的的彈性模模量，A為兩根鋼鋼軌的橫橫截面面面積（當(dāng)當(dāng)有護(hù)軌軌時(shí)，可可考慮計(jì)計(jì)入護(hù)軌軌的橫截截面），，L為一孔梁梁的長度度。為一系數(shù)數(shù)，它考考慮由于于鋼軌鎖鎖定能力力有限，，鋼軌承承受軸向向力太大大時(shí)可能能發(fā)生移移動(dòng)，從從而減小小值值。一般可考考慮ζ=0.3~0.5。梁跨較較小時(shí)，，采用較較小的ζ值，反之之，則采采用較大大的ζ值。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2五、橋梁梁墩臺(tái)計(jì)計(jì)算方法法一般來說說橋梁墩墩臺(tái)的振振動(dòng)方式式可以分分為兩種種：一種是在在振動(dòng)時(shí)時(shí)墩臺(tái)身身任一截截面既產(chǎn)產(chǎn)生水平平平動(dòng)，，又產(chǎn)生生轉(zhuǎn)動(dòng)，，成為彎彎曲變形形振動(dòng)，，大多數(shù)數(shù)墩臺(tái)屬屬于這種種情況。。另一種是是結(jié)構(gòu)在在振動(dòng)時(shí)時(shí)，任一一截面主主要產(chǎn)生生水平平平動(dòng)，而而轉(zhuǎn)動(dòng)非非常小，，成為剪剪切變形形振動(dòng)。。橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2在按反應(yīng)應(yīng)譜理論論計(jì)算橋橋梁墩臺(tái)臺(tái)的地震震作用時(shí)時(shí)，將墩墩臺(tái)身分分成若干干部分；；把每一部部分質(zhì)量量集中于于其相應(yīng)應(yīng)重心處處作為集集中質(zhì)量量(明挖基基礎(chǔ)的重重量可獨(dú)獨(dú)立為集集中質(zhì)量量，也可可與墩臺(tái)臺(tái)最下段段質(zhì)量合合并)；梁部結(jié)構(gòu)構(gòu)(包括梁梁和橋面面)的質(zhì)質(zhì)量以及及墩臺(tái)頂頂帽的質(zhì)質(zhì)量假定定集中于于支座中中心高度度處，也也可近似似地集中中于頂帽帽的頂面面處，以以mi來來表示，，其計(jì)算算簡圖如如圖5-15所所示。1．順橋軸軸方向(又稱縱向向)橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2圖5-15橋橋梁墩墩臺(tái)順橋橋軸方向向計(jì)算模模型橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2地震時(shí)，，橋梁橫橫橋軸方方向的振振動(dòng)相當(dāng)當(dāng)復(fù)雜，，因?yàn)槎斩张_(tái)的振振動(dòng)受到到梁和橋橋面聯(lián)結(jié)結(jié)約束的的整體作作用。當(dāng)發(fā)生橫橫向地震震時(shí)，除除墩臺(tái)身身外，梁梁和橋面面以及梁梁上活載載也都產(chǎn)產(chǎn)生地震震作用；；把各部分分質(zhì)量和和活載質(zhì)質(zhì)量都劃劃分成集集中質(zhì)量量，其簡簡圖大致致如圖5-16。2．橫橋軸軸方向（（又稱橫橫向）橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.2圖5-16墩臺(tái)臺(tái)橫橋方方向水平平地震作作用計(jì)算算橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.225橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震設(shè)設(shè)計(jì)5.1震害及其其分析5.2橋梁按反反應(yīng)譜理理論的計(jì)計(jì)算方法法5.3橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)地震響響應(yīng)分析析5.4橋梁抗震延延性設(shè)計(jì)一、橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)地震反反應(yīng)時(shí)程分分析方法對大跨結(jié)構(gòu)構(gòu)，即使結(jié)結(jié)構(gòu)是處于于線彈性狀狀態(tài)，反應(yīng)應(yīng)譜方法仍仍不能代替替時(shí)程分析析方法。懸懸索橋的抗抗震分析結(jié)結(jié)果表明，，反應(yīng)譜法法與時(shí)程法法相比，其其塔根彎矩矩要低20％—40％，位移要要小30％-35％對于斜拉橋橋、懸索橋橋這種大跨跨橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)，反應(yīng)譜譜法與時(shí)程程法的計(jì)算算結(jié)果相差差較大，現(xiàn)現(xiàn)行的反應(yīng)應(yīng)譜分析方方法有待于于進(jìn)一步發(fā)發(fā)展。1.概述橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3非線性分析析的必要性性對于許多大大型橋梁空空間結(jié)構(gòu)來來說，采用用線性結(jié)構(gòu)構(gòu)分析不再再認(rèn)為是以以獲得真實(shí)實(shí)且安全的的設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步步了解地震震作用下橋橋梁結(jié)構(gòu)的的性能，考考慮結(jié)構(gòu)材材料的塑性性及幾何改改變的非線線性已是不不可避免的的。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3橋梁結(jié)構(gòu)非非線性主要要來自以下下幾個(gè)方面面：1.由于自重引引起的斜向向纜索的非非線性軸力力與伸長量量的關(guān)系；；2.大變形引起起塔、梁和和柱單元軸軸力、彎矩矩相互作用用；3.梁、柱單元元的材料非非線性；4.塔、索大位位移引起的的幾何改變變；5.橋梁支座、、伸縮縫、、擋塊等邊邊界及連接接單元的非非線性；6.地基土壤的的非線性。。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.32.空間薄壁直直線箱梁單單元的剛度度矩陣空間直梁單單元及其桿桿系模型見見第二章第第六節(jié)內(nèi)容容橋梁結(jié)構(gòu)薄薄壁梁構(gòu)件件采用一般般直梁單元元會(huì)帶來較較大誤差。。采用考慮翹翹曲影響的的空間直線線箱梁單元元，這種箱箱梁單元除除計(jì)及直梁梁空間6個(gè)位移自由由度外，還還增加了一一個(gè)翹曲位位移自由度度反映直線箱箱梁振動(dòng)的的真實(shí)情況況，考慮了了直梁的軸軸力、剪力力、彎矩、、扭矩和翹翹曲雙力矩矩的作用。。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3空間直梁單單元長度L，截面積A，慣矩Iy、Iz，扇性極慣慣矩Iω，抗扭剛度GK，端部的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力有:剪力Fx,Fy,軸力N,彎矩Mx,My,扭矩T,翹曲雙力矩Mω,其中Fx,Fy,T作用在剪心心上,Mx,My,N作用在形心上節(jié)點(diǎn)力對應(yīng)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位位移有:u,υ,w,θx,θy,φ與f，u,υ,w,為x,y,z方向的位移移，θx,θy,φ為x,y,z方向的轉(zhuǎn)角角，f為翹曲位移。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.33.纜索單元的的非線性剛剛度矩陣橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3（2）纜索單元元?jiǎng)偠染仃囮嚕?）割線線剛度矩陣陣?yán)|索全長為為Lc(下標(biāo)c表示纜索)，截面面積積為A，索中的拉拉力由Ti至Tj的變化過程程中的割線線剛度矩陣陣,可用桿單元元的彈性剛剛度矩陣來來表達(dá)。局部坐標(biāo)下下的割線剛剛度矩陣可可用下式表表達(dá)：橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3（2）切線線剛度矩陣陣桿單元的切切線剛度矩矩陣通常表表示為式中KTC為局部坐標(biāo)標(biāo)下單元切切線剛度陣陣，KEC為彈性剛度度陣，KGC是桿單元的的幾何剛度度矩陣，GC為子矩陣.橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.34.考慮大變形形的塔、梁梁、柱單元元的切線剛剛度矩陣大變形下，，桿件所受受軸力和彎彎矩因耦合合作用產(chǎn)生生附加彎矩矩，受壓構(gòu)構(gòu)件有效彎彎曲剛度減減少，受拉拉構(gòu)件有效效彎曲剛度度增加，彎彎矩的存在在也影響構(gòu)構(gòu)件的軸向向剛度。通常在線性性結(jié)構(gòu)中，，這種相互互作用是忽忽略的。對大跨柔性性結(jié)構(gòu)如懸懸索橋、斜斜拉橋，這這種相互作作用可能非非常重要，，時(shí)程分析析和非線性性性分析中中應(yīng)予以考考慮。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3考慮大變形形的梁、柱柱單元的切切線剛度矩矩陣，單元元節(jié)點(diǎn)位移移列陣lv3zv13e和相應(yīng)梁端端力向量{F}e見式（2-6-16），基于大大變形理論的單單元切線剛剛度矩陣的的一般公式式為KTb=KEb+KGb(6-5-1)式中KTb為梁單元切切線剛度矩矩陣，KEb為梁單元彈彈性剛度矩陣Ke，見第二章章第六節(jié)式式（2-6-16），KGb為梁單元幾幾何剛度矩陣：：橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3(6-5-2)5.空間混凝土土梁彈塑性性單元大跨橋梁有有時(shí)出平面面的地震反反應(yīng)可能控控制設(shè)計(jì)，，鋼筋混凝凝土梁單元元在不同的的軸力水平平下屈服彎彎矩是不同同的，不能能采用二維維模型進(jìn)行行出平面的的地震反應(yīng)應(yīng)分析。三維彈塑性性梁單元模模型可采用用包括兩向向彎矩、軸軸力和扭矩矩在內(nèi)的三三維屈服函函數(shù)，實(shí)際可采用用軸力-彎矩相互作作用圖作為為屈服面。。扭矩和剪剪力引起單單元的屈服服可以通過過截面的合合理設(shè)計(jì)來來避免。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3（1）基本本假定鋼筋混凝土土梁、柱通通過適當(dāng)?shù)牡脑O(shè)計(jì)可以以保證在軸軸力、彎矩矩作用下具具有足夠的的延性，并并通過設(shè)計(jì)計(jì)來避免剪剪切破壞。。假定鋼筋混混凝土單元元具有理想想彈塑性單單元的彎矩矩與曲率關(guān)關(guān)系，塑性性鉸僅發(fā)生生在單元的的兩端節(jié)點(diǎn)點(diǎn)處，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)間單元保保持彈性，，不考慮塑塑性鉸附近近的塑性區(qū)區(qū)長度。剪切屈服強(qiáng)強(qiáng)度Vyu和Vzu以及抗扭屈屈服強(qiáng)度Tu充分大。屈服軸力Nu，屈服彎矩矩Myu和Mzu，根據(jù)屈服服條件下的的截面法向向應(yīng)力分布布來確定，，而與Vy,Vz和T所引起的剪剪切應(yīng)力無無關(guān)。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3（2）鋼筋筋混凝土梁梁單元梁端端屈服面橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3式中Nt為單軸屈服服拉力，N0為單軸屈服服壓力，My0是繞y軸的純彎屈屈服彎矩，，Mz0是繞z軸的純彎屈屈服彎矩，，a1,a2,a3,b1,b2和b3是常數(shù)。結(jié)結(jié)合上述兩兩式，屈服服面函數(shù)可可以表示成成標(biāo)準(zhǔn)化形形式為式中，(5-31）橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3對于橢圓形形、矩形截截面通常取取a=b=2，對于窄長長截面可取取a=b=1.0，N0，My0，Mz0,a1,a2,a3,b1,b2和b3這些參數(shù)可可以通過求求出兩個(gè)主主軸的軸力力-彎矩相互作作用圖的幾幾個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)并利用線線性擬合而而獲得。例如，上海海南浦大橋橋塔根截面面的屈服面面，采用文文獻(xiàn)[17]方法確定軸軸力-彎矩相互作作用圖，然然后進(jìn)行曲曲線擬合，，結(jié)果示于于圖4.3.5.2。其中橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3圖5-24混凝土土柱截面三三維屈服面面6.橋梁支座單單元及其抗抗震分析與與設(shè)計(jì)支座是橋梁梁結(jié)構(gòu)最易易受地震作作用損害的的部位之一一。支座及其他他連接部件件的力學(xué)性性能和構(gòu)造造特點(diǎn)對橋橋梁主體結(jié)結(jié)構(gòu)的地震震反應(yīng)和抗抗震性能影影響很大正確地設(shè)計(jì)計(jì)和描述支支座的性能能在橋梁抗抗震、減震震和地震反反應(yīng)分析中中十分重要要。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3（1）支座單元元有四種基基本裝置：普通板式橡橡膠支座；；滑板橡膠支支座(四氟板式或或盆式)；弧形鋼板等等耗能器；；擋塊或預(yù)應(yīng)應(yīng)力拉索。。橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3橋梁結(jié)構(gòu)地地震響應(yīng)分分析5.3（2）基本的設(shè)設(shè)計(jì)要求和和計(jì)算假定定橋梁的各種種橡膠支座座和耗能器器都具有非非線性性能能和較大的的滯回能力力，其基本本的設(shè)計(jì)要要求和計(jì)算算假定主要要有下列幾幾點(diǎn)：支座單元兩兩端分別與與梁和墩剛剛性連接；；支座的豎向向高度和縱縱向長度在在動(dòng)力分析析中不計(jì)，，橫向?qū)挾榷葹閐；支座單元在在縱向可以以相對滑動(dòng)動(dòng)與變形；；在支座兩側(cè)側(cè)設(shè)置有縱縱向弧形鋼鋼板條和擋擋塊，并具具有適當(dāng)?shù)牡臋M向距離離d；支座座在在橫橫向向受受到到剛剛度度為為Ks的擋擋塊塊約約束束，，支支座座的的豎豎向向在在A點(diǎn)和和B點(diǎn)處處由由剛剛度度為為Kv的豎豎向向彈彈簧簧連連接接。。橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3(3)支座座單單元元?jiǎng)倓偠榷染鼐仃囮嚰凹傲αυ鲈隽苛康牡拇_確定定橋梁梁支支座座除除承承受受結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的豎豎向向荷荷載載外外，，還還需需要要有有剪剪切切變變形形能能力力以以適適應(yīng)應(yīng)溫溫度度變變形形的的要要求求，，在減減震震、、隔隔震震研研究究中中以以及及在在抗抗震震措措施施中中常常采采用用擋擋塊塊、、耗耗能能器器和和摩摩擦擦滑滑動(dòng)動(dòng)支支座座等等裝裝置置這些些裝裝置置的的本本構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系是是不不同同的的，，為為了了使使所所發(fā)發(fā)展展的的支支座座單單元元有有較較大大的的通通用用性性，，必必須須把把這這些些裝裝置置的的特特點(diǎn)點(diǎn)考考慮慮在在內(nèi)內(nèi)。。橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3普通通板板式式橡橡膠膠支支座座的的恢恢復(fù)復(fù)力力特特性性可可近近似似按按線線彈彈性性。?；瑒?dòng)動(dòng)支支座座和和弧弧形形鋼鋼板板條條耗耗能能器器均均采采用用下下圖圖中中的的理理想想彈彈塑塑性性材材料料的的恢恢復(fù)復(fù)力力模模式式。。對于于滑滑動(dòng)動(dòng)支支座座模模式式的的屈屈服服力力亦亦即即最最大大滑滑動(dòng)動(dòng)摩摩擦擦力力，，考考慮慮它它隨隨相相應(yīng)應(yīng)的的正正壓壓力力的的變變化化。。擋塊塊或或預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力拉拉索索采采用用圖圖5-26的的模模式式。。橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.37.樁土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相互互作作用用模模型型及及其其對對地地震震反反應(yīng)應(yīng)的的影影響響(1)土-結(jié)構(gòu)構(gòu)相相互互作作用用及及分分析析辦辦法法對建建在在基基巖巖上上的的建建筑筑,由于于基基巖巖非非常常堅(jiān)堅(jiān)硬硬，，基基礎(chǔ)礎(chǔ)產(chǎn)產(chǎn)生生的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)等等于于控控制制點(diǎn)點(diǎn)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng),基礎(chǔ)礎(chǔ)不不會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生搖搖擺擺。。對于于建建在在軟軟土土上上的的建建筑筑，，由由于于土土-結(jié)構(gòu)構(gòu)的的耦耦合合作作用用，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)與與控控制制點(diǎn)點(diǎn)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)是是不不同同的的。。一一般般來來說說，，場場地地運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)是是放放大大的的。。因因此此，，越越接接近近場場地地表表面面，，產(chǎn)產(chǎn)生生的的水水平平位位移移越越大大。。作作用用在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上的的慣慣性性荷荷載載會(huì)會(huì)在在O點(diǎn)產(chǎn)產(chǎn)生生傾傾覆覆彎彎矩矩與與橫橫向向剪剪力力。。這這些些將將導(dǎo)導(dǎo)致致土土層層變變形形，，從從而而也也改改變變了了基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)。。橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3考慮慮土土-結(jié)構(gòu)構(gòu)相相互互作作用用的的主主要要影影響響：：作用用在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物上上的的地地震震輸輸入入改改變變。。由由于于自自由由場場反反應(yīng)應(yīng)使使得得基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的平平動(dòng)動(dòng)分分量量不不同同于于控控制制點(diǎn)點(diǎn)，，而而且且對對于于埋埋置置的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)通通常常伴伴有有搖搖擺擺分分量量；；在最最終終的的動(dòng)動(dòng)力力模模型型中中，，由由于于覆覆蓋蓋土土層層的的存存在在使使得得結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系變變?nèi)崛?，，從從而而降降低低了了體體系系的的固固有有頻頻率率；；離開開結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物的的擴(kuò)擴(kuò)散散波波的的能能量量輻輻射射會(huì)會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致致最最終終動(dòng)動(dòng)力力體體系系阻阻尼尼增增加加。。當(dāng)當(dāng)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)很很剛剛，，而而土土層層很很柔柔時(shí)時(shí)較較明明顯顯，，對對于于大大跨跨長長周周期期結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，這這種種作作用用可可以以忽忽略略。。對于于橋橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)樁樁-土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相互互作作用用來來說說，，則則是是自自由由場場地地地地震震反反應(yīng)應(yīng)加加上上考考慮慮土土壤壤對對樁樁基基約約束束作作用用的的多多點(diǎn)點(diǎn)激激振振下下的的橋橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震反反應(yīng)應(yīng)。。橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3(2)大跨跨橋橋梁梁樁樁基基計(jì)計(jì)算算模模型型在大大跨跨度度樁樁基基橋橋梁梁非非線線性性地地震震反反應(yīng)應(yīng)分分析析中中，，樁樁基基周周圍圍土土的的約約束束作作用用可可以以用用等等代代土土彈彈簧簧來來代代替替。。用一一個(gè)個(gè)單單質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)體體系系來來代代表表橋橋梁梁上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，用用一一個(gè)個(gè)質(zhì)質(zhì)量量——彈彈簧簧體體系系來來代代表表樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)和和地地基基，，建建立立了了如如圖圖5-28和和圖圖5-29所所示示的的樁樁基基橋橋梁梁平平面面和和空空間間桿桿系系有有限限元元力力學(xué)學(xué)模模型型。。橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震響響應(yīng)應(yīng)分分析析5.3兩種種模模式式簡化化模模式式：：將將樁樁視視為為彈彈性性地地基基上上的的連連續(xù)續(xù)梁梁將樁樁群群周周圍圍的的土土按按照照等等剛剛度度原原則則簡簡化化為為抗抗壓壓彈彈簧簧，，彈彈簧簧的的一一端端固固定定，，另另一一端端與與樁樁相相連連，，不考考慮慮樁樁群群中中的的各各樁樁之之間間因因土土的的共共同同振振動(dòng)動(dòng)而而導(dǎo)導(dǎo)致致的的相相互互影影響響。。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3兩種模式空間剛架模式式：對于打入入式密樁群，，應(yīng)考慮各樁樁之間因樁間間土的共同振振動(dòng)而導(dǎo)致的的相互影響樁間的土可以以按等剛度原原則模擬為二二力桿。樁與樁之間就就有了縱橫向向的連接，從從而把整個(gè)樁樁土結(jié)構(gòu)模擬擬成了一個(gè)空空間剛架。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3兩種模式的比比較：簡化計(jì)算模式式將導(dǎo)致樁與與土的整體剛剛度降低，計(jì)計(jì)算出的地震震力響應(yīng)值一一般偏小。墩中的地震響響應(yīng)彎矩差別別較小，兩者者的差別總在在5％以內(nèi)。隨著著樁徑的增大大，空間剛架架模式算出的的墩中彎矩增增大。樁中的彎矩差差別較大，特特別是在樁底底處兩者計(jì)算算結(jié)果的差別別可達(dá)到幾倍倍由于近樁頂處處出現(xiàn)的彎矩矩的最大值占占控制作用,一般情況下，，空間剛架模模式較簡化計(jì)計(jì)算模式給出出的樁中彎矩矩的最大值稍稍大。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3結(jié)論：當(dāng)樁間距較小小、特別是打打入樁時(shí)，采采用空間剛架架模式較接近近實(shí)際情況。。當(dāng)樁間距較大大、特別是鉆鉆孔灌注樁時(shí)時(shí)，可以采用用簡化計(jì)算模模式。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.38.橋梁結(jié)構(gòu)地震震反應(yīng)的行波波效應(yīng)及其影影響2.橋梁結(jié)構(gòu)地震震運(yùn)動(dòng)的行波波表達(dá)通常橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)的地震反應(yīng)應(yīng)分析是假定定所有橋墩底底的地面運(yùn)動(dòng)動(dòng)是一致的實(shí)際上，由于于地震機(jī)制、、波的傳播特特征、地形、、地質(zhì)的不同同，入射地震震波在空間上上是變化的。。長跨橋梁在橋橋長范圍內(nèi)，，各墩基礎(chǔ)類類型和周圍土土質(zhì)條件可能能有較大差別別，各墩的地地震波的幅值值不同，波形形亦有變化。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3歐洲規(guī)范在規(guī)規(guī)定地震作用用時(shí)考慮了空空間變化的地地震運(yùn)動(dòng)特征征，并指出在在下面兩種情情況下考慮地地震運(yùn)動(dòng)的空空間變化：橋長大于200m，并且有地質(zhì)質(zhì)上的不連續(xù)續(xù)或明顯的不不同地貌特征征；橋長大于600m。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3二、大跨度斜斜拉橋地震反反應(yīng)分析斜拉橋因其經(jīng)經(jīng)濟(jì)上、結(jié)構(gòu)構(gòu)上與建筑造造型諸方面的的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，，受到橋梁工工程界的日益益重視。1．動(dòng)力計(jì)算模模式由于地震發(fā)生生的位置的隨隨機(jī)性，因而而地震反應(yīng)分分析的計(jì)算模模式均采用空空間分析模式式。計(jì)算模式式的模擬應(yīng)著著重于結(jié)構(gòu)的的剛度、質(zhì)量量和邊界條件件的模擬。它它們應(yīng)盡量和和實(shí)際結(jié)構(gòu)相相符。這三個(gè)主要因因素直接與結(jié)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特特性有關(guān)，而而結(jié)構(gòu)的抗震震性能和抗風(fēng)風(fēng)穩(wěn)定性又是是建立在動(dòng)力力特性的基礎(chǔ)礎(chǔ)上的，因此此，對它們的的處理是否得得當(dāng)對動(dòng)力計(jì)計(jì)算至關(guān)重要要。下面對斜拉橋橋各組成部分分在動(dòng)力計(jì)算算模式中的模模擬方式作進(jìn)進(jìn)一步說明。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3（1）橋面系1）脊梁模式這是是目前計(jì)算中中使用最多的的一種模式，，見圖5-12。圖5-12脊梁模式橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.3圖5-13ⅡⅡ形模式2）Ⅱ形模式橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.33）雙主梁模式圖5-14雙主梁模式橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.34）三主梁模式圖5-15三主梁模式橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.32）索的模式索通常用桁架架單元模擬。。在斜拉橋的靜靜力計(jì)算中用用等效彈性模模量考慮索的的垂度引起的的非線性影響；；在動(dòng)力計(jì)算中中，就目前的的跨度而言，，索的彈性模模量折減與否否對動(dòng)力特性的的影響很小通常不予折減減，作為線彈彈性單元處理理。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.33）主塔的計(jì)算模模式主塔用三維梁梁單元來描述述塔單元的劃分分不宜太粗，，因?yàn)閱卧獎(jiǎng)潉澐值拇旨?xì)細(xì)決定了堆聚聚質(zhì)量的分布布、振型的形形狀和地震力力的分布。計(jì)算比較發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，如單元?jiǎng)潉澐值么蛛m然然對塔的自振振頻率和塔根根彎矩影響不不大(頻率降低和塔塔根彎矩的減減小都不到5％)，但對塔中間間單元彎矩的的分布影響較較大。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.34）基礎(chǔ)模擬一般對擴(kuò)大基基礎(chǔ)、沉井基基礎(chǔ)、錨碇等等的處理比較較簡單，可視視為固端。而而樁基礎(chǔ)的處處理比較復(fù)雜雜,常用的有兩種種方法:用作用于邊界界元上的六個(gè)個(gè)彈簧剛度等等代群樁的作作用，見圖5-35。1）邊界單元模模式橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.32）樁基模式在計(jì)算圖式中中，用三維梁梁單元模擬實(shí)實(shí)際的樁基礎(chǔ)礎(chǔ)，用土彈簧簧單元模擬樁樁周圍土抗力力的影響?；鶐r或土層的的人工地震波波從樁端或土土彈簧輸入，，見圖5-36。橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.32．動(dòng)力特性結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特特性主要指固固有頻率，振振型，阻尼等等，是結(jié)構(gòu)本本身固有的。。它們?nèi)Q于于結(jié)構(gòu)的組成成體系、剛度度、質(zhì)量、質(zhì)質(zhì)量分布以及及支承條件等等?，F(xiàn)代斜拉拉橋發(fā)展至今今在橋面系的的形式、橋面面與主塔的連連接方式、塔塔形、索形、、索面布置等等方面都有很很大發(fā)展，其其形式多種多多樣。以橋面面系的受力體體系劃分有飄飄浮體系、支支承體系和剛剛構(gòu)體系。下下面選擇有代代表性的橋例例對斜拉橋的的動(dòng)力特性作作簡要介紹。。3．大跨橋例-上海南浦大橋橋(見書)橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.325橋梁結(jié)構(gòu)抗震震設(shè)計(jì)5.1震害及其分析析5.2橋梁按反應(yīng)譜譜理論的計(jì)算算方法5.3橋梁結(jié)構(gòu)地震震響應(yīng)分析5.4橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)一、概述橋梁延性設(shè)計(jì)計(jì)的重點(diǎn)將放放在避免橋梁梁墩臺(tái)破壞和和提高其延性性性能方面。。根據(jù)震害事例例分析，高柔柔的橋墩以彎彎曲型破壞為為主，矮粗的橋墩以以剪切型破壞壞為主，剛度介于兩者者之間的多為為混合型破壞壞。橋墩常見的破破壞部位及其其破壞形式為為：（1）承臺(tái)與樁的的連接處；（2）墩身與基礎(chǔ)礎(chǔ)的連接處；；（3）墩身在靠近近地面處斷裂裂；（4）墩身在中部部開裂、破壞壞；（5）墩帽與墩身身連接處。橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4二、橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)延性的表述述1．延性系數(shù)（1）材料的延性性（2）截面的延性性系數(shù)(例如梁端截面面)（3）構(gòu)件的延性性系數(shù)可以用用極限撓度和和屈服撓度之之比（4）局部延性系系數(shù)可用局部部極限側(cè)移和和局部屈服側(cè)側(cè)移之比（5）整體延性系系數(shù)可用整體體極限位移和和整體屈服位位移之比橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4圖5-38截截面曲率——彎矩關(guān)系圖5-39結(jié)結(jié)構(gòu)整體延延性的定義橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4整體延性系數(shù)數(shù)有時(shí)是由局局部延性系數(shù)數(shù)所決定的屈服后位彈塑塑性位移的增增加主要依靠靠塑性鉸的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。截面延性系數(shù)數(shù)和結(jié)構(gòu)延性性系數(shù)關(guān)系取取決于結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的幾何特特性和塑性鉸鉸的位置。2．位移延性同同塑性較區(qū)域域曲率的關(guān)系系（1）單柱式橋墩墩式中C是變形增加系系數(shù),為等價(jià)塑性較較長度,L是柱底到質(zhì)量量中心的距離離。橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4圖5-40位移延性同曲曲率延性關(guān)系系的計(jì)算簡圖圖圖5-41雙柱式橋墩的的計(jì)算簡圖橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4新西蘭的規(guī)范范規(guī)定塑性鉸鉸的長度為L是橋墩高度，，H是截面高度。。（2）雙柱式橋墩墩截面的屈服曲曲率可以根據(jù)據(jù)下式求得：：橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4開裂截面抗彎彎慣性矩為當(dāng)受拉鋼筋筋屈服時(shí)開裂裂截面的抗彎彎慣性矩:為毛截面的抗抗彎慣性矩;為柱截面軸壓壓比;為縱向鋼筋配配筋率橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4三．交變荷載載作用下的墩墩柱的延性和和結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)準(zhǔn)則（1）交變荷載作作用下的墩柱柱的延性結(jié)構(gòu)在反復(fù)交交變荷載作用用下的承載力力（或彎矩））低于在單調(diào)調(diào)荷載作用下下的承載力Pu，Pu一般取（0.8~0.9）。滯回（hysteresis）延性性是在反復(fù)交交變荷載作用用下仍保持的的Ph條件下所具有有的變形能力力。單調(diào)加載的極極限變形通常常大于反復(fù)循循環(huán)加載的極極限變形，骨骨架曲線比單單調(diào)加載時(shí)的的力-變形曲曲線稍低。一般可以用骨骨架曲線的極極限變形△u（θu或Ψu）作為衡量滯滯回延性的主主要指標(biāo)。橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4（2）交變荷載作作用下結(jié)構(gòu)失失效準(zhǔn)則橋梁抗震設(shè)計(jì)計(jì)的主要目的的分為下列幾幾個(gè)方面：①保證在設(shè)計(jì)計(jì)地震烈度（（建筑結(jié)構(gòu)中中即中震烈度度）下墩柱和和上部結(jié)構(gòu)的的極限承載力力要求(即強(qiáng)度要求)；②保證正常使使用狀態(tài)的變變形與裂縫控控制（即適用用性要求）；；ua③保證在校核地地震烈度（建建筑結(jié)構(gòu)中即即大震烈度））下的極限變變形能力和““極限”承載載力水平。橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4以上任何一條條不滿足即認(rèn)認(rèn)為結(jié)構(gòu)失效效。其中①和③都都是屬于安全全性范疇，只只是①是中震震烈度水平上上的安全性要要求，③是大大震（罕遇地地震）烈度水水平上的安全全性要求。中震烈度下結(jié)結(jié)構(gòu)的極限承承載力只是保保證正常使用用狀態(tài)下的承承載力要求，，大震烈度下下的抗倒塌極極限變形能力力要求對應(yīng)的的結(jié)構(gòu)承載力力才是真正的的承載力“極極限”；滿足以上要求通常常都很困難，，需要結(jié)構(gòu)具具有很好的延延性性能和構(gòu)構(gòu)造措施。橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4目前，延性抗抗震驗(yàn)算所采采用的破壞準(zhǔn)準(zhǔn)則主要有（1）強(qiáng)度破破壞準(zhǔn)則（2）變形破破壞準(zhǔn)則（3）能量破破壞準(zhǔn)則（4）基于低低周疲勞特征征的破壞準(zhǔn)則則以及用最大大變形和滯回回耗能來表達(dá)達(dá)的雙重指標(biāo)標(biāo)破壞準(zhǔn)則等等。橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.4四、橋梁抗震震的延性設(shè)計(jì)計(jì)方法5-44地地震沿橫向和和順橋向作用用時(shí)單柱式橋橋墩可能塑性性鉸橋梁抗震延性性設(shè)計(jì)5.45-45地震震沿橫向和順順橋向作用時(shí)時(shí)雙柱式橋墩墩可能塑性鉸鉸橋梁抗震延性