橋梁抗震解決方案

橋梁博士V4

抗震分析解決方案上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司Shanghai

Tonghao

Civil

Engineering

Consulting

Co.,Ltd.2020/1/15?

前言?

第一章：抗震分析--

計算功能?

第二章：抗震分析--

分析示例?

第三章：抗震分析--

規(guī)范驗(yàn)算?

結(jié)語上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司2TONGHAO

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SHANGHAI?

我國是地震多發(fā)國家。2008年汶川地震以來，全社會對建設(shè)工程地震安全性提出了更高的要求，抗震減災(zāi)工作日益受到重視。?

橋梁工程作為交通網(wǎng)絡(luò)的樞紐工程，其抗震性能關(guān)系到整個交通生命線的暢通與否，進(jìn)而直接影響抗震救災(zāi)和災(zāi)后重建工作的大局。?

研發(fā)成果：橋梁博士V4在研發(fā)時，針對抗震分析對國內(nèi)各種的規(guī)范和理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并積極吸取國內(nèi)近年來的工程實(shí)踐成果，為橋梁的抗震分析和計算建立了一套系統(tǒng)的解決方案。上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司3TONGHAO

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SHANGHAI1.地震動的工程特性?

振幅?

頻譜特性?

持時上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司4TONGHAO

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SHANGHAI2.基本物理公式?

牛頓第二定律：?

=

???1?

結(jié)構(gòu)周期：?

=

2?；結(jié)構(gòu)頻率：?

=???

達(dá)朗貝爾原理

(D’Alembert)：?

(?)

+

?

(?)

+

?

(?)

=

?(?)???上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司5TONGHAO

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SHANGHAI3.橋梁抗震基本概論?

抗震設(shè)計思想：‘小震不壞、中震可修、大震不倒’。?

抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：兩水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計。（公路市政）上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司6TONGHAO

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SHANGHAI4.抗震分析國內(nèi)規(guī)范共計5本：?

?CJJ

166-2011

城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范??

?JTG/T

B02-01-2008

公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則??

?JTGB02-2013公路工程抗震規(guī)范??

?GB

50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范??

?GB

50909-2014城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范?PS：本資料以城市及公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范為主進(jìn)行介紹。上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司7TONGHAO

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SHANGHAI5.抗震分析方法上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司8TONGHAO

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SHANGHAI分析方法適用范圍說明彈性靜力法

剛性結(jié)構(gòu)僅對可視為剛體的結(jié)構(gòu)有效，如橋臺。缺點(diǎn)：忽略結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)。設(shè)計一般不采用，多用于抗震性能評估，可計算非線性反應(yīng)的需求和能力。規(guī)范一般用于計算E2地震作用下橋墩墩頂容許位移以及求解能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計內(nèi)力（超強(qiáng)彎矩）的主要方法。靜力法*Pushover復(fù)雜橋梁分析缺點(diǎn)：靜力分析代替動力過程，需求計算忽略高階振型影響。*單振型反應(yīng)譜法規(guī)范主要分析方法，僅對可視為單自由度振子的結(jié)構(gòu)有效，適用于線彈性系統(tǒng)，是手算的主要方法。缺點(diǎn)：無法反應(yīng)地震動持時的影響。規(guī)則橋梁復(fù)雜橋梁規(guī)則橋梁復(fù)雜橋梁反應(yīng)譜法*多振型反應(yīng)譜法規(guī)范以及抗震設(shè)計最主要分析方法，需要依靠計算機(jī)程序完成分析，適用于多自由度線彈性系統(tǒng)。缺點(diǎn)：存在振型組合問題，無法反應(yīng)地震動持時影響。等效線性化可估計非線性系統(tǒng)的最大反應(yīng)，一般用于初步設(shè)計，方法簡單，可手算，在位移設(shè)計法中應(yīng)用更廣。缺點(diǎn)：應(yīng)用較少，需要更多的實(shí)踐檢驗(yàn)。*線性時程法規(guī)范主要分析方法，可同時計算結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)的需求和能力，需要計算機(jī)程序完成分析。也可作為反應(yīng)譜法的補(bǔ)充與驗(yàn)證。缺點(diǎn)：無法考慮非線性反應(yīng)。動態(tài)時程法規(guī)范主要分析方法，可以考慮P-△效應(yīng)和材料非線性，可同時計算結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)的需求與能力，需要靠計算機(jī)程序完成分析。主要針對減隔震橋梁驗(yàn)算以及E2關(guān)鍵橋梁

地震作用下塑性鉸轉(zhuǎn)動能力驗(yàn)算。*非線性

特別復(fù)雜或時程法缺點(diǎn)：計算過程復(fù)雜，計算結(jié)果需要分析和校核。上

海

同

豪

土

木

工

程

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限

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司9TONGHAO

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SHANGHAI6.

抗震體系-延性抗震設(shè)計及減隔震抗震設(shè)計類型Ⅰ類型Ⅱ上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

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有

限

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司10TONGHAO

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SHANGHAI?

延性設(shè)計類型Ⅰ上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

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有

限

公

司11TONGHAO

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SHANGHAI?

減隔震設(shè)計類型Ⅱ上

海

同

豪

土

木

工

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限

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司12TONGHAO

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SHANGHAI第一章

計

算

功

能上

海

同

豪

土

木

工

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有

限

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司13TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能支持類型?全面支持延性抗震設(shè)計和減隔震抗震設(shè)計體系；?全面支持靜力法、反應(yīng)譜法和動態(tài)時程法進(jìn)行分析計算；?支持上下部聯(lián)合模型，可同時對下部結(jié)構(gòu)蓋梁、橋墩臺、基礎(chǔ)等以及支座所需的全部分析且結(jié)合規(guī)范驗(yàn)算。?抗震分析和驗(yàn)算緊密結(jié)合，前處理輸入數(shù)據(jù)盡可能簡化，降低使用難度；?一個抗震階段內(nèi)，可以同時實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)總體的抗震分析和局部子結(jié)構(gòu)的Pushover分析，自動獲取結(jié)構(gòu)的變形能力和能力保護(hù)構(gòu)件的驗(yàn)算。上

海

同

豪

土

木

工

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咨

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有

限

公

司14TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能前處理輸入-地震分析?抗震分析所需的輸入?yún)?shù)集中在“地震分析”窗口中。?抗震分析可以有多個階段。各階段互不影響。?在同一個模型文件中可完成一座橋梁抗震設(shè)計所需的全部分析。?在同一個階段中，根據(jù)需要可同時進(jìn)行反應(yīng)譜分析、時程分析以及Pushover分析等。上

海

同

豪

土

木

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司15TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能計算功能匯總規(guī)范相關(guān)條文計算功能城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則序號1功能項CJJ166-2011JTG/TB02-01-2008特征值分析塑性鉸計算6.3.26.4.326.2.46.3.63樁土作用剛度計算P-△效應(yīng)計算彎矩曲率分析反應(yīng)譜分析6.2.76.3.846.2.86.3.957.3.8/7.3.95.1/5.2/6.35.3/6.47.4.4/7.4.55.1/5.2/6.45.3/6.567時程分析8Pushover分析邊界條件模擬地震信號處理工具6.1.8/6.6/7.3.76.1.6/6.8/7.4.89普通支座、減隔震支座、阻尼器模擬10反應(yīng)譜與時程互轉(zhuǎn)、加速度波轉(zhuǎn)速度及位移波、計算頻譜等上

海

同

豪

土

木

工

程

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限

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司16TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能1.特征值分析程序?qū)崿F(xiàn)：自動計算且輸出。采用振型疊加法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力分析時需要，采用子空間迭代法。上

海

同

豪

土

木

工

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限

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司17TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能2.塑性鉸計算程序?qū)崿F(xiàn)：自動計算且輸出。自定義位置，提供三種類型。上

海

同

豪

土

木

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限

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司18TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能2.塑性鉸計算程序?qū)崿F(xiàn)：后處理輸出。塑性鉸屬性塑性鉸荷載步狀態(tài)上

海

同

豪

土

木

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咨

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司19TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能3.樁土作用剛度計算程序?qū)崿F(xiàn)：自動計算且輸出。支持對地基土m值及地基土承載力自動修正。上

海

同

豪

土

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有

限

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司20TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能3.樁土作用剛度計算程序?qū)崿F(xiàn)：自動計算且輸出。m法計算參數(shù)樁基剛/柔度上

海

同

豪

土

木

工

程

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有

限

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司21TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能4.P-△效應(yīng)計算PP程序?qū)崿F(xiàn)：P-Delta效應(yīng)：重力二階效應(yīng)分析。自動計算。F地ΔhM=F地*hM2=P*Δ上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司22TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能5.彎矩曲率分析程序?qū)崿F(xiàn)：自動計算且輸出。理想彈塑性彎矩-曲率曲線?y??極限曲率?u：被箍筋約束的核心混凝土達(dá)到極限應(yīng)變值（Mander）等效屈服曲率??上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

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有

限

公

司23TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能6.反應(yīng)譜分析程序?qū)崿F(xiàn)：地震動輸入。反應(yīng)譜分析：根據(jù)規(guī)范選?。环治隹刂疲?

計算地震方向：縱向/橫向/豎向；?

振型組合方法：CQC法/SRSS法；?

方向組合方法：平方和開方/乘系數(shù)相加/不組合；?

效應(yīng)正負(fù)號取值規(guī)則：不考慮/取絕對值最大的振型的符號；?

縱向地震角度：支持曲線橋多角度工況輸入；支持多個地震方向自動取包絡(luò)。上

海

同

豪

土

木

工

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咨

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有

限

公

司24TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能7.時程分析程序?qū)崿F(xiàn)：地震動輸入。上

海

同

豪

土

木

工

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咨

詢

有

限

公

司25TONGHAO

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算7.時程分析?

時程計算方法?直接積分法：根據(jù)已知的位移、速度、加速度和荷載條件，從前一時刻計算下一時刻地震反應(yīng)（不需結(jié)構(gòu)自振計算）。適用于各種單自由度體系和多自由度體系，而且，即適用于線性地震反應(yīng)分析，也適用于非線性地震反應(yīng)分析。?振型疊加法：利用振型的正交性，將多自由度體系的復(fù)雜振動分解為單自由度的獨(dú)立振動再進(jìn)行疊加（需要結(jié)構(gòu)自振計算）。適用于多自由度體系并且是線性地震反應(yīng)分析（凡是涉及非線性都不能采用此方法，包括：非線性計算、非線性連接單元-減隔震橋梁、考慮塑性鉸等）。上

海

同

豪

土

木

工

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有

限

公

司26TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能7.時程分析?

瑞利阻尼上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

司27TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能7.時程分析?

規(guī)范規(guī)定地震信號處理工具實(shí)現(xiàn)上

海

同

豪

土

木

工

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咨

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限

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能7.時程分析?

時程工況取值原則上

海

同

豪

土

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能8.Pushover分析程序?qū)崿F(xiàn)：地震動輸入且自動計算。能力保護(hù)構(gòu)件驗(yàn)算橋墩變形能力驗(yàn)算上

海

同

豪

土

木

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能9.邊界條件模擬?線性連接（普通支座）?非線性連接（減隔震支座）?阻尼器上

海

同

豪

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司31TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能10.地震信號處理工具?

計算傅氏譜?

計算功率譜?

計算反應(yīng)譜?

有效持時計算?

地震波零基線修正?

加速度波轉(zhuǎn)為速度波/位移波?

計算地震波的相關(guān)系數(shù)?

反應(yīng)譜生成人工地震波上

海

同

豪

土

木

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司32TONGHAO

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SHANGHAI一、橋梁博士V4抗震分析---計算功能本章小結(jié)?

全面支持特征值分析、彎矩曲率分析；?

全面支持塑性鉸計算、樁土作用剛度計算、P-△效應(yīng)計算；?

全面支持反應(yīng)譜分析、時程分析、Pushover分析進(jìn)行抗震分析；?

全面支持各類邊界條件模擬以及提供地震信號處理工具，方便抗震設(shè)計；?

前處理輸入便捷，計算功能完善，算法精確，可滿足各類抗震分析與計算。上

海

同

豪

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限

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司33TONGHAO

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SHANGHAI第二章

分

析

示

例上

海

同

豪

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木

工

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限

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SHANGHAI二、橋梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性設(shè)計）1.設(shè)計資料分析實(shí)例1-----蓋梁柱式墩延性抗震設(shè)計?

蓋梁及橋墩：C45混凝土；?

系梁及基礎(chǔ)：

C35混凝土；?

所

用

鋼

筋：HRB400；?

設(shè)計規(guī)范：2018城市規(guī)范；?

上部結(jié)構(gòu)恒載：每個支座1114(kN)。?

下部結(jié)構(gòu)恒載：自重系數(shù)取1。?

其它參數(shù)（規(guī)范取值）：詳見算例手冊。示意圖（cm）上

海

同

豪

土

木

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司35TONGHAO

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SHANGHAI二、橋梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性設(shè)計）2.建模流程總體信息設(shè)置和材料定義V4使用流程簡介結(jié)構(gòu)模型的離散與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模型輸入和截面擬合鋼束設(shè)計前處理鋼筋設(shè)計抗震分析所需全部數(shù)據(jù)施工階段信息的輸入地震階段信息的輸入運(yùn)行分析后處理結(jié)果查詢輸出計算書上

海

同

豪

土

木

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限

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司36TONGHAO

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SHANGHAI二、橋梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性設(shè)計）3.示例整體思路本例為蓋梁柱式墩的抗震分析，需進(jìn)行E1和E2地震作用下驗(yàn)算以及能力保護(hù)構(gòu)件驗(yàn)算，大致有如下方面與步驟：?

一、E1地震作用下抗震驗(yàn)算：驗(yàn)算橋墩強(qiáng)度（彈性范圍，不能損壞）；?

二、E2地震作用下抗震驗(yàn)算（假設(shè)為彈性驗(yàn)算）：驗(yàn)算橋墩強(qiáng)度（矮墩），判斷E2地震作用下結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入塑性（是否需要采用超強(qiáng)彎矩分析）；?

三、E2地震作用下抗震驗(yàn)算（彈塑性驗(yàn)算）：驗(yàn)算橋墩墩頂?shù)奈灰苹蛩苄赞D(zhuǎn)角（延性構(gòu)件是否滿足延性設(shè)計的不倒塌要求）；?

四、能力保護(hù)構(gòu)件驗(yàn)算：驗(yàn)算能力保護(hù)構(gòu)件：橋墩塑性鉸抗剪強(qiáng)度、蓋梁強(qiáng)度、基礎(chǔ)強(qiáng)度及支座（能力保護(hù)構(gòu)件不允許發(fā)生損壞，即彈性范圍強(qiáng)度滿足要求）。上

海

同

豪

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木

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SHANGHAI二、橋梁博士V4抗震分析---分析示例1（延性設(shè)計）4.示例分析橋梁博士V4示例分析與演示。詳見算例手冊及視頻講解上

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SHANGHAI二、橋梁博士V4抗震分析---分析示例2（減隔震設(shè)計）1.設(shè)計資料分析實(shí)例2-----全橋模型減隔震抗震設(shè)計?

主梁：C50混凝土；?

橋墩：C40混凝土；?

系梁及基礎(chǔ)：

C35混凝土；?

所用鋼筋：HRB400；?

設(shè)計規(guī)范：18公規(guī)及08公路抗震細(xì)則；?

結(jié)構(gòu)恒載：自重系數(shù)取1.04

；?

支座：高阻尼隔震橡膠支座。?

其它參數(shù)（規(guī)范取值）：詳見算例手冊。上

海

同

豪

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木

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SHANGHAI二、橋梁博士V4抗震分析---分析示例2（減隔震設(shè)計）2.示例整體思路本示例為全橋模型的抗震分析，根據(jù)前面所述要求需進(jìn)行E1和E2地震作用下驗(yàn)算，采用非線性時程分析方法，大致有如下方面與步驟：一、E1地震作用下反應(yīng)譜數(shù)據(jù)提?。哼M(jìn)行E1反應(yīng)譜生成時程曲線；二、E2地震作用下反應(yīng)譜數(shù)據(jù)提?。哼M(jìn)行E2反應(yīng)譜生成時程曲線；三、E1地震作用下非線性時分析驗(yàn)算：驗(yàn)算橋墩強(qiáng)度以及支座剪切應(yīng)變；四、E2地震作用下非線性時分析驗(yàn)算：驗(yàn)算橋墩及樁基礎(chǔ)強(qiáng)度、支座剪切應(yīng)變。上

海

同

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SHANGHAI二、橋梁博士V4抗震分析---分析示例2（減隔震設(shè)計）3.示例分析橋梁博士V4示例分析與演示。詳見算例手冊及視頻講解。41第三章

規(guī)

范

驗(yàn)

算上

海

同

豪

土

木

工

程

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限

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算規(guī)范驗(yàn)算匯總規(guī)范驗(yàn)算驗(yàn)算項A類-橋墩臺強(qiáng)度驗(yàn)算B類-橋墩臺、蓋梁、基礎(chǔ)和支座驗(yàn)算

7.2.1/7.2.2城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范CJJ166-20117.2.1公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則JTG/TB02-01-20087.3.1（B/C類）序號E1地震作用17.2.1/7.2.2/7.2.3（D類）6.8.123判斷結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入塑性計算非矮墩-橋墩墩頂位移驗(yàn)算矮墩-橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算時程分析-塑性轉(zhuǎn)角驗(yàn)算橋臺強(qiáng)度驗(yàn)算6.6.17.3.1/7.3.3/7.3.4

7.4.1/7.4.6（B/C類）E2地震作用（A類）47.3.1/7.3.27.3.1/7.3.47.3.107.4.27.4.1（B/C類）7.4.1/7.4.2（B/C類）7.3.7（B/C類）7.3.4（B/C類）7.3.5（B/C類）7.3.6（B/C類）7.5（B/C類）567塑性鉸斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算能力保護(hù)構(gòu)件（A類）87.4.39蓋梁強(qiáng)度驗(yàn)算7.4.410支座驗(yàn)算7.4.511

減隔震橋梁抗震驗(yàn)算9.410.4上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算1.E1地震作用（A類）-橋墩臺強(qiáng)度驗(yàn)算上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算2.

E2地震作用（A類）-判斷結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入塑性未屈服屈服??

≤

?u標(biāo)準(zhǔn)值反應(yīng)譜法時程法驗(yàn)算變形能力??

>

?u標(biāo)準(zhǔn)值上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算2.

E2地震作用（A類）-判斷結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入塑性輸入判斷上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算3.

E2地震作用（A類）-非矮墩-橋墩墩頂位移驗(yàn)算橫橋向順橋向上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算4.E2地震作用（A類）-矮墩-橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算同規(guī)范驗(yàn)算第一點(diǎn)上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

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限

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算5.E2地震作用（A類）-時程分析-塑性轉(zhuǎn)角驗(yàn)算上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

公

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算6.E2地震作用（A類）-橋臺強(qiáng)度驗(yàn)算同規(guī)范驗(yàn)算第一點(diǎn)上

海

同

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木

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咨

詢

有

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算7.能力保護(hù)構(gòu)件（A類）-塑性鉸斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算順橋向橫橋向上

海

同

豪

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算8.能力保護(hù)構(gòu)件（A類）-基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算上

海

同

豪

土

木

工

程

咨

詢

有

限

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算9.能力保護(hù)構(gòu)件（A類）-蓋梁強(qiáng)度驗(yàn)算上

海

同

豪

土

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工

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咨

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SHANGHAI三、橋梁博士V4抗震分析---規(guī)范驗(yàn)算10.能力保護(hù)構(gòu)件（A類）-支座驗(yàn)算?

本程序能給出連接單元（一般是用來模擬支座）的內(nèi)力和變形，驗(yàn)算需由用戶控制（根據(jù)支座型號）。?