彈性時程分析重點.ppt

1、時程分析重點,北京MIDAS技術(shù)有限公司,一、橋梁構(gòu)造、材料概況,橋梁形式：三跨混凝土懸臂梁 橋梁長度：L = 30+50+30 = 110.0 m，其中中跨為掛孔結(jié)構(gòu)，掛孔梁為普通鋼筋混凝土梁，梁長16m ，墩為鋼筋混凝土雙柱橋墩，墩高15m 預(yù)應(yīng)力布置形式：T構(gòu)部分配置頂板預(yù)應(yīng)力，邊跨配置底板預(yù)應(yīng)力,跨中箱梁截面,墩頂箱梁截面,一、橋梁構(gòu)造、材料概況,材料 混凝土 主梁采用JTG04（RC）規(guī)范的C50混凝土 橋墩采用JTG04（RC）規(guī)范的C40混凝土 鋼材 采用JTG04（S）規(guī)范，在數(shù)據(jù)庫中選Strand1860 荷載 恒荷載 自重，在程序中按自重輸入，由程序自動計算,一、橋梁構(gòu)造、

2、材料概況,預(yù)應(yīng)力 鋼束(15.2 mm31) 截面面積: Au = 4340 mm2 孔道直徑: 130 mm 鋼筋松弛系數(shù)(開),選擇JTG04和0.3(低松弛) 超張拉(開) 預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值(fpk):1860N/mm2 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1395MPa,一、橋梁構(gòu)造、材料概況,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

3、期為：0.45s。經(jīng)現(xiàn)場勘察測得場地土質(zhì)和剪切波速如下：,二、橋梁場地概況,三、基本參數(shù)確定,1、判別橋梁類型：,二級公路大橋，故該橋為B類橋梁。,2、確定構(gòu)造措施設(shè)防烈度：,在7度區(qū)，按8度構(gòu)造措施設(shè)防,三、基本參數(shù)確定,3、確定土層平均剪切波速：,土層平均剪切波速為：209.8m/s,四、場地類別確定,4、確定工程場地覆蓋層厚度：,按此條規(guī)范確認(rèn)為：11.5m。,四、場地類別確定,5、確定場地類別：,查得場地類別為類場地,四、場地類別確定,6、根據(jù)土質(zhì)判斷是否需要抗液化措施：,判別地基不液化，不需進(jìn)行抗液化措施。,五、液化判別,E2地震作用下抗震分析難點,7、確定橋梁類型：,確定為規(guī)則橋梁

4、,8、確定分析方法：,采用NTH法。,1、設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,設(shè)計加速度時程的確定,一、選用實錄地震波并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整； a.midas Civil中提供了近40種實錄地震波 b.用戶定義 c.導(dǎo)入 二、人工地震波； a、相關(guān)部門提供的人工地震波； b、clan和Sacks在1974年提出的用三角級數(shù)疊加來模擬地震動加速度；,地震波的來源,本例中主要講解如何選擇實錄地震波。,地震波的三要素,地震動三要素：頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時間。,設(shè)計加速度時程的確定,按反應(yīng)譜面積控制,先計算EPA、EPV，據(jù)此計算 并比較,實錄地震波,持時,峰值,是,否,否,是,是,是,否,與設(shè)計反應(yīng)譜結(jié)

5、果比較, 雙指標(biāo)控制,選用,是,否,一、幅值的調(diào)整,一般用加速度幅值調(diào)整,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,地震動幅值包括加速度、速度和位移的峰值、最大值或者某種意義上的有效值。加速度峰值PGA、速度峰值PGV和位移峰值PGD是地面運動強烈程度最直觀的描述參數(shù)。加速度峰值是最早提出來的、也是最直觀的地震動幅值定義。,幅值的種類,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,因為峰值參數(shù)并非描述地震動的最理想?yún)?shù)，由高頻成分所確定的個別尖銳峰值對結(jié)構(gòu)的影響并不十分顯著，所以美國ATC-30樣本規(guī)范所采用的是有效峰值加速度EPA，對有效峰值加速度EPA的求法參見MIDAS/Civil 2006橋梁抗震設(shè)計

6、功能說明 ，而我國規(guī)范及工程實際運用其實都是采用峰值加速度PGA（雖然建筑抗震設(shè)計規(guī)范的5.1.2條文說明中專門提到了有效峰值加速度，但概念其實就是峰值加速度PGA)。,美國采用有效加速度峰值EPA，而我國實際采用的是加速度峰值PGA,一、幅值的調(diào)整,有效加速度峰值,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,以設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值Smax除以放大系數(shù)（約2.25）得到。,一、幅值的調(diào)整,設(shè)計加速度峰值PGA的求法,E1地震時程分析所用地震加速度時程曲線的最大值：,E2地震時程分析所用地震加速度時程曲線的最大值：,對于本例：,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,一、幅值的調(diào)整,調(diào)整加速度曲線,式中：

7、 、 分別是調(diào)整后的加速度曲線和峰值； 、 分別是原記錄的加速度曲線和峰值；,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,本例選擇程序自帶實錄地震波： 1940, El Centro Site, 270 Deg進(jìn)行調(diào)整,一、幅值的調(diào)整,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,打開工具地震波數(shù)據(jù)生成器GenerateEarthquake Response Spectra 選擇程序自帶實錄地震波： 1940, El Centro Site, 270 Deg,加速度峰值PGA調(diào)整系數(shù),一、幅值的調(diào)整,二、確定實錄波的特征周期,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,因為擬相對速度反應(yīng)譜PSV和擬絕對加速度的反應(yīng)譜P

8、SA之間有近似關(guān)系： 則可得到特征周期 ： 其中： 為有效峰值加速度， 為有效峰值速度。,對選定的實錄地震波，首先求EPV、EPA,在MIDAS程序中提供將地震波轉(zhuǎn)換為各種長周期譜的功能（工具地震波數(shù)據(jù)生成器，生成后保存為SGS文件），用戶可以利用保存的SGS文件（文本格式文件）根據(jù)上面所述方法計算EPV、EPA,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,a、 1978年美國ATC-3規(guī)范中的定義求EPA、EPV（頻段固定）； b、 1990年中國地震烈度區(qū)劃圖求EPA、EPV（頻段不固定）； 詳細(xì)過程參見資料MIDAS/Civil 2006橋梁抗震設(shè)計功能說明,二、確定實錄波的特征周期,1、確定E

9、PV、EPA,1、幅值調(diào)整為0.5464 2、阻尼比輸入0.05 3、輸入長周期到10秒 4、勾選X坐標(biāo)對數(shù)化在,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,二、確定實錄波的特征周期,2、求EPA,1、幅值調(diào)整為0.5464 2、阻尼比輸入0.05 3、輸入長周期到10秒 4、勾選X坐標(biāo)對數(shù)化在,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,二、確定實錄波的特征周期,3、求EPV,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,采用1978年美國ATC-3規(guī)范中的定義求EPA、EPV（頻段固定）；,二、確定實錄波的特征周期,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,該橋址場地特征周期為0.45s，與實錄波特征周期0.519比較接

10、近，故是錄波的特征周期符合要求。,三、比較實錄波的特征周期與橋址特征周期,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,雙指標(biāo)選波采用兩個頻段控制：一是對地震記錄加速度反應(yīng)譜值在 平臺段的均值進(jìn)行控制，要求所選地震記錄加速度譜在該段的均值與設(shè)計反應(yīng)譜相差不超過10-20%；二是對結(jié)構(gòu)基本周期T1附近 段加速度反應(yīng)譜均值進(jìn)行控制，要求與設(shè)計反應(yīng)譜相差不超過10-20%。,四、雙指標(biāo)控制,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,四、雙指標(biāo)控制,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,經(jīng)比較：用0.5464系數(shù)調(diào)整了峰值的1940, El Centro Site, 270 Deg實錄波生成的長周期加速度反應(yīng)譜符合E2

11、設(shè)計加速度反應(yīng)譜的雙指標(biāo)控制。,四、雙指標(biāo)控制,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,五、持時,持續(xù)時間的概念不是指地震波數(shù)據(jù)中總的時間長度。持時Td的定義可分為兩大類，一類是以地震動幅值的絕對值來定義的絕對持時，即指地震地面加速度值大于某值的時間總和，即絕對值 的時間總和，k常取為0.05；另一類為以相對值定義的相對持時，即最先與最后一個之間的時段長度，k一般取0.30.5。不論實際的強震記錄還是人工模擬波形，一般持續(xù)時間取結(jié)構(gòu)基本周期的510倍。,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,六、與設(shè)計反應(yīng)譜計算結(jié)果比較,公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則：,建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011_2001條文說明：,對橋

12、梁結(jié)構(gòu)，也可采用基底剪力結(jié)果比較,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,六、與設(shè)計反應(yīng)譜基底剪力比較,設(shè)計反應(yīng)譜基底剪力：,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,六、與設(shè)計反應(yīng)譜基底剪力比較,時程基底正向剪力最大值：,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,六、與設(shè)計反應(yīng)譜基底剪力比較,時程基底負(fù)向剪力最大值：,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,六、與設(shè)計反應(yīng)譜基底剪力比較,某墩柱時程基底剪力：,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,七、最終確定所選波是否符合條件,根據(jù)以上各方面的控制比較，說明程序提供的1940, El Centro Site, 270 Deg實錄波經(jīng)用0.5464系數(shù)調(diào)整了峰值后適

13、合作為本橋E2地震作用下的設(shè)計加速度時程。,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,八、用戶導(dǎo)入其它地震波或自定義地震波,fn.thd. * UNIT,M,KN *TYPE,ACCEL *DATA 0.0000, -0.0047 0.0200, -0.0057 0.0400, -0.0070 0.0600, -0.0084 0.0800, -0.0061 0.1000, -0.0063 0.1200, -0.0090,*SGSw *TITLE, Earthquake Record *TITLE, *X-AXIS, Time (sec) *Y-AXIS, Ground Accel. (g) *UNI

14、T&TYPE, GRAV, ACCEL *FLAGS, 0, 0 *DATA 0.0000, -0.0047 0.0200, -0.0057 0.0400, -0.0070 0.0600, -0.0084 0.0800, -0.0061 0.1000, -0.0063 0.1200, -0.0090 *ENDDATA,設(shè)計加速度時程的確定（選用實錄波）,九、按以上原則繼續(xù)選波,最終選擇出符合條件的多條實錄地震波,2、時程分析中恒載效應(yīng)的考慮,時程分析中恒載效應(yīng)的考慮,一、時程分析中考慮恒載效應(yīng)的必須性,根據(jù)在橋梁動力分析時，一般取成橋階段分析，此時自重恒載已經(jīng)對結(jié)構(gòu)變形，內(nèi)力產(chǎn)生了影響。在動力

15、分析時，必須考慮自重恒載的初始效應(yīng)。,時程分析中恒載效應(yīng)的考慮,二、Civil時程分析中考慮恒載效應(yīng),在midas Civil中，做時程分析時通過“程度荷載工況加載順序”對話框考慮恒載效應(yīng)，當(dāng)前時程荷載工況可在前次荷載工況（可以是時程荷載、靜力荷載、最后一個施工階段荷載、初始內(nèi)力狀態(tài)）作用下的位移、速度、加速度、內(nèi)力狀態(tài)下繼續(xù)分析。詳細(xì)參見MIDAS/Civil 2006 橋梁抗震設(shè)計功能說明,二、Civil時程分析中考慮恒載效應(yīng),考慮恒載效應(yīng),非線性振型疊加法：接續(xù)非線性振型疊加法,靜力法,非線性直接積分法,對于線性時程分析，其時程結(jié)果和靜力結(jié)果是可以進(jìn)行疊加的，本例主要討論非線性時程分析情

16、況。在Civil時程分析中，做接續(xù)分析時，只能接續(xù)相同類型的分析工況,時程分析中恒載效應(yīng)的考慮,非線性直接積分法,二、Civil時程分析中考慮恒載效應(yīng),非線性振型疊加法： （1）定義一個斜坡類型的無量綱加速度時程函數(shù)如圖，在相對結(jié)構(gòu)第一周期較長（如10倍）的時間段上，從0到1線性增加，且在相等的時間段上保持恒定。（2）定義一個非線性振型疊加法分析工況如圖，分析時間為“RAMP”函數(shù)持續(xù)時間，振型阻尼輸入高阻尼比：0.999，其它默認(rèn)。（3）接續(xù)動力非線性振型疊加法分析工況。,時程分析中恒載效應(yīng)的考慮,二、Civil時程分析中考慮恒載效應(yīng),時程分析中恒載效應(yīng)的考慮,1、避開了結(jié)構(gòu)基本周期的長時間加載 2、高阻尼使結(jié)構(gòu)后續(xù)振動迅速衰減 3、無量綱加速度,二、Civil時程分析中考慮恒載效應(yīng),時程分析中恒載效應(yīng)的考慮,直接積分法： （a）與振型疊加法一樣定義函數(shù)，接續(xù)直接積分法分析； （b）使用靜力法。 （1）定義一個斜坡類型的無量綱函數(shù)。（2）定義非線性靜力法分析工況，分