1、第三章第三章 桥梁抗震概论桥梁抗震概论3.1 桥梁结构抗震设防标准l 总目标总目标桥梁抗震的目标是减轻桥梁工程的地震破坏，保障人民生命财产的桥梁抗震的目标是减轻桥梁工程的地震破坏，保障人民生命财产的安全，减少经济损失。因此，既要使震前用于抗震设防的经济投入不超过安全，减少经济损失。因此，既要使震前用于抗震设防的经济投入不超过我国当前的经济能力，又要使地震中桥梁的破坏程度限制在人们可以承受我国当前的经济能力，又要使地震中桥梁的破坏程度限制在人们可以承受的范围内。换言之，需要在的范围内。换言之，需要在经济与安全之间进行合理的平衡经济与安全之间进行合理的平衡，这是桥梁抗，这是桥梁抗震设防的合理安全度
2、原则。震设防的合理安全度原则。l抗震设防的目标 地震是一种随机性极强的自然灾害，不可能保证结构在地地震是一种随机性极强的自然灾害，不可能保证结构在地震作用下的绝对安全，也不可能不抗震设防，如何办？震作用下的绝对安全，也不可能不抗震设防，如何办？使用寿命期内对不同频度和强度的地震，要求结构具有不使用寿命期内对不同频度和强度的地震，要求结构具有不同的抵抗能力，使设计的结构在未来地震作用下发生破坏同的抵抗能力，使设计的结构在未来地震作用下发生破坏的概率为社会所接受，同时为当前的经济条件所允许。合的概率为社会所接受，同时为当前的经济条件所允许。合理的抗震设计应满足经济和安全之间的合理平衡，理的抗震设计
3、应满足经济和安全之间的合理平衡，三水准三水准（中国）（中国）l抗震设防的目标 具体通过具体通过“三水准三水准”的抗震设防要求和的抗震设防要求和“两阶段两阶段”的抗震的抗震设计方法实现。设计方法实现。三水准：三水准：“小震不坏小震不坏”“”“中震可修中震可修”“”“大震不倒大震不倒”;地震影响50年超越概率地震重现期众值烈度(Im)小震63.2%50年基本烈度(I0)中震10%475年罕遇烈度(Is)大震2-3%1642-2475年n一般关系一般关系 烈度：烈度：Im=I0-1.55,Is500m/s，故d0=7.5m。(2)计算剪切波速 查表知vse在250-500m/s之间，且d0 5m，故
4、属于II类场地 土层底部深度(m)土层厚度(m)岩土名称(m)土层剪切波速(m/s)1.51.5杂填土杂填土1803.52.0粉土粉土2407.54.0细沙细沙31015.58.0砾沙砾沙5201.52.04.07.5/253.6m/s180240310sevl场地类别 桥梁工程场地内存在发震断裂时桥梁工程场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进，应对断裂的工程影响进行评价：行评价：对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对桥梁对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对桥梁的影响：的影响：抗震设防烈度小于8度；非全新活动断裂；抗震设防烈度为8度和9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖
5、厚度分别大于60m和90m。对不符合本条对不符合本条1款规定的情况，应避开主断裂带。其避让款规定的情况，应避开主断裂带。其避让距离不宜小于对发震断裂最小避让距离的规定。距离不宜小于对发震断裂最小避让距离的规定。l A类桥梁应尽量避开主断裂，抗震设防烈度为8度和9度的地区，其避开主断裂的距离为桥墩边缘至主断裂带外缘不宜小于300和500ml A类桥梁以下桥梁宜采用跨径较小便于修复的结构l 当桥位无法避开发震断裂时，宜将全部桥墩台布置在断层的同一盘(最好是下盘)上。地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布是比较敏感的，因此确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖向和水平地震作用以及倾
6、覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降是地基基础抗震设计的基本要求。l地基基础抗震设计的一般要求 同一结构单元不宜设置在性质同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层截然不同的地基土层上；上；同一结构单元不宜部分采用同一结构单元不宜部分采用天然地基天然地基而另外部分采用而另外部分采用桩基桩基；地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基基础的整体性和刚性础的整体性和刚性；根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量考考虑结构、基础和地基的相互作用影响虑
7、结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在不同阶，使之能反映地基基础在不同阶段上的工作状态。段上的工作状态。附二：天然地基与基础的抗震验算l地基抗震验算效应组合 地基抗震验算时，应采用地震作用效应与永久作用效应组地基抗震验算时，应采用地震作用效应与永久作用效应组合合l天然地基在地震作用下的抗震承载力验算天然地基在地震作用下的抗震承载力验算 地基土抗震承载力地基土抗震承载力 地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比静载时降低；多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高。aaaEfffaE：调整后的地基抗震承载力设计值 ：地基抗震承载力调整系数fa：深宽修正后的地基承载力特征值al天然地
8、基在地震作用下的抗震承载力验算天然地基在地震作用下的抗震承载力验算 地基土抗震承载力地基土抗震承载力岩土名称和性状岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土1.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂 的粘性土和粉土1.3稍密的细、粉砂，的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土1.1淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土1.0kPa300kfkPa300kPa150kfkPa150kPa100kfa地基土抗震承载力调整系数地基土抗震承载力调整系数附三：液化土与软土地基l地基土的液化地基土的液化 什么是液化什么是液化：处于处于地下水位以下地下水位以下的的饱和砂土和粉
9、土饱和砂土和粉土的土颗粒的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实，使结构受到地震作用时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的空隙水压力来空隙水压力来不及消散不及消散，使有效压力减小，当有效压力完全消失时，土颗，使有效压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。出近于液体的特性。影响场地土液化的主要因素：影响场地土液化的主要因素：土层的地质年代；土层的土粒的组成和密实程度；砂土层埋置深度和地下水
10、位深度；地震烈度和地震持续时间。l地基土液化的判别地基土液化的判别 液化判别的一般原则和处理液化判别的一般原则和处理 对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6度外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据桥梁的抗震设防类别、地基液化等级，结合具体情况采取相应措施；初步判断初步判断 以地质年代地质年代、粘粒含量粘粒含量、地下水位地下水位及上覆非液化土层覆非液化土层厚度厚度等作为判断条件；地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及以前时，7、8度可判为不液化；当粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率在7、8和9度时分别大于10、13和16可判为不液化；l液化的判别液化的判别 初步判断初
11、步判断 采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响。20buddd30bwddd5.425.10bwuddddud:上覆非液化土层厚度（上覆非液化土层厚度（m)，计算时宜将淤泥，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；和淤泥质土层扣除；:基础埋置深度基础埋置深度(m),),不超过不超过2m时采用时采用2m；:地下水位深度（地下水位深度（m)m)，宜按桥梁使用期内年平均，宜按桥梁使用期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；:液化土特征深度（液化土特征深度（m)bdwd0d9m8m7m砂土砂土8m7m6m
12、粉土粉土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别液化土特征深度液化土特征深度l液化的判别液化的判别1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910()udmd dw w(m)(m)不考虑液化影响区不考虑液化影响区须进一步判别区须进一步判别区1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910()udmdw(m)dw(m)不考虑液化影响区不考虑液化影响区须进一步判别区须进一步判别区粉土粉土砂土砂土假定基础埋深假定基础埋深d db b=2=2时，以上时，以上3 3个公式可用图表示为：个公式可用图表示为：3.2.3 液化土与软土地基l液化的判别液化的判别 标准贯入试验判别（细判
13、）标准贯入试验判别（细判）钻孔至试验土层上钻孔至试验土层上15cm处处,用用63.5公斤穿心锤，落距为公斤穿心锤，落距为76cm，打击土层，打入打击土层，打入30cm所用的锤击数记作所用的锤击数记作N63.5，称为标贯，称为标贯击数。用击数。用N63.5与规范规定的临界值与规范规定的临界值Ncr比较来确定是否会比较来确定是否会液化。液化。)15(/3)(1.09.00mdddNNscwscr)2015(/3)1.04.2(0mddNNscwcrwd:地下水位深度（地下水位深度（m):m):饱和土标准贯入试验点深度（饱和土标准贯入试验点深度（m)m):粘粒含量百分率，当小于粘粒含量百分率，当小于
14、3 3或是砂土时，均应取或是砂土时，均应取3 3:液化判别标准贯入锤击数基准值液化判别标准贯入锤击数基准值sd0Ncl液化指数与液化等级液化指数与液化等级 同一烈度下，液化层的厚度愈厚愈浅，地下水位愈高，实同一烈度下，液化层的厚度愈厚愈浅，地下水位愈高，实测标准贯入锤击数与临界标准贯入锤击数相差愈大，液化测标准贯入锤击数与临界标准贯入锤击数相差愈大，液化愈严重，带来的危害也愈大。愈严重，带来的危害也愈大。液化指数（判断液化的定量指标）液化指数（判断液化的定量指标）iicriinilEWdNNI)1(1n:判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；:分别为分
15、别为i i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时取临界值的取值；时取临界值的取值；:第第i i点所代表的土层厚度（点所代表的土层厚度（m)m)；:第第i i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数，层考虑单位土层厚度的层位影响权系数，0-5m0-5m，取，取1010，20m20m取取0 0。,icriN NidiWl液化指数与液化等级液化指数与液化等级由液化指数，按下表确定液化等级由液化指数，按下表确定液化等级判别深度判别深度20m20m时的液化指标时的液化指标判别深度判别深度15m15m时的液化指标时的液化指标 严重严重 中等中等
16、 轻微轻微液化等级液化等级50lEI60lEI155lEI186lEI15lEI18lEI液化等级与相应的震害液化等级与相应的震害液化等级 地面喷水冒砂情况 对建筑物的危害情况轻微地面无喷水冒砂，或仅在洼地、诃边有零星的喷水冒砂点危害性小，一般不致引起明显的震害中等喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，多数属中等危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀沉陷可达200mml例题：某工程按照8度设防，其工程地质年代属Q4，钻孔资料自上而下为：砂土层至2.1m，砂砾层至4.4m，细砂至8.0m，粉质粘土层至15m；砂土层及细砂层黏粒含量均低于8%；地下水位深度1.0m；基础埋深1.5m；设计地震
17、场地分组属于第一组，试验结果见下表。试对该工程场地液化可能做出评价。测点测源深度dsi(m)标贯值Ni测点土层厚di(m)标贯下限值Ncridi中点的深度Zi(m)WiIlE 11.451.19.41.55105.1525.071.1134.95105.0836.0111.0146.091.9347.0161.015解：(1)初判Q4；基础埋深db=1.5m，液化土特征深度d0=8.0m，上层非液化土du=0.0m，地下水位深度dw=1.0m，则d0+db-3=6.5 dw=1.0m d0+db-2=7.5 du=0.0m 1.5d0+2db-4.5=11.5 dw+du=1.0m cNcri
18、，为不液化土层。l计算层位移影响函数：第一点，地下水位为1.0m，故上界为1.0m，故第二点，上界为砂砾层，故上界为4.4m，故第三点，第2-4点位于同一土层(细砂层)，第三点代表的土层厚度中点为6m，W3=9。依据公式计算各层液化指数，最终得到液化指数为12.16，液化等级为中等。111.01.1/21.5510ZmW224.41.1/24.9510ZmWiicriinilEWdNNI)1(1l可液化地基的抗震措施可液化地基的抗震措施l全部消除地基液化沉陷全部消除地基液化沉陷 采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包
19、括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于粉土尚不应小于0.5m，对其他非岩石尚不应小于，对其他非岩石尚不应小于1.5m；当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施地基和上部结构处理，或地基和上部结构处理，或其它经济的措施其它经济的措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施D类类全部消除液化沉陷，或部全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高要求基础和
20、上部结构处理，或更高要求的措施的措施基础和上部结构处理，基础和上部结构处理，亦可不采取措施亦可不采取措施C类类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理化沉陷且对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理对地基和上部结构处理AB类类严重严重中等中等轻微轻微地基的液化等级地基的液化等级桥梁桥梁类别类别l全部消除地基液化沉陷全部消除地基液化沉陷 采用深基础时，基础底面埋入液化深度以下稳定土层中的深度不小于采用深基础时，基础底面埋入液化深度以下稳定土层中的深度不小于1m 采用加密法（如振
21、冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值；临界值；用非液化土替换全部液化土层；用非液化土替换全部液化土层；采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的且不小于基础宽度的1/5。l部分消除地基液化沉陷部分消除地基液化沉陷 处理深度应使处理后的地基液化指数减少，
22、当判别深度为处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深度为15m时，其值不时，其值不宜大于宜大于4，当判别深度为，当判别深度为20m时，其值不宜大于时，其值不宜大于5；对独立基础与条形基础，；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。l部分消除地基液化沉陷部分消除地基液化沉陷 处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。基础边缘以外的处理宽度与全
23、部清除地基液化沉陷时的要求相基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。同。l基础和上部结构处理基础和上部结构处理 选择合适的基础埋置深度；选择合适的基础埋置深度；调整基础底面积，减少基础偏心；调整基础底面积，减少基础偏心；加强基础的整体性和刚性；加强基础的整体性和刚性；减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，避免采用减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；对不均匀沉降敏感的结构形式等；3.2 桥梁工程抗震设计流程桥梁抗震设计的任务，是选择合理的结构形式，并为结构提供较强的抗震能力，具体包括以下三个方面：n 正确选择能够有效地抗震
24、结构形式；n 合理地分配结构的刚度、质量和阻尼等动力参数，以便最大限度地利用构件和材料的承载和变形能力；n 正确估计地震可能对结构造成的破坏，以便通过结构、构造和其它抗震措施，使损失控制在限定的范围内。桥梁工程抗震设计的流程 介绍流程中的关键步骤 抗震概念设计 地震反应分析 抗震性能验算 抗震构造设计 完整的完整的抗震设计抗震设计流程流程3.2.2 地震反应分析地震反应分析进行地震反应分析，正确预测地震对桥梁结构的影响是进行桥梁抗震设计的基础。桥梁结构的地震反应分析是一个抗震动力学问题。动力学问题都具有三个要素，即输入（激励）、系统、输出（反应）。输入（激励）系统（结构）输出（反应）动力学问题
25、三要素地震反应分析就是已知地震输入和结构系统求地震反应的问题。因此，桥梁结构的地震反应分析要解决三个关键问题：l确定合适的地震输入；l建立结构系统的数学模型及振动方程：一般采用有限元方法将结构离散化，建立桥梁结构力学模型，然后确定各离散单元的力学特性，最终建立相应的地震振动方程；l选择合适的方法求解地震振动方程得到地震反应。结构动力学正问题3.2 地震动输入的选择地震动输入的选择(1)地震动输入地震动输入（确定性地震反应分析）地震加速度反应谱地震动加速度时程反应谱法动态时程法直接利用强震记录采用人工地震加速度时程规范标准化地震加速度时程 加速度峰值的大小、波形和强震持续时间地震动输入是进行结构
26、地震反应分析的依据。结构的地震反应以及破坏与否，除和结构的动力特性、弹塑性变形性质、变形能力有关外，还和地震动的特性（幅值、频谱特性和持续时间）密切相关。93 桥梁抗震设计的地震荷载计算 （一）反应谱方法 用于桥梁抗震设计的反应谱与建筑抗震设计的反应谱原理是相似的，只是表达方式不同，考虑的因素稍有差异。建筑抗震设计中，地震作用等于地震影响系数乘以结构重力荷载代表值，桥梁抗震设计将地震作用称为地震荷载，将地震影响系数分为两项考虑。其一为地震系数K 其二为动力放大系数（如下图所示），从图可见，桥梁抗震设计中，未考虑近震、远震的影响。图 动力放大系数 0.2 0.30.1 0.3 12345T(s)
27、0.45 1.02.02.25类场地 类场地 类场地 类场地 0.7 现说明图9-1动力放大系数曲线的一些特征。（1）公路工程将场地土分为四类，对应这四类场地，相应的动力放大系数曲线有四条。四条曲线下降拐点对应的周期即为场地的卓越周期Tg，分别为0.2s、0.3s、0.45s、0.7s。建筑抗震设计中的地震影响系数曲线除了考虑四类场地的影响外，还考虑近震和远震的影响，所以有八条曲线，对应的场地卓越周期有八个。（2）当结构的自振周期TTg时，曲线以不同的指数函数衰减，其衰减的速率与场地有关，硬场地上衰减较快，软场地上衰减较慢。当结构的周期较长时，值很小，为了保证结构具有最低限度的抗震能力，规定的
28、下限值为0.3。四条曲线下降到0.3时的周期值分别为1.5s、2.35s、3.8s和6.5s左右。（3）当0.1sTTg时，即结构的自振周期与场地的卓越周期接近。地震统计资料表明，动力放大系数最大值max与场地类型无关。曲线处于平台段，取最大值max=2.25。（4）当T=0时，结构为一刚性体系，结构的振动与地面运动完全相同，因此=1.0。（5）当0T0.1s时，曲线在1与2.25之间线性变化。（二）加速度时程法（二）加速度时程法 （1）加速度时程法是当前在地震工程中获得最广泛应用）加速度时程法是当前在地震工程中获得最广泛应用的动力分析方法之一。在应用加速度时程法时，要选的动力分析方法之一。在
29、应用加速度时程法时，要选择适当的地震波作为输入。但是，由于受我国地震观择适当的地震波作为输入。但是，由于受我国地震观测的客观条件的限制，在国内取得的强震加速度记录测的客观条件的限制，在国内取得的强震加速度记录很少，并且多为小震级或是远场的，不能满足工程中很少，并且多为小震级或是远场的，不能满足工程中的多方面要求。的多方面要求。（2）在随机振动理论中，一个困难是，实际可以得到的、）在随机振动理论中，一个困难是，实际可以得到的、而且又满足同一集系的地震动次数常常过少，使严格而且又满足同一集系的地震动次数常常过少，使严格的统计分析难以进行；且地震是稀有的自然事件，非的统计分析难以进行；且地震是稀有的
30、自然事件，非人力资源所能制造产生。人力资源所能制造产生。3.3.4 地震动输入模式地震动输入模式 在地震反应分析中，地震动一般分别沿两个最不利方向 纵桥向和横桥向输入。而且纵桥向或横桥向地震力验算是分别进行的，不考虑正交地震力的合成。拱桥和位于烈度为9度区的悬臂结构应考虑竖向地震力作用，其地震力系数为水平向的0.5倍；其余一般不考虑。地震动的输入方式可分为同步、不同步多点输入。对于中、小桥梁，可假设所有支承点上的水平地面运动都是相同的，因而进行同步输入。对于桥梁长度（或单跨跨度)很大的桥梁，各支承点可能位于显著不同的场地土上，由此导致各支承处输入地震动的不同,在地震反应分析中就要考虑多支承不同
31、激励,简称多点激振。即使场地土情况变化不大,也可能因地震动沿桥纵轴向先后到达的时间差,引起各支承处输入地震时程的相位差,简称行波效应。3.3.5地震作用分量选取与组合地震作用分量选取与组合细则细则规定各类桥梁结构的地震作用，应按下列原则考虑：规定各类桥梁结构的地震作用，应按下列原则考虑：（1）一般情况下，公路桥梁可）一般情况下，公路桥梁可只考虑水平向地震作用只考虑水平向地震作用，直线桥可，直线桥可分别考虑分别考虑顺桥向顺桥向X和和横桥向横桥向Y的地震作用；抗震设防烈度为的地震作用；抗震设防烈度为8度和度和9度的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，以及竖向作用引起度的拱式结构、长悬臂桥梁结构和
32、大跨度结构，以及竖向作用引起的地震效应很重要时，应同时考虑的地震效应很重要时，应同时考虑顺桥向顺桥向X、横桥向、横桥向Y和竖向和竖向Z的地的地震作用。震作用。（2）采用）采用反应谱法反应谱法或功率谱法同时考虑或功率谱法同时考虑三三个正交方向个正交方向(水平向水平向X、Y和竖向和竖向Z)的地震作用时，可分别单独计算的地震作用时，可分别单独计算X向地震作用产生的最大向地震作用产生的最大效应效应EX，Y向地震作用产生的最大效应向地震作用产生的最大效应EY，与，与Z向地震作用产生的向地震作用产生的最大效应最大效应EZ。总的设计最大地震作用效应。总的设计最大地震作用效应E按按 下式计算。222ZYXEE
33、EESRSS法法（3）当采用时程分析法时，应同时输人三个方向分量的一组）当采用时程分析法时，应同时输人三个方向分量的一组地震动时程计算地震作用效应。地震动时程计算地震作用效应。桥梁地震作用的计算桥梁地震作用的计算 1.水平设计加速度反应谱水平设计加速度反应谱gggTTTTssTTTSSTSS1.01.045.05.5maxmaxmaxACCCSdsi25.2max抗震重要性系抗震重要性系数数 场地系数场地系数阻尼调整系数阻尼调整系数 3.4 抗震概念设计抗震概念设计设计思想概念设计Conceptual Design 数值设计Numerical Design 从结构总体上考虑抗震的工程决策 地震
34、作用计算、构件强度验算、结构和支座变形验算抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理的抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，从抗震的角度来看，理想的桥梁结构体系布置应是：l从几何线形上看：是直桥，而且各墩高度相差不大。弯桥或斜桥会使 地震反应复杂化，而墩高不等则导致桥墩刚度不等，从而造成地震惯性力的分配不均匀，对整体结构的抗震不利。l从结构布局上看：上部结构是连续的，伸缩
35、缝尽可能少；桥梁保持小跨径；在多个桥墩上布置弹性支座；各个桥墩的强度和刚度在各个方向都相同；基础是建造在坚硬的场地上。要求上部结构是连续的，并尽可能少用伸缩缝，主要是为了避免出现落梁。象简支梁以及使用挂梁的桥梁，相对容易落梁，在地震区使用时应考虑采用防止落梁的构造和装置。要求桥梁保持小跨径，主要是希望桥墩承受的轴压水平较低，从而可以获得更佳的延性。要求弹性支座布置在多个桥墩上，目的是为了把地震力分散到更多的桥墩。桥梁抗震设计基本思路：（1）抗震设计的重点不在理论分析上，而在于设计本身。（2）通过设计，应使桥梁结构在任何地震动下都能按照设计工程师预期的模式反应。（3）能够利用桥梁结构的变形能力和
36、耗能能力去适应预期的大地震，而且任何部位都不出现大的地震力。（4）对桥梁结构所有潜在的临界部位进行精心的细部构造设计，使它们得到加强。（一）（一）抗震设计基本原则：从历次桥梁震害经验教训和当前公认的理论认识中，总结出桥梁抗震设计必须遵循的以下几条基本原则：（1）场地选择原则；（2）体系的整体性和规则性原则；（3）结构和构件的强度与延性的均衡原则；（4）能力设计原则；（5）多道抗震防线原则（二）（二）抗震设计基本原理一、能力设计原理 从20 世纪70 年代后期起，延性概念在结构抗震设计中不断得到重视。为了最大限度地避免地震动的不确定性，保证结构在大震下能以延性的形式反应，新西兰学者提出了结构延性
37、抗震设计中的一个重要原理能力设计原理。基于能力设计原理的设计方法（能力设计法），在新西兰最先得到了应用；其他国家也先后在各自的结构抗震设计规范中，采纳应用了能力设计原理的一些基本概念。能力设计原理的基本概念在于：在结构体系中的延性构延性构件件（软铁环）和能力保护构件能力保护构件（铸铁环）之间，确立适当的强度安全等级差异，确保结构不发生脆性破坏模式。上图阐释了两种不同的设计思路：等安全度设计和不等安全度设计。常规的静力强度设计方法属于前者，即所有构件的设计都是基于统一的强度安全系数，没有考虑在不同性质的构件之间形成适当的强度安全等级差异；能力设计法则属于后者，即通过延性构件和能力保护构件（在结构
38、设计中，把脆性构件以及不希望发生非弹性变形的构件，统称为能力保护构件）之间的强度安全等级差异，确保结构不会发生脆性的破坏模式。延性抗震设计类型1：上部、基础弹性，墩柱延性设计 延性抗震设计类型2：上部、墩柱、基础弹性，支座弹缩性-减隔震设计（三）、能力设计法：基于能力设计原理的设计方法，称为能力设计法。能力设计法的特征是：基于能力设计的抗震结构，应在主要抗侧力体系中选择合适的构件，通过对这些构件合理的设计和细部构造设计，使其具有在大变形下的耗能能力。其它结构构件则设计成具有足够的强度，以保证预先选择的耗能机制能发挥作用。能力设计法将控制概念引入结构抗震设计，有目的地引导结构破坏机制，避免不合理的破坏形态。下表对传统静力强度设计方法与能力设计法进行了比较。能力设计法的主要设计步骤如下：（1）在概念设计阶段，选择合理的结构布局；（2）确定预期的弯曲塑性铰位置，保证结构能形成一个适当的塑性耗能机制；（3）通过计算分析，确定潜在塑性铰区截面的需求延性及设计弯矩；（4）对具有潜在塑性铰区截面的延性构件，进行抗弯设计；（5）估算延性构件塑性铰区截面实际的最大抗弯强度；（6）按塑性铰区截面的弯曲超强强度，进行延性构件的抗剪设计及能力保护构件的强度设计；（7）对塑性铰区域进行细致的构造设计，确保潜在塑性铰区截面的延性。
