桥梁结构论文抗震性能论文

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1、桥梁结构论文抗震性能论文：SAP2000桥梁结构抗震性能评价　摘要：介绍了SAP2000程序中的Pushover方法的基本原理和方法，阐述了利用SAP2000程序进行桥梁结构Pushover分析的计算步骤，结合桥梁破损极限状态的定量准则进行桥梁抗震性能评价，并给出了一个应用实例。结果表明，SAP2000程序可以较方便地实现桥梁结构的Pushover分析，并且可以对一般桥梁结构的抗震性能做出合理的评价。　　关键词：Pushover分析；桥梁；抗震性能；SAP2000　　1Pushover方法的基本理论　　1.

2、1基本原理　　SAP2000程序提供的Pushover分析方法，主要基于两本手册，一本是由美国应用技术委员会编制的《混凝土建筑抗震评估和修复》（ATC-40），另一本是由美国联邦紧急管理厅出版的《房屋抗震加固指南》（FEMA273/274）。混凝土塑性铰本构关系和性能指标来自于ATC-40，钢结构塑性铰本构关系和性能指标来自于FEMA273/274，而Pushover方法的主干部分，即分析部分采用的是能力谱法，来自于ATC-40。　　其主要步骤如下：（1）用单调增加水平荷载作用下的静力非线性分析，计算结构的

3、基底剪力-顶点位移曲线；（2）建立能力谱曲线和需求谱曲线；（3）性能点的确定；（4）结果分析和性能评价。　　1.2能力谱和需求谱的建立　　Pushover分析最终要形成结构的能力谱曲线和需求谱曲线，并确定两曲线的交点，能力谱曲线由Pushover分析得到，需求谱曲线由反应谱转换得到。　　能力谱由结构的荷载-位移曲线转换得来，见图1，具体转换过程如下：结构的荷载-位移曲线上任一点坐标设为（Vt，△r）；能力谱曲线上任一点的坐标设为（Sai,S式中：rm-结构的第m振型的振型参与系数；mi-结构的

4、第i层的质量；im-结构的第m振型在第i层的振幅；N-结构的层数。　　需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱。对弹性需求谱，可以通过将典型（阻尼比为5%）加速度Sa反应谱与位移Sd反应谱画在同一坐标系上，根据弹性单自由度体系在地震作用下的运动方程可知Sa和Sd之间存在下面的关系：　　对弹塑性结构的AD格式的需求谱的求法，一般是在典型弹性需求谱的基础上，通过考虑等效阻尼比ξe或延性比μ两种方法得到折减的弹塑性需求谱。ATC-40采用的是考虑等效阻尼比ξe的方法。在图2中，dp为等效单自由度

5、体系的最大位移，ATC-40中等效阻尼比ξe由最大位移反应的一个周期内的滞回耗能来确定，按下式计算：　　式中：ED-结构单周期运动阻尼所消耗的能量，即滞回环所围成的平行四边形的面积；Es-结构最大应变能，等于图2所示阴影部分三角形面积。　　为确定ξe，需要首先假定ap、dp，有了ξe后，通过对弹性需求谱的折减即可得到弹塑性需求谱（见图3）。　　将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系中（见图3），两曲线的交点称为性能点，性能点所对应的位移即为等效单自由度体系在该地震作用下的谱位移。将谱

6、位移按式（1）转换为原结构的顶点位移，根据该位移在原结构Vi-△i曲线的位置，即可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率、总侧移及层间侧移等，综合检验结构的抗震能力。程序中的地震反应谱与我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的地震反应谱表达方式略有不同，需经等效后换成程序中的系数。　　2在SAP2000中实现Pushover分析的步骤　　（1）建立结构的分析模型；（2）定义铰属性，选择默认的铰属性或者自定义铰属性，并将其指定给框架单元；（3）定义荷载工况：定义结构设计时需要的所

7、有静力与动力荷载工况；（4）运行设计所需要的分析；（5）当铰属性是基于程序计算的默认值时，必须进行混凝土设计；（6）定义Pushover分析所需要的荷载工况；（7）运行Pushover分析；（8）查阅Pushover分析结果。　　3桥梁破损极限状态划分　　根据以往的桥梁震害的经验，可以认为桥梁震害主要产生于其下部结构，即使上部结构有破坏，也往往是由下部结构破坏或墩顶过大位移所致。因此，按照桥梁下部结构的破坏程度的不同，桥梁破损极限状态划分为五级：　　(1)弹性完好极限状态：结构处于弹性工作状态，对应延性系数

8、μΔ<1。　　(2)轻微破损极限状态：这个阶段的位移延性系数取决于截面性质、轴向荷载水平和结构延性性能，但通常μΔ均值在2左右，对应混凝土极限压应变：εcu≤0.004，钢筋极限拉应变：εs≤0.015。　　(3)损伤控制极限状态：该状态对应于结构已经接近达到或略超过最大承载力，对应结构位移延性系数3≤μΔ≤8，在欧洲通常认为该状态的上限μΔ≤4，对应混凝土极限压应变εcu≤1.5（0.04