桥梁抗震系列讲座-公路桥梁抗震

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1、内容包括下列三部分：一、桥梁地震震害感性了解二、关于地震力理论和抗震设计方法；三、对《公路桥梁抗震设计细则》中部分问题的理解。二零一零年四月公路桥梁抗震设计中的部分问题—与初接触同志交流1一、桥梁地震震害感性了解1.结构受到的地震影响主要有两种形式：一是场地运动作用于结构一地震力使结构产生振动而受到影响；另一种形式是场地发生断裂、地基不均匀沉降及液化等情况时场地不同部分间发生相对位移，使结构产生强制变形而导致其结构破坏。1.1.第二种影响多发生于长大的桥梁受断层影响或各个墩台所处位置的地质条件很不相同而产生相对位移时而导致落梁、支座剪坏以至倒塌等情况！由于场地相对位移使桥梁产

2、生强制变形的问题难以预防，抗震设计较为困难，目前相关的研究活动还处于初始阶段对于这种情况“抗震细则”只是于第四章中对桥位的选择、地基的处理和抗震措施方面做了有关的规定.2下面是地震中地面相对位移导致桥梁破坏的一些照片：都汶路百花大桥落梁破坏3支座及挡块破坏4伸缩缝破坏51.2.桥梁结构受到地震影响的另一种形式—受地震力作用而振动导致其破坏的情况.下面所讲内容主要只针对这种形式的影响。对于梁式桥破坏主要产生于桥墩部位.1).弯曲破坏：下面是这种破坏的两张照片:6弯曲破坏的过程如下图所示：谢本图1.2A及1.372).剪切破坏;下面是下部结构剪切破坏的实拍照片:89剪切破坏的过程

3、如下图所示：谢本图1.2c及图1.4G214线巴塘---囊谦段桥梁抗震情况102.日本95阪神大地震皮尔茨大桥破坏的基本情况：下面是该桥的结构型式和配筋11该桥破坏机理分析12对该桥破坏（学者）的见解：1995年1月17日本阪神大地震中许多结构物被毁，桥梁的破坏尤为严重，皮尔茨大桥是其中一例。对于该桥的破坏分析，在学者之间有不同的见解，但一般认为剪切强度不足、配筋过少和不适当的纵筋截断是地震破坏的重要原因；此次地震中破坏的桥梁均是按日本1964年的规范设计，设计所用的加速度反应谱峰值仅为0.2—0.4g.而桥梁实际承受的地震反应谱峰值达1g甚至达2g,当时采用的是弹性理论，设

4、计中没有演算屈服以后的结构变形.抗震设计不但在弹性范围内而且也应在弹塑性范围内确保结构的安全.所以,日本新的公路桥梁抗震设计规范完全采用了两阶段的抗震设计方法，对于中小地震、强震分别按弹性理论和弹塑性理论设计,满足中小地震不损伤、大震可以修复的设防要求.133、桥梁震害的原因与启示1415161718二、关于地震力理论和抗震设计方法1、地震力理论进行结构抗震设计首先需研究地震时地面运动对结构产生的动态效应，通俗地讲就是要计算地震力。地震力的计算分静力法和动力法1.1静力法*：假定结构的各部分与其所在场地具有相同的振动，结构物的地震反应就是结构的惯性力，即：把惯性力视作静力作用

5、于结构做抗震计算，这种方法称为静力法。19该方法由于假定结构相对于地面是静止的，无相对运动，所只有结构不变形、为刚体时才成立。静力法的概念系日本学者于1899年提出，系数k--日本于１９２６年制定的《关于公路桥梁细则草案》将日本国内按不同地震区域、不同的地基条件取0.15、0.20、0.30、0.40---该方法把结构在地震时的动力反应看作是静止的惯性力，假定结构不变形,忽略了地震时地面运动特性（剪切波速、振幅等）和结构的动力特性(刚度、自振周期等)，所以未能科学地解决结构的抗震问题。但是对于刚性结构，它还是适用的，所以2008年部颁公路桥梁抗震设计细则（下简称“细则”）第6

6、.1.5条仍采用89年部颁原公路工程抗震设计规范（下简称“89规范”）相应条文的个规定：地震作用下，桥台台身地震力可按静力法计算。随着对地震灾害的分析和对地震作用的深入研究，静力法越来越暴露出它的不合理性，所以到上世纪四十年代便提出了考虑地面运动和结构动力特性的属于动力法的反应谱法201.２、动力法首先建立结构体系在地震作用下的运动方程。1.2.1单质点体系运动方程的建立有一些结构物如中小跨径、高度不大的桥梁，单层的房屋等，可近似地将结构的全部质量集中于一个点，如右图(一)所示将桥梁上、下部结构的全部质量集中于墩顶，简化成用无重量的弹性直杆支承于地面的单质点，并假定体系不发生

7、转动，而把地基的运动分解为一个竖向、两个水平方向的分量，分别计算。图（一）中：表示地震时地面的水平位移分量，是时间t的函数，它的变化规律可自用强震仪测得的地震时地面运动的实测记录得到；X(t)表示质点相对于地面的水平位移，也是时间t的涵数，是待求的未知量。为了确定当地面位移按的规律变化时单质点弹性体系的相对位移反应x(t)，需要建立其运动方程。21取质点m为隔离体，作用于它上面的力有：弹性恢复力S=-kx(t)---质点要回到平衡位置的力,k为直杆的刚度系数阻尼力R=-c(t)---结构在振动过程中存在