公路桥梁抗震设计规范宣贯-措施及算例.pdf

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1、抗震措施及算例抗震措施及算例交通运输部公路工程行业标准宣贯公路桥梁抗震设计规范JTG/T 2231-01-2020郑万山 研究员招商局重庆交通科研设计院有限公司2020年08月汇报提纲抗震措施桥梁抗震计算算例汇报提纲 抗震措施抗震措施一、抗震措施为什么进行抗震措施设计 针对未曾预料的地震动（强度、持时、能量分布等）弥补计算中的不足和不确切之处；提高整体性；统筹考虑抗震措施与其他构件的协同性。012345012345放大系数时间(s)单条波反应谱 反应谱的平均值 I类场地水平向反应谱 类场地水平向反应谱一、抗震措施抗震措施修订内容一、抗震措施抗震措施修订内容一、抗震措施抗震措施修订内容设防设防烈

2、度烈度桥梁分类桥梁分类67890.05g0.1g0.15g0.2g0.3g0.4gA类类7899更高更高，专门研究专门研究B类类78899908细则抗震设防烈度抗震设防烈度桥梁类别桥梁类别0.05g0.05g0.1g0.1g0.15g0.15g0.2g0.2g0.3g0.3g0.4g0.4gA A类类二级二级三级三级四级四级四级四级更高，专门研究更高，专门研究B B类类二级二级三级三级三级三级四级四级四级四级四级四级C C类类一级一级二级二级二级二级三级三级三级三级四级四级D D类类一级一级二级二级二级二级三级三级三级三级四级四级C类类677889D类类67788920规范一、抗震措施搭接长度

3、计算公式修订1 1、原计算公式没有考虑桥墩高度的影响；、原计算公式没有考虑桥墩高度的影响；2 2、原计算公式仅仅针对简支梁桥。、原计算公式仅仅针对简支梁桥。一、抗震措施La5.07008细则k500.10.8+0.5aLHL由仅考虑跨径，修改为考虑跨径、墩高和联长等三个因素20规范一、抗震措施墩高墩高跨径跨径1010151520202525303035354040454550505 563 63 68 68 72 72 77 77 81 81 86 86 90 90 95 95 99 99 7.57.565 65 70 70 74 74 79 79 83 83 88 88 92 92 97 9

4、7 101 101 101067 67 72 72 76 76 81 81 85 85 90 90 94 94 99 99 103 103 12.512.569 69 74 74 78 78 83 83 87 87 92 92 96 96 101 101 105 105 搭接长度计算公式修订151571 71 76 76 80 80 85 85 89 89 94 94 98 98 103 103 107 107 17.517.573 73 78 78 82 82 87 87 91 91 96 96 100 100 105 105 109 109 202075 75 80 80 84 84 89

5、 89 93 93 98 98 102 102 107 107 111 111 22.522.577 77 82 82 86 86 91 91 95 95 100 100 104 104 109 109 113 113 252579 79 84 84 88 88 93 93 97 97 102 102 106 106 111 111 115 115 303083 83 88 88 92 92 97 97 101 101 106 106 110 110 115 115 119 119 353587 87 92 92 96 96 101 101 105 105 110 110 114 114 11

6、9 119 123 123 404091 91 96 96 100 100 105 105 109 109 114 114 118 118 123 123 127 127 08细则细则757577.577.5808082.582.5858587.587.5909092.592.59595一、抗震措施斜桥搭接长度计算公式修订sin22bL50(sinsin()EaLa条件计算一、抗震措施斜桥搭接长度计算公式修订一、抗震措施115 1 cos1 cosbL条件弯桥搭接长度计算公式修订sin30cos/2Ea0.570E计算参数一、抗震措施其他抗震措施修订汇报提纲 桥梁抗震计算算例桥梁抗震计算算例二

7、、桥梁抗震计算算例二、桥梁抗震计算算例一级公路430m桥面连续预应力混凝土T梁；双柱式桥墩，桥墩直径1.5m；螺旋箍筋直径12mm，间距8cm（塑性铰区）；纵筋直径28mm，32根，净保护层5cm。二、桥梁抗震计算算例根据规范第6.1.3条，判断该桥是否为规则桥梁。分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例抗震体系确定根据规范第3.4.2条确定桥梁采用何种抗震体系。分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护EQPlasticHingeEQSeismicIsolation二、桥梁抗震计算算例抗震设防分类一级公路一级公路上的桥梁，根据公路桥梁抗震设计规范3.1.1条规定

8、，桥梁的抗震设防类别属于B类。桥梁抗震设防类别适用范围A类单跨跨径超过150m的特大桥B类单跨跨径不超过150m的高速公路、一级公路上的桥梁，单跨跨径不超过150m的二级公路上的特大桥、大桥C类二级公路上的中桥、小桥，单跨跨径不超过150m的三、四级公路上的特大桥、大桥D类三、四级公路上的中桥、小桥分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例抗震设防目标根据规范第3.1.2条抗震设防类别为B类桥梁的设防目标是：分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例桥梁抗震设计方法根据规范第3.3.2条，抗震设防烈度为VII度的B类桥，抗震设计方法为1类。应进行

9、E1和E2地震作用下的抗震分析和抗震验算，并应满足规范第3.4节的要求以及相关构造和抗震措施的要求。表表3.3.2 桥梁抗震设计方法选用桥梁抗震设计方法选用抗震设防烈度抗震设防烈度桥梁类别桥梁类别0.05g0.05g0.1g0.1g0.15g0.15g0.2g0.2g0.3g0.3g0.4g0.4gA A类类1 1类类1 1类类1 1类类1 1类类1 1类类1 1类类B B类类3 3类类1 1类类1 1类类1 1类类1 1类类1 1类类C C类类3 3类类1 1类类1 1类类1 1类类1 1类类1 1类类D D类类3 3类类2 2类类2 2类类2 2类类2 2类类2 2类类分类地震动模型动力特

10、性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例桥梁抗震重要性系数该桥梁总长大于100m，属于大桥。则根据公路桥梁抗震设计规范3.1.3条第2款，在E1地震用下的抗震重要性系数Ci为0.5，在E2地震用下的抗震重要性系数C 为1.7地震用下的抗震重要性系数Ci为1.7。桥梁类别桥梁类别E1E1地震作用地震作用E2E2地震作用地震作用A A类类1.01.01.71.7B B类类0.430.43（0.50.5）1.31.3（1.71.7）C C类类0.340.341.01.0D D类类0.230.23注：高速公路和一级公路上的注：高速公路和一级公路上的B类大桥、特大桥，其抗震重要性系数取类大桥、特大

11、桥，其抗震重要性系数取B类括号内的值。类括号内的值。表表3.1.3-2 桥梁抗震重要性系数桥梁抗震重要性系数分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例地震动输入抗震设防烈度为VII度地区，地震峰值加速度为0.1g，场地类别为II类，特征周期为0.40s。查表5.2.3-1，可得该桥水平向设计加速度反应谱特征周期为查表5.2.3 1，可得该桥水平向设计加速度反应谱特征周期为0.40s。区划图上的区划图上的特征周期（特征周期（s s）场地类别场地类别I I0 0I I1 1IIIIII0.350.350.200.200.250.250.350.350.450.450.650

12、.650.400.400.250.250.300.300.400.400.550.550.750.750.450.450.300.300.350.350.450.450.650.650.900.90表表5.2.35.2.3-1 1 水平向设计加速度反应谱特征周期调整表水平向设计加速度反应谱特征周期调整表分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例地震动输入水平向场地系数为1.0；结构阻尼比为0.05，阻尼调整系数为1.0；重要性系数：E1地震用下的抗震重要性系数C 为0.5，在E2地震55.06.108.005.01dC重要性系数：E1地震用下的抗震重要性系数Ci为0.5

13、，在E2地震用下的抗震重要性系数Ci为1.7。表表5.2.25.2.2-1 1 水平向场地系数水平向场地系数C Cs s抗震设防烈度抗震设防烈度场地类型场地类型0.05g0.05g0.1g0.1g0.15g0.15g0.2g0.2g0.3g0.3g0.4g0.4gI I0 00.720.720.740.740.750.750.760.760.850.850.90.9I I1 10.800.800.820.820.830.830.850.850.950.951.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00IIIIII1.301.30

14、1.251.251.151.151.001.001.001.001.001.00IVIV1.251.251.201.201.101.101.001.000.950.950.900.90分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例地震动输入gACCCSdsi125.01.00.10.15.05.25.2maxE1地震作用地震作用E2地震作用地震作用gACCCSdsi425.01.00.10.17.15.25.2max00.10.20.30.40.5012345678910加速度反应谱值S/g周期T/sE1地震作用E2地震作用分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、

15、桥梁抗震计算算例支座刚度每个桥墩上设置10个GJZ 35045069，根据公路桥梁板式橡胶支座可知，该支座橡胶层厚度为49mm；则单个支座刚度为：)kN/m(1086.3049.045.035.012003tAGKrd分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例桩基础刚度桩基础刚度可在桥梁地系梁底加六个方向的弹簧模拟。弹簧刚度根据土层状况和桩的布置形式按照m法计算。平动刚度（平动刚度（kN/mkN/m）转动刚度（转动刚度（kNkN m/radm/rad）方向方向平动刚度（平动刚度（kN/mkN/m）转动刚度（转动刚度（kNkN.m/radm/rad）纵向纵向横向横向竖向竖

16、向绕纵向绕纵向绕横向绕横向绕竖向绕竖向刚度3.72e53.72e52.312e66.40e66.40e60分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例桥墩刚度桥墩为延性构件，在进行E2地震作用分析时，按照规范第6.1.9条要求，采用有效截面抗弯刚度MMu弯矩My0MyyyeffcMIE墩号墩号轴压比轴压比屈服曲率屈服曲率（1/m1/m）等效屈服等效屈服弯矩弯矩(kN*m)刚度比刚度比有效惯性有效惯性矩矩（m m4 4）P1墩16.2%2.95e-36523.510.302.21E+06P2墩16.4%2.95e-36536.450.302.22E+06P3墩16.2%2.

17、95e-36537.850.302.22E+06曲率y0yu分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例0X1.0H21fX换算质量在支座顶施加一个单位力后，支座顶部、墩底、墩中、墩顶的位移，并将所有位移根据支座顶部位移进行归一化2H2墩号墩号墩底墩底墩中墩中墩顶墩顶支座顶支座顶P11.34E-036.35E-031.57E-024.16E-023.23E-021.53E-013.78E-01P21.34E-038.78E-032.14E-024.73E-022.84E-021.86E-014.52E-01P31.34E-036.10E-031.33E-023.92E-0

18、23.43E-021.56E-013.39E-01fX2/fX0X移进行归一化。分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例等效刚度（1）采用毛截面模型，单位均布力作用下主梁位移：(m)1022.23V（2）采用有效截面模型，单位均布力作用下主梁位移：(m)1018.33VP=1kN/m分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例等效刚度（1）采用毛截面计算时：(kN/m)1041.5120430LPKL（2）采用有效截面计算时：(kN/m)1041.5102.223-VKL(kN/m)1077.31018.312043-0VLPKL分类地震动模型动

19、力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例等效刚度（1）采用毛截面计算时：(kN/m)1041.5120430LPKL（2）采用有效截面计算时：(kN/m)1041.5102.223-VKL(kN/m)1077.31018.312043-0VLPKL分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例全桥基本周期根据换算质量和等效刚度，可以计算纵桥的基本周期。（1）所有构件采用毛截面（1）所有构件采用毛截面（2）延性构件采用有效截面(s)47.010105.413075224LtKMT(s)57.0101077.33075224LtKMT分类地震动模型动力特性E1验算E2

20、验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E1地震作用下地震反应计算所有截面采用毛截面，计算的桥梁纵向基本周期：T=0.47s，反应谱加速度：)m/s(23.18.9125.05.22maxACCCSdsi)m/s(05.1)47.04.0(23.1)/(2maxTTSSg00.10.20.30.40.5012345678910加速度反应谱值S/g周期T/sE1地震作用E2地震作用分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E1地震作用下地震反应计算纵桥向地震等效均布荷载P：kN/m)(82.2612030751.050LSMPtkN/m)(1200LP=26.82kN/m分类地震

21、动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E1地震作用下地震反应计算墩号轴力（kN）剪力（kN）弯矩（kNm）E1地震作用下桥墩墩底地震内力地震作用下桥墩墩底地震内力）P10728.15255P20648.25242P30769.35203分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E1地震作用抗震验算根据规范第3.6.1条，考虑恒载效应和地震效应确定最不利内力组合，组合系数取1.0。E1地震作用抗震验算荷载组合墩号轴力（kN）弯矩（kNm）恒载轴力地震轴力最不利轴力恒载弯矩地震弯矩最不利弯矩P1454704547052555255P24593045930

22、52425242P3452404524052035203分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E1地震作用抗震验算根据规范第7.3.1条，E1作用效应和永久作用效应组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩强度。ssdtcdudd0)()22sin1(AfAfNNsinsinsin32tsssd3cdud0d0rAfArfMeN设计强度设计强度分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E1地震作用抗震验算根据规范第7.3.1条，E1作用效应和永久作用效应组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩强度。墩号最不利轴力最不利弯矩承载能

23、力验算结果P1454752555264通过P2459352425277通过P3452452035258通过分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E2地震作用下地震反应计算所有截面采用有效截面，计算的桥梁纵向基本周期：T=0.57s，反应谱加速度：)m/s(17.48.91.07.15.25.22maxACCCSdsi00.10.20.30.40.5012345678910加速度反应谱值S/g周期T/sE1地震作用E2地震作用)m/s(17.48.91.07.15.25.2maxACCCSdsi)m/s(93.2)57.04.0(17.4)/(2maxTTSSg分类地

24、震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E2地震作用下地震反应计算纵桥向地震等效均布荷载PkN/m)(08.75120307593.20LSMPtP=75.08kN/m120L分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E2地震作用下地震反应计算根据规范7.4.2条，按弹性方法计算出的纵向地震位移应乘以考虑弹塑性效应的地震位移修正系数Rd，墩号墩顶纵向位移（mm）P1131P21490.188.05704.025.125.1*TTTTgP312157.0TT分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E2地震作用下抗震验算计算桥墩

25、截面屈服曲率和极限曲率Mu弯矩My桥墩截面屈服曲率屈服曲率按照规范附录A公式（A.0.1-1）进行计算)(m1095.25.1102/400213.2213.2135Dyy曲率My0Myy0yu分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例E2地震作用下抗震验算约束混凝土极限应变2khcu1076.12010025.109.03350000081.04.1004.04.1004.0ccRsusff轴压比：轴压比：%8.125.120100454742gckkAfP)(m1036.5)638.1810575.8()850.610826.2(12kcu3cu31Du)(m107

26、6.9)010.0656.0739.28()179.110635.1(12ks2s32Dsu)(m1036.5),min(1221uuu极限曲率分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例022.008.01sypdfHL等效塑性铰长度计算按照规范第7.4.4条计算等效塑性铰长度cm)(28.49044.0cm)(44.858.2400022.076008.0sydfcm)(100322bLpcm)(44.85)min(21pppLLL；分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例桥墩抗震能力计算塑性铰区最大允许转角(rad)1016.22)1095

27、.21036.5(8544.0)(232yupuKL墩顶允许位移2dsK(m)212.01016.2)28544.06.7(1095.26.731)2(31232upy2LHHu分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例墩号屈服曲率（1）极限曲率（1）等效塑性铰长度（容许转角（rad）墩顶容许位移E2地震作用下墩顶验算结果E2地震作用下墩顶位移验算号m-1）（m-1）度（m）（rad）许位移（m）用下墩顶位移（m）果P12.9510-34.5710-20.85441.8310-20.2120.131通过P22.9510-34.5410-20.93441.9810-20.

28、2640.149通过P32.9510-32.8610-20.81441.7510-20.1880.121通过分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例支座厚度验算桥墩墩底超强弯矩墩顶支座水平力：m)(kN740561712.1u0nMM(kN)17226.874052n0HMVc单个支座水平力：172kN支座水平刚度：3860kN/m支座剪切变形量：0.045m6.8Hm049.0004.0045.0tanm049.0BBXXt分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例支座抗滑验算支座恒载压力：755kN支座动摩阻系数：0.25kN172EkN1

29、8975525.0hzhbdR分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例塑性铰区抗剪验算塑性铰区剪力设计值m)(kN740561712.1u0nMM超强弯矩(kN)8616.87405n0HMVc剪力设计值分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例塑性铰区抗剪验算分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例塑性铰区抗剪验算桥墩纵桥向位移延性系数计算位移延性系数位移延性系数为构件为构件位移需求位移需求位移需求位移需求与构件与构件屈服位移屈服位移屈服位移屈服位移之比之比桥墩E2地震作用下墩顶位移（m）墩高（m）屈服曲率（1/m）

30、墩顶屈服位移（m）延性系数P10.1317.62.95E-030.057 2.306 P20.1498.62.95E-030.073 2.049 P30.1217.12.95E-030.050 2.441 桥墩纵桥向延性系数计算表分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例塑性铰区抗剪验算桥墩超强弯矩墩高剪力设计值抗剪能力验算结果桥墩塑性铰区抗剪能力验算结果桥墩超强弯矩（kN m）墩高（m）剪力设计值（kN）抗剪能力（kN）验算结果P174057.6974 3194 通过P274058.6861 3194通过P374057.11043 3194通过分类地震动模型动力特性E

31、1验算E2验算能力保护二、桥梁抗震计算算例桥墩横桥向超强弯矩及剪力计算根据规范第6.7.5条计算桥墩横向桥超强弯矩和剪力。步骤P1墩P2墩墩底轴力（kN）极限弯矩（kN*m）超强弯矩（kN*m）剪力设计值（kN）墩底轴力（kN）极限弯矩（kN*m）超强弯矩（kN*m）剪力设计值（kN）第1步4523.75 6171.00 7405.20 2692.80 5767.50 6171.00 7405.20 2692.80 分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护Q第2步6734.26 7033.10 8439.72 3068.99 3556.99 5874.78 7049.74 2563.54 步骤桥墩剪力合计（kN）P1墩轴力变化（kN）P2墩轴力变化（kN）迭代误差第1步5385.60 2210.51-2210.51 第2步5632.53 2311.86-2311.86 4.58%二、桥梁抗震计算算例盖梁弯矩及剪力计算Q分类地震动模型动力特性E1验算E2验算能力保护公路桥梁抗震设计规范JTG/T2231-01-2020宣贯感谢聆听感谢聆听