桥梁工程抗震设计的主要内容和方法
桥梁工程抗震设计的主要内容和方法
通过本学期所学的《土木工程地质》，我们初步了解到了桥梁工程。桥梁是交通生命线工程中的重要组成部分，震区桥梁的破坏不仅直接阻碍了及时救灾行动，使得次生灾害加重，导致生命财产以及间接经济损失巨大，而且给灾后的恢复与重建带来困难。在近30年的国内外大地震中，桥梁破坏均十分严重，桥梁震害及其带来的次生灾害均给桥梁抗震设计以深刻的启示。在以往地震中城市高架桥或公路上梁桥的墩柱的屈曲、开裂、混凝土剥落、压溃、剪断、钢筋裸露断裂等震害，桥梁防震越来越受到各国工程师的重视。所以结合所学现代刚桥等知识及搜集的资料，本文将大致讲述桥梁工程抗震设计的主要内容和方法。
首先我们了解下地震带给桥梁的具体破坏影响，这样才可以采取相应措施来防止。桥梁上部结构由于受到墩台、支座等的隔离作用，在地震中直接受惯性力作用而破坏的实例较少，由于下部结构破坏而导致上部结构破坏则是桥梁结构破坏的主要形式，下部结构常见的破坏形式有以下几种：
1)支承连接部件失败：固定支座强度不足、活动支座位移量不够、橡胶支座梁底与支座底发生滑动，在地震力作用下支座破坏，致使梁体发生位移导致落梁。
2)墩台支承宽度不满足防震要求，防落梁措施设计不合理，在地震力作用下，梁、墩台间出现较大相对位移，导致落梁现象的发生。
3)伸缩缝、挡块强度不足，在地震力作用下伸缩缝碰撞破坏挤压破坏、挡块剪切破坏，都起不到应有作用，导致落梁。
接下来将从两个方面讲述抗震设计。
抗震设计的主要内容
目前桥梁工程的设计主要配合静力设计进行，但贯穿整个桥梁设计的全过程。与静力设计一样，桥梁工程的抗震设计也是一项综合性的工作。桥梁抗震设计的任务，是选择合理的结构方式，并为结构提供较强的抗震能力。具体来说，有以下三个部分：
1 正确选择能够有效抵抗地震作用的结构形式；
2 合理的分配结构的刚度，质量和阻尼等动力参数，以便最大限度的利用构件和材料的承载和变形能力；
3 正确估计地震可能对结构造成的破坏，以便通过结构丶构造和其他抗震措施，使损失控制在限定的范围内。
一丶抗震设计流程
桥梁工程的设计一般都要包括五个部分，抗震设防标准选定，抗震概念设计，地震反应分析，抗震性能验算和抗震构造设计。
其中地震反应分析和抗震性能验算工作量最多，且最为复杂。如果采用三级设防的抗震设计思想，上面的两个部分就要做三个循环，即对于每一个设防标准，进行一次地震反应分析，并进行相应的抗震性能验算，直到结构的抗震性能满足要求。
二丶抗震概念设计
抗震概念设计是从概念上，特别是从结构总体上考虑抗震的工程决策；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和设计思想，正确地解决结构总体方案丶材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。
合理的抗震概念设计，要求设计出来的结构，在强度丶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。该阶段的主要任务使选择良好的抗震结构体系，主要桥梁结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性概念设计的桥梁，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。
从抗震的角度来看，理想的桥梁结构体系布置应该是：
1）从几何线性看：是直桥，而且各桥墩高度相差不大。
2）从结构布局上看：上部结构是连续的，伸缩缝应该尽可能少；桥梁保持小跨径；在多个桥墩布置弹性支座；各个桥墩的强度刚度在各个方向都相同；基础是建造在坚硬的场地上。
实际工程中，由于各种限制条件，可能不能全部满足但也应该尽量满足以上原则。三丶地震反应分析
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。
地震反应分析要解决三个关键问题：
1）确定合适的地震输入
2）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。
3）选择合适的方法求解地震振动方程得到地震反应。
下面将详细解决这三个问题
1 地震输入的确定
在确定性地震反应分析中，一般采用两种地震动输入，即地震加速度反应谱和地震动加速度时程。
采用反应谱法进行地震反应分析时，一般采用地震加速度反应谱作为地震输入。反应谱的选取比较简单，一般根据场地条件和设防标准，根据规范选取。如果做过场地地震安全性评价，则可以选取场地的设计反应谱作为输入。
采用动态时程法进行地震反应分析时，一般采用地震动加速度时程作为地震输入。地震动加速度时程的选择主要有三个方法，即直接利用地震记录丶采用人工地震加速度时程和规范标准化地震加速度时程。选择加速度时程时，必须把握住三个特征，即加速度峰值的大小，波形和强震持续时间。在选择强震记录时，除了最大峰值加速度应符合桥梁所在地区的设防要求外，场地条件也应该尽量接近，也就是该地震波的主要周期应尽量接近于桥址场地附近同类地质条件下的强震记录，则是最佳选择，应优先采用。
在地震反应分析中，地震反应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验算是分别进行的，不考虑正交地震力的合成。关于竖向地震输入，我国铁路工程和公路工程抗震设计规范都规定，只有位于烈度为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。但需要指出来的是，拱桥对于竖向地震非常敏感，一般都应考虑。
地震动的输入方式又可分为同步，不同步多点输入。对于小中桥梁，进行同步输入。对于桥梁长度很大的桥梁，各支撑点可能位于显著不同的场地土上，由此导致各支撑处输入地震动的不同，在地震反应分析中就要考虑多支撑不同激励简称多点激振。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。
2 地震振动方程及结构力学模型的建立
有总刚度矩阵，总质量矩阵，总阻尼矩阵等方程。此处主要讲结构力学模型的
建立。
1）动力计算模型的建立
采用有限元模型描述桥梁结构的力学特征时，必须将结构离散化，这包括结构本身的单元划分，支承连接部分的特殊处理，墩台基地支承的边界处理等。为了真实的模拟结构的力学特征，所建立的计算模型必须如实的反映结构构件的几何，材料特性，以及各构件的边界连接条件。
2）上部结构的计算模型
一般来说，桥梁上部结构的设计主要由运营荷载控制。震害资料也表明，上部结构自身的震害非常少见。采用能反映上部结构质量分布和刚度特征的简化的脊梁模型来模拟上部结构的工作特性。桥梁结构的抗震惯性力主要集中在上部结构，控制下部结构设计的主要是上部结构通过支座传递下来的水平惯性力，而这一惯性力，主要取决于上部结构的质量丶下部结构的刚度丶以及支座连接条件。因此，在桥梁抗震设计中，桥梁上部结构的刚度模拟不必太精细，在许多情况下甚至可以假设为刚体，但上部结构的质量必须尽可能正确模拟。
3）墩柱的计算模型
在地震反应分析中，墩柱是关键的结构构件。上部结构的重力和地震惯性力通过墩柱传递给基础，而地震动输入又通过墩柱传递给上部结构。另一方面，目前普遍接受的抗震设计思想一般要求墩柱具备一定的非弹性变形及耗能能力。因此，正确建立墩柱的计算模型，即正常模拟墩柱的刚度和质量分布非常重要。
桥梁墩柱一般采用单元模拟，但单元的划分要恰当。因为单元的划分决定了堆聚质量的分布，从而决定了振型的形状和地震惯性力的分布。对于一般的混凝土桥梁，上部结构的惯性力贡献对墩柱的地震反应起控制作用，墩柱自身的贡献
很小。这时，墩柱的单元划分可以适当粗糙。反之，如果是重力式桥墩，或者高墩，桥墩的自身贡献则比较大，此时，墩柱的单元划分就不能太粗糙。
四丶抗震验算
桥梁结构地震反应分析的最终目的是正确地估计地震可能对结构造成的破坏，以便通过结构构造以及其他抗震措施，使损失控制在限定的范围内。因此，恰当而有效抗震能力验算是桥梁结构抗震设计的一个重要组成部分。
桥梁工程的大部分质量都集中在上部结构，因而，地震惯性力也主要集中在上部结构。上部结构的地震惯性力一般通过支座传递给墩柱，再由墩柱传递给基础，进而传递给地基承受。
一般来说，上部结构的设计主要由恒载，活载，温度荷载等控制。而墩柱在地震作用下将会受到较大剪力和弯矩作用，一般由地震反应控制设计。因此，墩柱，以及保持上丶下部连接可靠的支座等连接构件，是桥梁抗震验算的主要部分。
大量震害资料表明：桥梁震害主要产生在下部结构，即使是上部结构破坏的境况，也往往是由于下部结构的破坏或大变形造成的。
桥梁结构中普遍采用的钢筋混凝土墩柱，其破坏形式主要有剪切破坏和弯曲破坏。比较高柔的桥墩，多为弯曲型破坏；而矮粗的桥墩多为剪切破坏；介于两者之间的，为混合型；
桥梁支座的震害也极为普遍，破坏形式主要是活动支座脱落，以及支座本身构造上的破坏等。
因此，在桥梁结构的抗震验算中，不仅要验算墩柱的抗弯能力和抗剪能力，还要验算支座等连接构件能否有效工作。
1 结构破坏准则
迄今为止，前人已经提出了许多结构地震破坏准则，主要有强度破坏准则，变形破坏准则，能量破坏准则，变形和能量双重破坏准则，以及基于性能的破坏准则。目前较为实用的是强度破坏准则和延性破坏准则。
2 钢筋混凝土墩柱的抗弯能力验算
钢筋混凝土墩柱的抗弯能力验算包括抗弯强度验算和延性能力验算。抗弯强度验算采用强度破坏准则进行，要求地震作用下墩柱的最大弯矩小于墩柱的抗弯强度。我国现行的《公路工程抗震设计规范》规定，强度验算按现行公路桥涵设计规范进行。
如果允许墩柱出现非弹性变形，则采用延性破坏准则验算墩柱的延性能力。根据延性破坏准则，结构是否被破坏取决于塑性变形的大小。
钢筋混凝土墩柱的抗剪强度采用强度破坏准则进行验算，即要求地震引起的墩柱最大剪力小于墩柱的抗剪强度。
五丶抗震构造设计
桥梁结构的抗震构造设计一般包括两个方面，即墩与梁的连接构造设计和墩柱的结构设计。
在历次破坏性地震中，由于链接构造的设计缺陷引起的落梁震害及其常见。在实际抗震设计中，世界各国普遍采用构造措施防止落梁震害，包括两个方面：1丶限制支承连接部位的支承面最小宽度；2 在相邻梁之间安装纵向约束装置。
需要指出的是，斜梁与曲线梁桥的梁端较易发生落梁，需要特别重视在梁端至墩丶台帽或盖梁边缘之间的距离设置。实际设计中应结合具体情况设计。
接下来将讲述桥梁工抗震设计中常见的几种方法。
抗震设计主要方法
1反应谱法
人类在与地震的斗争中发展了各种抗震分析方法,分为确定性方法和概率性方法两大类。静力法、反应谱法和时程分析法均属于确定性方法, 随机振动、虚拟激励法属于概率性方法。通常所说的结构地震反应分析,就是建立结构地震振动方程, 然后通过求解振动方程得到结构地震反应(位移、内力等) 的过程。
反应谱的定义
在结构抗震理论发展中, 静力法、反应谱法和动力时程分析法三个阶段的形成和发展是人类对自然规律认识的不断深入与完善的过程。反应谱理论考虑了结构物的动力特性, 而且简单正确地反映了地震动的特性, 因此得到了广泛认可和应用。
广义线性单自由度体系一个场地记录到的地震动与多种因素有关, 比如场地条件、震中距和震源深度、震级、震源机制和传播路径等等。由于诸多随机因素的影响使得由不同记录得到的加速度反应谱具有很大的随机性。各规范反应谱之间存在一些差别, 工程抗震设计中采用动力放大系数作为地震荷载的描述, 其根据规定的反应谱曲线及体系的自振周期确定。在桥梁抗震设计规范中还引入了综合影响系数以考虑结构的延性耗能作用。对于多质点体系可利用振型分解成一系列相互独立的振动从而可以利用单质点体系的反应谱理论来计算, 最后将各个振型的最大反应按适当的方法相组合( 如SRSS、CQC、IGQC 等) 即得到多质点体系的各项反应值[1~2]。
反应谱方法的优缺点
反应谱方法的优点是概念简单、计算方便, 可以用较少的计算量获得结构的最大反应值。反应谱方法的缺点是: ( 1) 地震响应分析时必须重视振型数的取值。由于大跨度桥梁的自振频率在一个相当宽的频带内密布, 而地震波一般都是宽带激励, 因此在用反应谱方法做大跨度桥梁的分析时, 必须选取足够数量的振型。( 2) 原则上只适用于线性结构体系。结构在强烈地震中一般都要进入非线性状态, 弹性反应谱法不能直接使用。( 3) 地震反应谱失掉相位信息。经叠加得到的结构反应最大值是一个近似值。
2延性抗震设计的基本概念
延性的定义和指标延性抗震设计主要是利用结构、构件自身的延性耗能能力来抵抗地震作用，设计时是通过增加结构、构件延性来实现，对结构允许出现塑性铰的部分进行专门的延性设计。延性抗震设计的基本思想：结构构件可以发生塑性变形，可以发生一定的损坏，但结构不倒塌是必须能得到保证的，结构设计时，使结构具有一定的滞回特性，这种特性足以抵抗大地震产生的弹塑性变形，设计预期的大地震发生时，滞回延性要低于地震激起的反复弹塑性变形循环，免于倒塌破坏的结构抗震设防的最低目标必须始终得到保证。在抗震设计时，使结构具有延性特征，首先要确定度量延性量化的设计指标。通常用位移延性系数和曲率延性系数作为延性量化设计的指标。位移延性系数定义为构件屈服后的位移与屈服位移之比。曲率延性系数定义为截面屈服后的曲率与屈服曲率之比。
静力延性指标与动力延性指标地震动的随机性使钢筋混凝土的动力延性指标，在实际中无法准确表示，结构在遭遇设计预期的大地震时，地震动作用使结构经历的反复变形循环情况无法事先预知，所以，结构构件的动力延性指标在地震动作用下也就无法确定。由于无法准确确定大地震时结构结构的动力延性指
标，在设计时通常采用静力延性指标来代替，也可以采用周期反复荷载试验验证静力延性指标。当用静力延性指标代替动力延性指标时，在周期反复荷载作用下，由于结构构件存在低周疲劳现象，结构构件的延性在地震动作用下往往会过高地估计。
3 桥梁减隔震技术
减隔震技术的概念和发展
减震是人为在结构的某些部位设置阻尼器或耗能构件,改变结构的动力性能,耗散结构吸收的地震能量,从而降低结构的地震反应。隔震则是指通过延长结构的自振周期避开地震卓越周期或减小地震能量输入,以此降低结构地震反应。对桥梁结构采用隔震技术的思想产生由来已久,减隔震技术自诞生以来,受到了广泛的重视。第一座采用减隔震技术的桥梁是新西兰的Motu桥,建于1973 年,上部结构采用滑动支承隔震,阻尼由U 形钢弯曲梁提供。该桥建成后,减隔震技术在桥梁抗震中得到了迅速推广。美国第一次将减隔震技术用于桥梁是在1984 年,用于对Sierra Point Bridge 进行抗震加固。1990 年,美国新建了第一座采用减隔震技术的桥梁Sexton 桥。在日本,第一座建成的减隔震桥梁是静岗县横跨Keta 河的宫川大桥,完成于1990 年,是一座3 跨连续钢桁架梁桥,采用铅芯橡胶支座作为减震构件。
常用减隔震装置
1) 分层橡胶支座。分层橡胶支座,国内常称为板式橡胶支座。其基本构造由薄橡胶片与薄钢板相互交替结合而成,支座平面形状多采用圆形或矩形。在抗震设计中主要考虑分层橡胶支座的水平刚度和阻尼作用等因素。橡胶支座的水平剪切刚度,指上、下板面产生单位位移时所需施加的水平剪力。橡胶支座通过在变
形过程中消耗能量提供阻尼,这种阻尼主要取决于橡胶层变形的速度。以天然橡胶为主要材料制作的支座,典型的阻尼比为5 %～10 %。分层橡胶支座的力—位移滞回曲线呈狭长形,所提供的阻尼较小,因而在减隔震桥梁设计中,常与阻尼器一起使用。
2) 铅芯橡胶支座。铅芯橡胶支座是在板式橡胶支座的基础上,在支座的中部或中心周围部位竖直地压入高纯度铅芯以改善支座阻尼性能的一种减震支座。铅芯具有良好的力学特性,具有较低的屈服剪力(约10 MPa) ,具有足够高的初始剪切刚度(约130 MPa) ,具有理想弹塑性性能且对于塑性循环具有很好的耐疲劳性能,能够提供地震下的耗能能力和静力荷载下所必需的刚度。因此,由铅芯和分层橡胶支座结合的铅芯橡胶支座能够满足一个良好减隔震装置所应具备的要求:在较低水平力作用下,具有较高的初始刚度,变形很小;在地震作用下,铅芯屈服,刚度降低,延长了结构周期,并消耗地震能量。
3) 滑动摩擦型减隔震支座。滑动摩擦型支座利用不锈钢与聚四氟乙烯材料之间相当低的滑动摩擦系数制成。也称为聚四氟乙烯滑板支座。这种支座具有摩擦系数小,水平伸缩位移大的优点,作为桥梁活动支座十分适宜。在地震作用下,滑动摩擦型支座允许上部结构在摩擦面上发生滑动,从而将上部结构能够传递到下部结构的最大地震力限制为支座的最大摩擦,同时通过摩擦消耗大量的地震能量。这类支座的缺点是没有自复位能力,用作隔震支座时,支座响应的可预测性和可靠性都不尽如人意,所以常与阻尼器和橡胶支座等其他装置一起使用
4) 钢阻尼器。钢阻尼器利用钢材的塑性变形来耗能。典型的钢阻尼器:a. 有横向加载臂的均匀弯矩弯曲梁阻尼器,加载臂有一倾斜角度;b. 锥形悬臂弯曲梁阻尼器;c. 有横向加载臂的扭梁阻尼器。钢阻尼器的优点是制造不需要特殊设备,
费用比较合适,坚实耐用,又具有较大的耗能能力。试验研究表明,大多数钢阻尼器的滞回曲线可用双线性来近似模拟。不同类型钢阻尼器的选择取决于阻尼器放置的位置、可利用的空间、连接的结构以及力和位移的大小。钢阻尼器通常和橡胶隔震支座一起使用,如聚四氟乙烯滑板支座与悬臂钢阻尼器就是一种合理组合。
4. 3 减隔震装置的选择
桥梁的减隔震系统应满足如下三个基本功能:1) 具备一定的柔度,用来延长结构周期,降低地震力;2) 通过阻尼、耗能装置等对地震力进行耗散,并将支承面处的相对变形控制在设计允许的范围内;3) 具备一定的刚度和屈服力,在正常使用荷载下结构不发生屈服和有害振动。进行减隔震设计时,应将重点放在提高耗能能力和分散地震力上,不可过分追求加长周期。而且应选用作用机构简单的减隔震装置,并在其力学性能明确的范围内使用。另外,减隔震装置不仅要能减震耗能,还应满足正常运营荷载的承载要求,因此选择减隔震装置时,还应注意以下一些要求:1) 在不同水准地震作用下,减隔震支座都应保持良好的竖向荷载支承能力;2) 减隔震装置应具有较高的初始水平刚度,使得桥梁在风荷载、制动力等作用下不发生过大的变形和有害的振动;3) 当温度、徐变等引起上部结构缓慢的伸缩变形时,减隔震支座产生的抗力应比较低; 4) 减隔震装置应具有较好的自复位能力,使震后桥梁上部结构能够基本恢复到原来位置。
4 反应谱法、延性法、减隔震技术的比较
反应谱法使用与中小桥，反应谱理论建立在以下基本假定的基础上:1)结构的地震反应是线弹性的,可以采用叠加原理进行振型组合;2)结构物所有支承处的地震动完全相同;3) 结构物最不利地震反应为其最大地震反应;4)地震动的过程是平稳随机过程。反应谱法是利用结构的强度来抵抗变形，而延性抗震是在结构上设
置可有较大变形的结构，让其变形来吸收地震能量。减隔震则是主动的去减弱、化解地震作用力。
最后给出几条关于抗震设计的建议：.
1.由于地震的不确定性，导致桥梁结构抗震计算的失真。地震运动是由震源—传播介质体—场地地质体一系列变化的因素综合形成，它是极为复杂的和不确定的模糊事件。桥梁结构的抗震计算严格来说是近似仿真计算，与实际的震害有一定的差距。抗震计算与抗震概念设计、结构体系的选择、抗震构造设计相比较，后三者更显重要
2.重视桥墩及其基础的延性设计
3.重视桥梁的减隔震设计，采用新技术新材料实现桥梁的抗震设计，比如减隔震支座：双曲面（球面）支座，铅芯橡胶支座，阻尼器等。
最后，个人认为桥梁抗震设计是一项系统工程，体现在设计的各个阶段，需要认真对待。在工可研究阶段应该强化抗震概念设计，选择合理的桥位和桥型；在初步设计阶段强化抗震体系设计，确定合适的抗震设防标准和验算准则、进行结构的总体分析；在施工图设计阶段强化抗震构造设计，重视抗震构造采取的措施和构造细节。
基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述
第37卷 第1期2005年3月西安建筑科技大学学报(自然科学版) J1Xi’an Univ.of Arch.&Tech.(Natural Science Edition) Vol.37 No.1 Mar.2005 基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述 邢 燕,牛荻涛 (西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055) 摘 要:基于性能的结构设计是21世纪抗震设计的发展趋势,而新建结构的抗震设计与在役结构的抗震评估及加固设计则是减轻地震灾害的二个重要方面.对基于性能的结构设计方法进行了评述,并对性能设计理论在结构抗震性能评估与加固设计中的应用状况进行了分析,进一步指出建立在役结构抗震性能评估及加固理论与方法需研究解决的问题. 关键词:结构性能;抗震设计;抗震评估;在役结构 中图分类号:TU311.3 文献标识码:A 文章编号:100627930(2005)0120024205 Ξ Summarization of performance-based seismic design and evaluation method XING Yan,NIU Di2tao (School of Civil Eng.,Xi’an Univ.of Arch.&Tech.,Xi’an710055,China) Abstract:Performance2based design is the development current of seismic design of the21th century.Two important aspects of alleviating earthquake disaster are seismic design of new structures and seismic evaluation as well as the retrofit design of existing structures.The methods of performance2based design are reviewed in this paper.The actuality and existent problems are analyzed and that performance2based design is applied to seismic evaluation and retrofit design. Key words:performance;seismic design;seismic evaluation;existing structure 1989年美国加洲Lorma Prieta地震(Ms7.1)和1994年美国Northridge地震(Ms6.7),伤亡数百人,而造成的经济损失高达150～200亿美元;1995年日本阪神大地震(Ms7.1)[1],死亡5500多人,造成的经济损失高达1000亿美元,震后的恢复重建工作花费两年多时间,耗资近1000亿美元.2000年我国台湾发生的7.6级地震,死亡2103人,房屋倒塌上万,对经济影响也十分巨大.上述震害说明,随着经济的发展和人口密度的增加,人们逐渐认识到过去的仅以保证人的生命安全为目标的设计理论,在抗震设计理念、适应社会需求等方面都存在一定的不足.按规范设计的建筑物可以避免倒塌而不危及人的生命,但一次地震,甚至一次中等大小的地震所造成的损失,就大大超过了社会和业主所能接受的程度.因此,现代及未来的建筑不仅要防止倒塌,还要考虑控制经济损失,保证结构使用功能的延续等问题. 近年来国际上提出了基于结构性能的抗震设计理论(Performance2based seismic design,简称PBSD),其基本思想是以结构抗震性能分析为基础,针对每一种设防水准(如50a超越概率为6312%, Ξ收稿日期:2003207208 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078044) 作者简介:邢 燕(19792),女,山西长治人,硕士研究生,主要从事服役结构的抗震性能评估和加固研究.
桥梁抗震构造措施
桥梁抗震构造措施 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
桥梁抗震的构造要求有哪些 1．对简支梁，连续梁等梁式体系，必须设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造，阻止梁的横向位移。 ??? 2．对悬臂梁和T型刚构除采取上述措施外，还应采取阻止上部结构与上部结构之间出现横向相对位移的构造措施。 ??? 3．对活动支座，均应采取限制其位移、防止其歪斜的措施。 ??? 4．对简支梁应采取措施防止地震中落梁，如采用螺栓连接，钢夹板连接，以及将基础置于可液化层一定深度等措施。 ??? 5．对于桩式墩和柱式墩，桩(柱)与盖梁，承台联接处的配筋不应少于桩或柱身的最大配筋。 ??? 6．对于砖石混凝土墩台，应考虑提高墩台帽与墩台本身以及基础连接处，截面突变处的抗剪强度。 ??? 7．桥台胸墙应予加强。在胸墙与梁端部之间，宜填充缓冲材料，如沥青、油毛毡等。 ??? 8．砖石、混凝土墩台和拱圈的最低砂浆强度等级应按现行《公路桥涵设计规范》的要求提高一级使用。 ??? 9．不论为梁式桥、拱桥尽量避免在不稳定的河岸修建，并应合理布置桥孔，避免将墩台布设于在地震时可能滑动的岸坡上的突变处。 ??? 10．大跨径拱桥的主拱圈，宜采用抗扭刚度较大整体性较好的断面型式，如箱形拱，板拱等。当主拱圈采用组合断面时，应加强组合截面的连接 强度，对双曲拱桥应加强肋波间的连接。 ??? 11．大跨径拱桥不宜采用二铰和三铰拱。当小跨径拱桥采用二铰板拱时，应采取防止落拱构造措施。 ??? 12．砖石、混凝土腹拱的拱上建筑，除靠近墩台的腹拱采用三铰或二铰外，其余铰拱宜采用连续结构。 ??? 13．拱桥宜尽量减轻拱上建筑的重量。 ??? 14．刚性地基烈度为9度时，或非刚性地基烈度为7度时的单孔及连拱桥与端腹孔，均应采取防止落拱构造，包括加长拱座斜面，设置防落牛腿以 及将主拱钢筋伸入墩台帽内。 桥梁结构抗震措施 【提要：措施,抗震,结构,桥梁,】 桥梁结构抗震措施 为防止或减轻震害，提高结构抗震能力，对结构构造所作的改善和加强处理，通常称为抗震措施。各国的工程结构抗震规范对此都有明确的规定。对于桥梁结构,这些措施可归纳为:①对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强;②对结构各部加强整体联结;③对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件;④加强桥梁支座的锚固;⑤加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋,提高结构的延性;⑥对桥位处的不良土质应采取必要的
《建筑结构抗震设计》期末复习题
《建筑结构抗震设计》期末考试复习题 一、名词解释 (1)地震波：地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量； (2) 地震震级：表示地震本身大小的尺度，是按一次地震本身强弱程度而定的等级； (3)地震烈度：表示地震时一定地点地面振动强弱程度的尺度； (4)震中：震源在地表的投影； (5)震中距：地面某处至震中的水平距离； (6)震源：发生地震的地方； (7)震源深度：震源至地面的垂直距离； (8)极震区：震中附近的地面振动最剧烈，也是破坏最严重的地区； (9)等震线：地面上破坏程度相同或相近的点连成的曲线； (10)建筑场地：建造建筑物的地方，大体相当于一个厂区、居民小区或自然村；(11)沙土液化：处于地下水位以下的饱和砂土和粉土在地震时有变密的趋势，使孔隙水的压力急剧上升，造成土颗粒局部或全部将处于悬浮状态，形成了犹如“液化”的现象，即称为场地土达到液化状态； (12)结构的地震反应：地震引起的结构运动； (13)结构的地震作用效应：由地震动引起的结构瞬时内力、应力应变、位移变形及运动加速度、速度等； (14)地震系数：地面运动最大加速度与重力加速度的比值； (15)动力系数：单质点体系最大绝对加速度与地面运动最大加速度的比值； (16)地震影响系数：地震系数与动力系数的乘积； (17)振型分解法：以结构的各阶振型为广义坐标分别求出对应的结构地震反应，然后将对应于各阶振型的结构反应相组合，以确定结构地震内力和变形的方法，又称振型叠加法； (18)基本烈度：在设计基准期（我国取50年）内在一般场地条件下，可能遭遇超越概率（10％）的地震烈度。 (19)设防烈度：按国家规定权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。(20)罕遇烈度：50年期限内相应的超越概率2％~3％，即大震烈度的地震。 (21)设防烈度 (22)多道抗震防线：一个抗震结构体系，有若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同作用； (24)鞭梢效应；
基于结构性能抗震设计理论综述
基于结构性能的抗震设计理论综述摘要：基于结构功能的设计理论是90年代国际上提出的新概念，是抗震设计理念上的一次变革。本文首先阐述了基于结构性能的设计理论产生的背景、研究内容、设计流程；然后重点介绍了目前已被世界地震工程界广泛应用的基于位移的设计方法；最后就其研究和应用前景进行了展望。 关键词：结构性能抗震设计位移位移延性系数能力需求曲线 discuss on aseismatic design based on structural performance abstract: aseismatic design based on structural performance was put forward firstly in 90’s of last century. it was a reform of design ideas . this paper introduced the background、content and process of the design theory. the method of design based on displacement which has been applied widely was emphasized. at the end of this paper, the development of the design was analysed. keywords: structural performance, aseismatic design, displacement, modulus of displacement ductibility, curve of capability demand. 前言： 传统的抗震设计方法是以保证人的生命安全为原则的设计方
桥梁抗震设计及加固技术
桥梁抗震设计及加固技术浅析 杨立国 (山东科技大学，山东青岛266590) 摘要：地震是我国多发的地质灾害现象，我国地震灾害分布的范围比较大，地震具有强度大、频率高的特点，公路桥梁往往在地震中出现损坏，给救灾工作带来了困难。针对我国汶川地震等近年来地震的情况，我国公路桥梁的抗震加固工作需要进一步加强，文章对我国公路桥梁抗震加固工作的现状进行了分析，探讨了抗震加固技术的应用，为我国公路桥梁提高到足够的抗震强度提供一些思路。 关键词：地震灾害抗震设计；加固技术 引言：随着我国城市化进程加快，作为城市基础设施之一的公路交通其重要性越来越突出。同时，我国处于地震多发地带，尤其是近几年不断发生各种等级的地震。在地震发生时，不仅会有大量的地面建筑物及各种设施遭到破坏或倒塌，大量人员伤亡，而且还会严重造成交通中断。若作为抗震救灾生命线工程之一的公路交通（尤其是铁路桥梁、城市高架、公路桥梁等公路工程的咽喉要道）受到较大损坏，将会给后续救助工作造成极大的困难。此外，目前我国公路行业现采用的抗震设防标准是《公路桥梁抗震设计细则》(JTJ/TB02-01-2008)，公路桥梁抗震设计细则》(JTJ/TB02-01-2008)较《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)在设计思想、安全设防标准、设计方法、设计程序和构造细节等诸多方面均有很大的变化和深入。 1 桥梁与抗震 我国处于世界两大地震带——环太平洋地震带和亚欧地震带之间,是一个强震多发国家,汶川、玉树地震表明强烈地震将引发长期的社会政治、经济问题，并带来难以慰籍的感情创伤。在抗震救灾中，公路交通运输网更是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园、减轻次生灾害的重要环节，所以公路桥梁是生命系统工程中的重要组成部分，公路桥梁抵抗震害的能力是桥梁设计中重点关注的问题之一。桥梁震害中获得的经验和知识是推动桥梁抗震设计的原动力，1971年美国san fernand地震(6.6级)、1989年美国北加州的lonm pfieta地震(7.1级)、1995年日本阪神大地震(7.2级)、2008年汶川大地震(8.0级)等影响巨大的地震引起了工程界的重视和广泛探讨。随着建筑物与地震反应关系的研究深入，桥梁抗震设计理论得到了提高与拓展，2008年我国公路桥梁设计规范由《公路桥梁抗震设计细则》(JTJ/TB02-01-2008)替代原来的《公路工程抗震设计规范)(JTJ004-89)，是我国桥梁设计的一大进步，根据历次大地震的调查研究，公路桥梁的地震破坏主要形式总结归纳如下：(1)桥梁上部结构受水平力作用滑落(汶川百花大桥落梁)；(2)桥墩塑性铰的抗弯、抗剪强度不足，导致桥墩破坏(日本阪神大量墩柱破坏)；(3)桥墩、桩基础钢筋的连接及锚固性能不足，导致桥墩破坏(最为常见)； (4)桥梁支座等连接部位破坏(最为常见)。常规桥梁抗震设计首先应是抗震构造措施，根据汶川地震相关调查表明干线公路桥梁由于采用了合理的抗震构造措施，结构安全富裕较多，震后其破坏远小于地方道路桥梁。抗震构造措施是总结桥梁震害经验的基础上提出的设计原则，事实表明抗震构造措施可以起到有效减轻震害作用，而所耗费的工程代价往往较低。 2 桥梁设计与抗震措施 2.1 防止落梁的措施 《公路桥梁抗震设计细则》指出上部结构主梁的支承长度a≥70+0.5L(L为梁的计算跨径，L 单位为m，a单位为cm)，该取值沿用自日本抗震设计规范，多数设计者认为规范取值较为保守，比上一代规范《公路工程抗震设计规范(JTJ004-89))有较大提高(a≥50+l)。这里需指出该种认识属于误区，当“长桥高墩”时应在规范基础上给予更多的安全富余。例如：都汶高速公路庙子坪岷江大桥第10跨(跨径50m、墩高70m)。虽然盖梁宽度高达3.0m(根据《桥梁
抗震设计方法概述
本学期的“工程结构抗震分析”课程首先介绍了地震与地震震害以及结构抗震分析的必要性和其方法的发展过程，然后简单回顾了一下结构动力学基础，接下来认识了地震波与强震地面运动的特性，以及地震作用下结构的动力方程，最后重点讲述了几种抗震设计分析方法——反应谱分析法，时程分析法（弹性和弹塑性），和静力弹塑性分析法。通过一个学期的学习，本人对强震地面运动特征和抗震设计原理和方法有了一定的了解和把握。 在进行建筑、桥梁以及其它结构物的抗震设计时，一般都要遵循以下五个步骤：抗震设防标准选定、抗震概念设计、地震反应分析、抗震性能验算以及抗震构造设计，其流程如图1 所示。 本文将着眼于图1流程中的第3个步骤， 从我国现行规范中的3种最常用的结构响应分 析方法出发，简单介绍一下其各自的基本概念 和适应范围（具体原理和计算过程在此不再详 述，读者可另查阅相关课本和规范），以及现有 抗震设计规范中存在的问题，以便初学者对结 构抗震设计分析方法有个初步的认识，也作为 本人对本课程的学习总结。 一．3种最常用的结构响应分析方法 1．底部剪力法 定义：根据地震反应谱理论，以工程结构 底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作 用相等来确定结构总地震作用的一种计算方 法。 底部剪力法适用于基本振型主导的规则和 高宽比很小的结构，此时结构的高阶振型对于 结构剪力的影响有限，而对于倾覆弯矩则几乎 没有什么影响，因此采用简化的方式也可满足 工程设计精度的要求。 高规规定：高度不超过40m、以剪切变形 为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层 建筑结构，可采用底部剪力法。 底部剪力法尚有一个重要的意义就是我们可以用它的理念，简化的估算建筑结构的地震响应，从而至少在静力的概念上把握结构的抗震能力，它还是很有用的。 2．振型分解反应谱法 定义：振型分解反应谱法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法。该法是利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用，然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。振型分解反应谱法一般可考虑为计算两种类型的地震作用：不考虑扭转影响的水平地震作用和考虑平扭藕联效应的地震作用。 反应谱的振型分解组合法常用的有两种：SRSS和CQC。虽然说反应谱法是将并非同一时刻发生的地震峰值响应做组合，仅作为一个随机振动理论意义上的精确，但是从实际上它对于结构峰值响应的捕捉效果还是很不错的。一般而言，对于那些对结构反应起重要作用的振型所对应频率稀疏的结构，并且地震此时长，阻尼不太小（工程上一般都可以满足）时，SRSS是精确的，频率稀疏表面上的反应就是结构的振型周期拉的比较开；而对于那些结构
最经典的抗震设计思路
一。抗震设计思路发展历程 随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展，结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。 最初，在未考虑结构弹性动力特征，也无详细的地震作用记录统计资料的条件下，经验性的取一个地震水平作用（0.1倍自重）用于结构设计。到了60年代，随着地面运动记录的不断丰富，人们通过单自由度体系的弹性反应谱，第一次从宏观上看到地震对弹性结构引起的反应随结构周期和阻尼比变化的总体趋势，揭示了结构在地震地面运动的随机激励下的强迫振动动力特征。但同时也发现一个无法解释的矛盾，当时规范所取的设计用地面运动加速度明显小于按弹性反应谱得出的作用于结构上的地面运动加速度，这些结构大多数却并未出现严重损坏和倒塌。后来随着对结构非线性性能的不断研究，人们发现设计结构时取的地震作用只是赋予结构一个基本屈服承载力，当发生更大地震时，结构将在一系列控制部位进入屈服后非弹性变形状态，并靠其屈服后的非弹性变形能力来经受地震作用。由此，也逐渐形成了使结构在一定水平的地震作用下进入屈服，并达到足够的屈服后非弹性变形状态来耗散能量的现代抗震设计理论。 由以上可以看出，结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。 二。现代抗震设计思路及关系 在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路，其主要内容是： 1.合理选择确定结构屈服水准的地震作用。一般先以一具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系数）得到不同的设计用地面运动加速度（即小震的）来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水准。 2.制定有效的抗震措施使结构确实具备设计时采用的R所对应的延性能力。其中主要包括内力调整措施（强柱弱梁、强剪弱弯）和抗震构造措施。 现代抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的，其核心是关系，关系主要指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。其中R为弹塑性反应地震力降低系数，简称地震力降低系数；而为最大非弹性反应位移与屈服位移之比，称为位移延性系数；T则为按弹性刚度求得的结构自振周期。 60年代开始，研究者在滞回曲线为理想弹塑性及弹性刚度始终不变的前提下，通过对不同周期，不同屈服水准的非弹性单自由度体系做动力分析，得到了有关弹塑性反应下最大位移的规律：对T大于1.0秒的体系适用“等位移法则”即非弹性反应下的最大位移总等于同一地面运动输入下的弹性反应最大位移。对于T在0.12－0.5秒之间的结构，适用“等能量法则”即非弹性反应下的弹塑性变形能等于同一地震地面运动输入下的弹性变形能。当“等能量原则”适用时，随着R的增大，位移延性需求的增长速度比“等位移原则”下按与R 相同的比例增长更快。由以上规律我们可以看出，如果以结构弹性反应为准，把结构用来做
最新13章建筑结构抗震设计基础知识
青岛黄海职业学院教师教案 （编号1）年月日课题第十三章建筑结构抗震设计基本知识 课时 13.1 概述13.2抗震设计的基本要求 教学目的熟悉地震波、震级、烈度的概念；明确建筑抗震设防依据、目标及分类标准；理解抗震概念设计的基本内容和要求 教学重点抗震设防要求 教学难点抗震设防要求 教学关键点地震波、震级、烈度的概念 教具《建筑结构》教材及教案 板书设计第十三章建筑结构抗震设计基本知识 13.1 概述 三、震级 一、构造地震 二、地震波
四、烈度 13.2抗震设计的基本要求 五、抗震设防 青岛黄海职业学院教师教案 教案内容及教学过程提示与补充
课题导入： 地球是一个近似于球体的椭球体，平均半径约6370km，赤道半径约6378km，两极 半径约6357km． 地球内部可分为三大部分：地壳、地幔和地核． 课程新授： 第十三章建筑结构抗震设计基本知识 13.1 概述 一、构造地震 地震按其成因划分为四种类型： 1．火山地震：由于火山爆发而引起的地震； 2．陷落地震：由于地表或者地下岩层突然发生大规模陷落和崩塌而造成的地震； 3．诱发地震：由于人工爆破,矿山开采及工程活动引发的地震； 4．构造地震：由于地球内部岩层的构造变动引起的地震(约占地震发生的90%)—— 是结构抗震的主要研究对象 震源、震中和震中距 地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位为震源；震源正上方的地面位置为震 中；地面某处至震中的水平距离为震中距． 二、地震波 地震时振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。它包括在地球内部传 播的体波和只限于在地球表面传播的面波。 1.体波 体波中包括有纵波和横波两种形式。 纵波是由震源向外传递的压缩波，这种波质点振动的方向与波的前进方向一致，其特点是 振幅小、传播速度快，能引起地面上下颠簸（竖向振动）。 横波是由震源向外传递的剪切波，其质点振动的方向与波的前进方向垂直，其特点是周 幅大、传播速度较慢，能引起地面水平摇晃。 2.面波 面波是体波经地层界面多次反射传播到地面后，又沿地面传播的次生波。面波的特点是 振幅大，能引起地面建筑的水平振动。面波的传播是平面的，衰减较体波慢，故能传播到很远地震波的传播以纵波最快，横波次之，面波最慢。因此，地震时一般先出现由纵波 引起的上下颠簸，而后出现横波和面波造成的房屋左右摇晃和扭动。 青岛黄海职业学院教师教案 教案内容及教学过程提示与补充
未来抗震设计发展趋势之我见(内容清晰)
未来抗震发展趋势之我见 作者：张子北发布：2015.05.29 【摘要】 随着我国城镇化道路的逐步实现，在可预见的未来，最大限度地预防和减小地震灾害所引发的损失，必将是我国未来几年最急迫的课题。因此，适合本国国情的新的地震预防和抗震设计理念，以及新兴的抗震材料应用也变得越来越急迫！本文通过比较传统的抗震方法和新兴的设防理念，介绍了新理论的优越性以及未来在我国的应用发展趋势。 【关键字】 地震抗震传统结构发展趋势 【正文】 一、引言 随着21世纪的到来，国家制定了未来几年的城镇化规划，随着人口密度的增加，伴之而来的由自然灾害而带来的损失也越大。为应对频发的自然灾害，有效提高建筑安全等级则成为了一个必须面对且更需有效解决的现实问题，这关乎生命，关乎未来，关乎国家的可持续发展。而在所有危害建筑的自然灾害当中，地震危害首当其冲。在人口密集区的一次大型地震，不仅给该地区带来了极其巨大的经济损失，也带给本地区人民无以平复的生命灾难的创伤！ 地震灾害具有突发性强、破坏性大和比较难预测的特点。目前，地震的监测预报还是个世界性的难题。而且即使做到震前预报，如果建筑及其设施的抗震性能薄弱，也难以避免经济损失。因此，有效的抗震设防是建筑防震减灾的关键性任务。随着城镇化道路步伐的加快，未来抗震研究与发展则变得越来越重要，也变得极具挑战性，就此，分析未来抗震技术的发展也变得不可或缺。 二、地震的机理及破坏力 地震，俗称地动，其本质为一种自然现象。触发此种自然现象的原因极多，如：地层受到挤压而断裂错动，局部岩层的坍塌，火山喷发等。各种原因引起的震动以波的形式向上传递至地表时引起地面的运动，形成地震。震中距越小，破坏力越强。其中，以构造型地震的破坏性为最大，影响面为最广。而火山地震和陷落地震则因为成因的不同，影响较小，破坏性也较小。 类型成因影响
桥梁抗震构造措施
桥梁抗震的构造要求有哪些? 1．对简支梁，连续梁等梁式体系，必须设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造，阻止梁的横向位移。 2．对悬臂梁和T型刚构除采取上述措施外，还应采取阻止上部结构与上部结构之间出现横向相对位移的构造措施。 3．对活动支座，均应采取限制其位移、防止其歪斜的措施。 4．对简支梁应采取措施防止地震中落梁，如采用螺栓连接，钢夹板连接，以及将基础置于可液化层一定深度等措施。 5．对于桩式墩和柱式墩，桩(柱)与盖梁，承台联接处的配筋不应少于桩或柱身的最大配筋。 6．对于砖石混凝土墩台，应考虑提高墩台帽与墩台本身以及基础连接处，截面突变处的抗剪强度。 7．桥台胸墙应予加强。在胸墙与梁端部之间，宜填充缓冲材料，如沥青、油毛毡等。 8．砖石、混凝土墩台和拱圈的最低砂浆强度等级应按现行《公路桥涵设计规范》的要求提高一级使用。 9．不论为梁式桥、拱桥尽量避免在不稳定的河岸修建，并应合理布置桥孔，避免将墩台布设于在地震时可能滑动的岸坡上的突变处。 10．大跨径拱桥的主拱圈，宜采用抗扭刚度较大整体性较好的断面型式，如箱形拱，板拱等。当主拱圈采用组合断面时，应加强组合截面的连接强度，对双曲拱桥应加强肋波间的连接。 11．大跨径拱桥不宜采用二铰和三铰拱。当小跨径拱桥采用二铰板拱时，应采取防止落拱构造措施。 12．砖石、混凝土腹拱的拱上建筑，除靠近墩台的腹拱采用三铰或二铰外，其余铰拱宜采用连续结构。 13．拱桥宜尽量减轻拱上建筑的重量。 14．刚性地基烈度为9度时，或非刚性地基烈度为7度时的单孔及连拱桥与端腹孔，均应采取防止落拱构造，包括加长拱座斜面，设置防落牛腿以及将主拱钢筋伸入墩台帽内。 桥梁结构抗震措施 【提要：措施,抗震,结构,桥梁,】 桥梁结构抗震措施 为防止或减轻震害，提高结构抗震能力，对结构构造所作的改善和加强处理，通常称为抗震措施。各国的工程结构抗震规范对此都有明确的规定。对于桥梁结构,这些措施可归纳为:①对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强;②对结构各部加强整体联结;③对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件;④加强桥梁支座的锚固;⑤加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋,提高结构的延性;⑥对桥位处的不良土质应采取必要的土层加固措施;⑦须特别重视施工质量，如施工接缝处的强度保证等;⑧在重要的大桥上，必要时需采用减震消能装置，如橡胶垫块，特制的消能支座等。
建筑结构抗震设计方法
谈建筑结构抗震设计方法 摘要：地震具有突发性，且可预见性低，因此应以贯彻预防为主要方针，而其最根本的就是要搞好抗震设防和提高现代高层建筑抗震能力。本文从多个角度的建筑抗震设计方法，建筑抗震概念设计两方面进行概述。 地震是自然灾害在我国比较常见的之一，它的特点是突发性强，破坏性和可预见性低，所以为了增强建筑结构的抗震性能，一定要科学合理的抗震设计，有效提高现代建筑的抗震性能，以预防为主，从根本上有效保证建筑物的抗震性能，如何尽量减少地震所造成的破坏和损失。 一、建筑抗震概念设计 地震是一种难以把握的随机振动，其自身的复杂性和不确定性对于准确预测房屋遭遇的参数和特性无非是现代建筑科技的挑战。抗震在结构分析方面仍存在许多不确定性因素，例如未充分考虑非弹性性质，空间结构作用和阻尼变化，材料实效等诸多因素，因此抗震设计不能完全依赖计算得到的结果。长期抗震经验总结的抗震工程基本概念和抗震工程的基本理论应是抗震问题的基本立足点，同时也是良好结构性能的决定因素。 1 建筑场地的选择 地震中经常出现的“轻灾区有重灾，重灾区有轻灾的现象，就是由于地震对房屋的破坏不只是在结构上还有对房屋周围场地条件的破坏。例如地基土的不均匀沉陷滑坡，粉土沙土液化，地表的错动
与地裂。抗震设防区的建筑工程场地选择应遵循以下几点原则：（1）密实均匀的中硬场地土和开阔平坦的坚硬场地土是建筑抗震有利地段的最好选择。 （2）避开对建筑抗震的不利地段，例如突出的山嘴、高耸孤立的山丘、河岸和边坡边缘、采矿区、软弱场地土、非岩质陡坡、在平面分布上岩性状态成因明显不均匀的场地土。 二、建筑结构抗震设计的主要方法 建筑结构的抗震设计所采用的方法是多样的，在抗震设计过程中不但要设计出完美的方案，还应该做好建筑物的补救措施。因此，通常建筑师在抗震设计过程中需要进行综合分析，合理的对结构的布置与材料使用进行探讨，这将直接影响到建筑结构抗震能力的效果。所以，在设计过程中要合情合理，不偷工减料，这样才能够最大程度的减轻地震带来的破坏。 1、建筑抗震结构体系的选择 建筑的抗震结构体系是建筑结构设计需要重点考虑的内容，建筑结构方案的选择是否合理对整个建筑的安全性与经济性起着至关重要的作用。具体来看，应该从以下几个方面进行设计： （1）建筑结构体系应该尽量避免由于部分结构或作建筑构件破坏而造成整个结构失去抗震能力，甚至失去其自身的承载能力。抗震结构设计的一个基本原则就是要求结构具有足够的赘余度以及内力的重分配能力，即使由于地震而使得建筑结构的部分构件丧失，其他的构件依然可以承担其建筑载荷的能力，保证整个结构的稳定性；
抗震结构设计理念的应用与设计要点分析
抗震结构设计理念的应用与设计要点分析 摘要对于一个高层结构的设计，遇到的问题可能错综复杂，只能具体问题具体分析。工程实践表明在高层结构的设计过程中，设计人员只有抗震概念清晰，构造措施得当，应用合适的结构分析软件三者有机结合才能取得比较理想的结果，在这个过程中抗震构造重于结构计算。本文对建筑抗震进行必要的理论分析，从而探索高层建筑的设计理念、方法，采取必要的抗震措施。 关键词建筑结构;抗震设计;方法 1 抗震设计思路的概述 地震具有随机性、不确定性和复杂性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前是很难做到的。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在着不确定性。按照结构的破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及关键部位的细节构造，从根本上提高结构的抗震能力[1]。 2 现代抗震设计思路及关系在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路，其主要内容是 2.1 合理选择确定结构屈服水准的地震作用 一般先以具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系数）得到不同的设计用地面运动加速度（即小震的）来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水准。 2.2 制定有效的抗震措施使结构确实具备设计时采用的R所对应的延性能力 其中主要包括内力调整措施（强柱弱梁、强剪弱弯）和抗震构造措施。现代抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的，其核心是关系，关系主要指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。其中R为弹塑性反应地震力降低系数，简称地震力降低系数;而为最大非弹性反应位移与屈服位移之比，称为位移延性系数;T则为按弹性刚度求得的结构自振周期。 把结构用来做承载能力设计的地震作用取的越低，即R越大，则结构在与弹性反应时相同的地震作用下达到的非弹性位移就越大，位移延性需求就越高。这意味着结构必须具有更高的塑性变形能力。规律初步揭示出不同弹性周期的结构，当其弹塑性屈服水准取值大小不同时，在同一地面运动输入下屈服水准与所
对钢筋混凝土建筑结构现代抗震思路
对钢筋混凝土建筑结构现代抗震思路 摘要：该论文从1、抗震设计思路发展历程；2、现代抗震设计思路及关系；3、保证结构延性能力的抗震措施；4、我国抗震设计思路中的部分不足；5、常用抗震分析方法这五个方面，结全重庆大学白绍良老师的教义来对钢筋混凝土建筑结构现代抗震思路及我国设计规范抗震设计方法的理解和讨论 关键词：结构设计抗震 一。抗震设计思路发展历程 随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展，结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。 最初，在未考虑结构弹性动力特征，也无详细的地震作用记录统计资料的条件下，经验性的取一个地震水平作用（0.1 倍自重）用于结构设计。到了60年代，随着地面运动记录的不断丰富，人们通过单自由度体系的弹性反应谱，第一次从宏观上看到地震对弹性结构引起的反应随结构周期和阻尼比变化的总体趋势，揭示了结构在地震地面运动的随机激励下的强迫振动动力特征。但同时也发现一个无法解释的矛盾，当时规范所取的设计用地面运动加速度明显小于按弹性反应谱得出的作用于结构上的地面运动加速度，这些结构大多数却并未出现严重损坏和倒塌。后来随着对结构非线性性能的不断研究，人们发现设计结构时取的地震作用只是赋予结构一个基本屈服承载力，当发生更大地震时，结构将在一系列控制部位进入屈服后非弹性变形状态，并靠其屈服后的非弹性变形能力来经受地震作用。由此，也逐渐
形成了使结构在一定水平的地震作用下进入屈服，并达到足够的屈服后非弹性变形状态来耗散能量的现代抗震设计理论。 由以上可以看出，结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。 二。现代抗震设计思路及关系 在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路，其主要内容是： 1.合理选择确定结构屈服水准的地震作用。一般先以一具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系数）得到不同的设计用地面运动加速度（即小震的）来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水准。 2.制定有效的抗震措施使结构确实具备设计时采用的R所对应的延性能力。其中主要包括内力调整措施（强柱弱梁、强剪弱弯）和抗震构造措施。 现代抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的，其核心是关系，关系主要指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。其中R为弹塑性反应地震力降低系数，简称地震力降低系数；而为最大非弹性反应位移与屈服位移之比，称为位移延性系数；T则为按弹性刚度求得的结构自振周期。 60年代开始，研究者在滞回曲线为理想弹塑性及弹性刚度始终
抗震设计方法综述
抗震设计方法综述 作者：佚名文章来源：不详 抗震设计方法一：基于承载力设计方法 基于承载力设计方法又可分为静力法和反应谱法。静力法产生于二十世纪初期，是最早 的结构抗震设计方法。上世纪初前后日本浓尾、美国旧金山和意大利Messina的几次大地震 中，人们注意到地震产生的水平惯性力对结构的破坏作用，提出把地震作用看成作用在建筑 物上的一个总水平力，该水平力取为建筑物总重量乘以一个地震系数。意大利都灵大学应用 力学教授M.Panetti建议，1层建筑物取设计地震水平力为上部重量的1/10，2层和3层取 上部重量的1/12。这是最早的将水平地震力定量化的建筑抗震设计方法。日本关东大地震后， 1924年日本都市建筑规范"首次增设的抗震设计规定，取地震系数为0.1。1927年美国UBC 规范第一版也采用静力法，地震系数也是取0.1。用现在的结构抗震知识来考察，静力法没 有考虑结构的动力效应，即认为结构在地震作用下，随地基作整体水平刚体移动，其运动加 速度等于地面运动加速度，由此产生的水平惯性力，即建筑物重量与地震系数的乘积，并沿 建筑高度均匀分布。考虑到不同地区地震强度的差别，设计中取用的地面运动加速度按不同 地震烈度分区给出。根据结构动力学的观点，地震作用下结构的动力效应，即结构上质点的 地震反应加速度不同于地面运动加速度，而是与结构自振周期和阻尼比有关。采用动力学的 方法可以求得不同周期单自由度弹性体系质点的加速度反应。以地震加速度反应为竖坐标， 以体系的自振周期为横坐标，所得到的关系曲线称为地震加速度反应谱，以此来计算地震作 用引起的结构上的水平惯性力更为合理，这即是反应谱法。对于多自由度体系，可以采用振 型分解组合方法来确定地震作用。反应谱法的发展与地震地面运动的记录直接相关。1923年， 美国研制出第一台强震地震地面运动记录仪，并在随后的几十年间成功地记录到许多强震记 录，其中包括1940年的El Centro和1952年的Taft等多条著名的强震地面运动记录。1943 年M.A.Biot发表了以实际地震纪录求得的加速度反应谱。二十世纪50到70年代，以美国的 G. W. Housner、N. M. Newmark和R. W. Clough为代表的一批学者在此基础上又进行了大 量的研究工作。对结构动力学和地震工程学的发展作出了重要贡献，奠定了现代反应谱抗震 设计理论的基础。然而，静力法和早期的反应谱法都是以惯性力的形式来反映地震作用，并 按弹性方法来计算结构地震作用效应。当遭遇超过设计烈度的地震作用，结构进入弹塑性状 态，这种方法显然无法应用。同时，在由静力法向反应谱法过渡的过程中，人们发现短周期 结构加速度谱值比静力法中的地震系数大1倍以上。这使得地震工程师无法解释以前按静力 法设计的建筑物如何能够经受得住强烈地震作用。 抗震设计方法二：基于承载力和构造保证延性设计方法 为解决由静力法向反应谱法的过渡问题，以美国UBC规范为代表，通过地震力降低系数 R将反应谱法得到的加速度反应值am降低到与静力法水平地震相当的设计地震加速度ad， ad=am/R地震力降低系数R对延性较差的结构取值较小，对延性较好的结构取值较高。尽管 最初利用地震力降低系数R将加速度反应降下来只是经验性的，但人们已经意识到应根据结 构的延性性质不同来取不同的地震力降低系数。这是考虑结构延性对结构抗震能力贡献的最 早形式。然而对延性重要性的认识却经历了一个长期的过程。在确定和研究地震力降低系数 R的过程中，G. W. Housner和N. M. Newmark分别从两个角度提出了各自的看法。G. W. Housner认为考虑地震力降低系数R的原因有：每一次地震中可能包括若干次大小不等的较 大反应，较小的反应可能出现多次，而较大的地震反应可能只出现一次。此外，某些地震峰 值反应的时间可能很短，震害表明这种脉冲式地震作用带来的震害相对较小。基于这一观点， 形成了现在考虑地震重现期的抗震设防目标。随着研究的深入，N. M. Newmark认识到结构
《结构抗震设计》简答题及名词解释答案
《结构抗震设计》简答题及名词解释答案 1、简述两阶段三水准抗震设计方法。 答：我国《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001)规定：进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 具体为两阶段三水准抗震设计方法： 第一阶段是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，按与基本烈度相对应的众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱求得结构在弹性状态下的地震作用效应，然后与其他荷载效应组合，并对结构构件进行承载力验算和变形验算，保证第一水准下必要的承载力可靠度，满足第二水准烈度的设防要求(损坏可修) ，通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求； 对大多数结构，一般可只进行第一阶段的设计。 对于少数结构，如有特殊要求的建筑，还要进行第二阶段设计，即按与基本烈度相对应的罕遇烈度的地震动参数进行结构弹塑性层间变形验算，以保证其满足第三水准的设防要求。 2、简述确定水平地震作用的振型分解反应谱法的主要步骤。 (1)计算多自由度结构的自振周期及相应振型； (2)求岀对应于每一振型的最大地震作用(同一振型中各质点地震作用将同时达到最大值) ； (3)求出每一振型相应的地震作用效应； (4)将这些效应进行组合，以求得结构的地震作用效应。 3、简述抗震设防烈度如何取值。 答：一般情况下，抗震设防烈度可采用中国地震动参数区划图的地震基本烈度(或与本规范设计基本地震加速度值对应 的烈度值)。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。 4、简述框架节点抗震设计的基本原则。 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力； 多遇地震时节点应在弹性范围内工作； 罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递； 梁柱纵筋在节点区内应有可靠的锚固； 节点配筋不应使施工过分困难。 5、简述钢筋混凝土结构房屋的震害情况。 答：1.共振效应引起的震害； 2.结构布置不合理引起的震害； 3.柱、梁和节点的震害； 4.填充墙的震害； 5.抗震墙的震害。 6.采用底部剪力法计算房屋建筑地震作用的适用范围？在计算中，如何考虑长周期结构高振型的影响？ 答：剪力法的适用条件： (1)房屋结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀； 2)房屋的总高度不超过40m; (3)房屋结构在地震运动作用下的变形以剪切变形为主； (4)房屋结构在地震运动作用下的扭转效应可忽略不计； T >1 4T 为考虑长周期高振型的影响，《建筑抗震设计规范》规定：当房屋建筑结构的基本周期1■ g时， 在顶部附加水平地震作用，取^F n二rF Ek 再将余下的水平地震作用(1一7 )F Ek分配给各质点： F i (1_、：n)F Ek ' G j H j j吐 结构顶部的水平地震作用为F n和■F n之和。
抗震设计方法的发展
XKAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 建筑工程学院 2013—2014学年第二学期 研究生课程读书报告题目：抗震设计方法的发展 考核科目：高层建筑结构设计与分析 所在院系：建筑工程学院 专业：结构工程_____________ 姓名：刘继龙_______________ 学号：1307210443 _______
目录 摘要： (2) 1 引言 (2) 2 基于承载力的抗震设计方法 (2) 3 基于延性的抗震设计方法 (2) 4 基于位移的抗震设计方法 (3) 4.1 按延性系数设计方法 (3) 4.2 能力谱方法 (3) 4.3 直接基于位移的方法 (4) 5 基于性能的抗震设计方法 (4) 6 结论 (6) 参考文献 (7)
抗震设计方法的发展 摘要：介绍了抗震设计概念的发展过程，分析了近100 年来提出的五种主要抗震设计方法的优缺点，并重点论述了基于性能的抗震设计方法，以促进结构抗震性能的研究，更好地做好结构设计。 Abstract：It introdueces the development of aseismatic design,analyzes advantages and disadvantages of five aseismatic design methods of recent one hundred years,puts great emphasis on the designing method based on performance in order to promote the research of structural anti-quake capability and make better job of structure design. Key words : aseismatic design,structural component,ductile index 1 引言 对应于地震动和结构反应分析研究的发展，人们的抗震设计概念经历了基于承载力—基于延性+承载力—基于性能的过程。这个过程从以结构承载力分析为主，发展到兼顾承载力和结构变形，再到全面分析结构的承载力、变形、损伤和耗能。这些设计方法在实际结构的设计当中常常融合在一起，下面按照他们侧重点的不同分类，虽有偏颇，但能体现出随着科技水平的发展，人们对于结构抗震性能的认识水平和要求的逐步提高。在100 多年的发展过程中，大致提出了以下几种主要抗震设计方法。 2 基于承载力的抗震设计方法 20 世纪70 年代以前的抗震设计采用基于承载力的抗震设计方法，地震分析属于等效静力分析阶段，以结构构件的强度或刚度是否达到特定的极限状态作为结构是否失效的准则。基于承载力的抗震设计方法建立在静力分析理论之上。静力法和早期的反应谱法都是以惯性力的形式来反映地震作用，并按弹性方法来计算结构地震作用效应。该方法的缺点在于无法准确描述结构进入弹塑性阶段的表现，对结构在地震作用下的破坏程度控制不够。 3 基于延性的抗震设计方法 20 世纪60 年代，人们认识到对于一般的房屋结构、土体结构以及地基等，需要利用结构体系的非线性变形来充分考虑结构物的抗震性能。1973年—1976 年，纽马克和霍尔总结当时的经验，提出了用延性概念来概括结构超过弹性结构时的抗震能力。他们认为在抗震设计中除了重视强度和刚度外，还必须重视加强延性；并提出了延性系数将弹性反应谱修改成弹塑性反应谱的方法，并建议用于实际结构的抗震计算。 1979年，他们计算了10个地震动作用下的非线性反应谱，从而归纳出确定非线性反应谱原则、方法和数据，以及相应的机构地震反应分析方法。 非线性的大小用延性系数U二；max/；y来表示；max和鋼分别为所考虑的整体结构或部分结构的最