sap2000桥梁抗震设计中文版

集成化的通用结构分析与设计软件SAP2000®桥梁抗震设计ComputersandStructures,Inc.Berkeley,California,USA北京金土木软件技术有限公司北京市首体南路9号主语国际2号楼中国建筑标准设计研究院100048Version142009-06版权计算机程序SAP2000及全部相关文档都是受专利法和版权法保护的产品。全球范围的所有权属于ComputersandStructures，Inc.（SAP2000中文版版权同属于北京金土木软件技术有限公司）。如果没有ComputersandStructures,Inc.和北京金土木软件技术有限公司的预先书面许可，未经许可的程序使用或任何形式的文档复制一律禁止。更多信息和此文档的副本可从以下获得：北京金土木软件技术有限公司北京市海淀区首体南路9号主语国际2号楼中国建筑标准设计研究院100048电话：86-10-88383866/3766/5466/6366传真：86-10-88381056电子邮件：[e-mail]网址：&Structures,Inc.1995UniversityAvenueBerkeley,California94704USA电话：[phone]传真：[phone]电子邮件：[e-mail]网址：www.csiberkeley.com北京金土木软件技术有限公司版权所有©,2003–2008.©CopyrightComputersandStructures,Inc.,1978–2008.TheCSILogo®andSAP2000®areregisteredtrademarksofComputersandStructures,Inc.WatchandLearn™isatrademarkofComputersandStructures,Inc.WindowsisaregisteredtrademarkofMicrosoftCorporationAdobeandAcrobatareregisteredtrademarksofAdobeSystemIncorporated.免责声明SAP2000的开发及文件编制投入了相当多的时间、努力及费用。程序已经经过彻底地测试及使用。然而，在程序使用方面，使用者接受并清楚知道开发者或经销商在程序的准确性或可靠度上没有做任何直接或暗示的担保。本程序是实用且强大的结构设计工具。然而，使用者必须清晰地理解程序在如下环节的基本假定：建模、分析和设计算法，以及没有提及的方面。程序生成的信息必须由有资质和有经验的工程师来校核。工程师必须独立地核查结果，承担所使用信息的专业责任。前言0-1第1步建立桥梁模型1.1模型1-11.2桥梁例子描述1-21.3桥轴线线形1-41.4框架截面属性定义1-41.4.1盖梁1-51.4.2墩柱属性1-51.4.3I形梁属性1-61.4.4桩属性1-71.5桥面截面1-81.6桥墩数据1-81.7桥对象定义1-101.7.1桥台属性指定1-111.7.2桥台几何1-131.7.3桥墩属性指定1-141.7.4桥墩几何1-151.8桩基础等效1-161.9桥墩基础建模1-161.10质量源1-17第2步地震烈度和抗震设计需求2.1概述2-12.2AASHTO和USGS烈度图（HazardMaps）2-12.3抗震设计需求2-32.4进行抗震设计2-62.5自动荷载模式2-72.6自动荷载工况2-7第3步恒载分析和开裂截面属性3.1概述3-1第4步反应谱和需求位移4.1概述4-14.2反应谱荷载工况4-14.3反应谱荷载结果4-4第5步确定塑性饺属性和指定塑性饺5.1概述5-15.2塑性饺长度5-15.3非线性铰属性5-35.4非线性材料属性定义5-65.4.1混凝土非线性材料属性定义5-65.4.2钢非线性材料属性定义5-85.5塑性饺选项5-9第6步能力位移分析6.1SDCB和C的位移能力6-26.2SDCD的位移能力6-36.3Pushover结果6-6第7步需求/能力比7.1D/C比7-1第8步查看结果和创建报告8.1Design01–D/CRatios8-28.2Design02–BentColumnForceDemand8-28.3Design03–BentColumnIdealizedMomentCapacity8-28.4Design04–BentColumnCrackedSectionProperties8-38.5Design05–SupportBearingDemands–Forces8-38.6Design06–SupportBearingDemandDisplacements8-48.7Design07–SupportLengthDemands8-48.8建立报告8-5参考文献前言SAP2000/Bridge™已成为广泛认可和使用的桥梁结构分析与设计软件。在过去的三十五年中，ComputerandStructures，Inc提出了一种革新的对复杂结构的建模方式。对桥梁结构分析和设计昀新的革新是自动抗震设计特性，包含在SAP2000/Bridge™中。自动抗震设计使用AASHTOGuideSpecificationforLRFDSeismicBridgeDesign，允许工程师定义特定的抗震设计参数，并在设计中自动分析，应用到桥梁模型。用户可以自动形成反应谱和pushover分析。进一步SAP2000/Bridge程序确定需求和能力位移，并生成抗震系统（ERS）报告。按以下八个简单步骤完成：1.建立桥梁模型2.评估地动危险和抗震设计需求3.荷载分析并评估截面开裂属性4.指定反应谱和需求位移5.确定并指定塑性铰6.能力位移分析7.需求/能力比8.输出结果和报告每个步骤的详细解释在后面章节介绍。图中桥梁模型例子介绍了SAP2000/Bridge自动抗震设计特性。1-1使用SAP2000/Bridge™进行自动桥梁抗震设计八个步骤1-2第1步建立桥梁模型1.1模型本章描述使用SAP2000/Bridge建立桥梁结构抗震设计需求的第1步。假定用户熟悉程序中关联桥梁对象。只有建模中涉及到的部分在本章介绍。本手册中的SAP2000/Bridge模型包含在光盘中。AASHTOGuideSpecificationsforLRFDSeismicBridgeDesign中描述，这个桥中抗震类别为Type1–下部结构延性、上部结构基本弹性设计。这意味着设计中必须包含塑性铰。图1-1例子模型3D视图1.2桥梁例子描述桥梁例子为一三跨混凝土T形组合梁桥，具有以下特性：桩：14in直径钢管混凝土桩。混凝土配镜采用6根#5竖向钢筋，3根#4螺旋钢筋3in斜度。1-3桩帽：桥墩整体连接到混凝土桩帽上，每个桩帽用9根桩支承。桩帽尺寸13'-0''X13'-0''X4'-0''桥面：桥面由5根3'-3''预制I形梁支承81/2in厚桥面板、垫层（35psf）组成。桥面板宽度35'-10''，从板边到板边。跨度：三跨60'-0''。桥台假定在两端纵向及横向是自由的。图1-2例子桥立面图1-3桥平面1-4图1-4桥墩BENT1立面1-51.3桥轴线线形模型包含三跨，每跨60ft。布局线定义使用菜单桥梁布局线命令，轴线线形数据如图1-5所示。布局线为直线，无高程变化。实际布局线长度是178.42ft。图1-53D桥轴线线形数据1.4框架截面属性定义模型需要定义四个框架截面属性。模型中使用的四种框架单元构成一个桩、盖梁、桥柱、预应力混凝土I形梁。每个单元截面属性定义在下面介绍。1.4.1盖梁盖梁使用菜单定义截面属性框架截面命令定义。使用添加新属性添加下面的混凝土矩形：1-6图1-63D盖梁截面属性定义材料使用4000Psi。注意图中1-6中显示采用inches单位。1.4.2墩柱属性墩柱定义使用菜单定义截面属性框架截面命令用截面设计器定义。纵向钢筋和箍筋直径及数量定义如图1-7。柱截面属性针对塑性铰定义部分见第5步。1-7图1-7墩柱属性定义1.4.3I形梁属性I形梁属性使用inch单位输入，如图1-8所示。1-8图1-8预制I形梁属性1.4.4桩属性桩定义为14in直径混凝土，有6根#9竖向钢筋。外钢管弹性刚度乘以增大系数2.353，用桩截面属性增大系数指定。桩添加到桥模型为“等价悬臂柱”，如图1-9并在后面1.8中描述。使用此方法，桩用一个梁单元代替，等价刚度属性包含桩和周围的土。1-9图1-9桩属性1.5桥面截面桥面截面为38.833ft宽，带有5根I形梁，如图1-10对话框所示。护栏和垫层不添加到桥面结构定义中但使用附加恒载（SDEAD）施加到桥模型中。图1-10桥截面属性1-101.6桥墩数据例子模型有三根墩柱，盖梁宽度38.25ft。桥墩数据对话框如图1-11，输入柱数量和盖梁宽度。因为要指定多根柱，每根柱的位置、高度、约束条件需要使用墩柱数据对话框指定，使用修改/显示墩柱数据按钮打开对话框。图1-11桥墩柱数据点击修改/显示柱数据按钮，显示桥墩数据如图1-12所示，对每根桥柱定义类型、位置、高度、角度、边界条件。图1-12墩柱数据1-11模型一个重要特点是包含基础单元。尽管基础在每根柱柱底可以表示为固定、铰支、弹簧支座，本模型中显式指定。注意当基础对象作为桥模型的一部分时，桥柱不能约束，而是连接到基础单元。在桥墩柱数据对话框，使用固定或铰支约束柱根将防止桥荷载传到基础。本模型中，在每个方向都没有刚度的基础弹簧（BFSP1）用做支座数据。模拟基础并连接到桥墩柱根后，将实现桥墩柱支座。基础弹簧数据如图1-13所示。图1-13桥墩柱地基弹簧定义1.7桥对象定义桥对象数据对话框用于定义位置和指定到桥台和支座的支座属性。桥模型的地震反应取决于地震抵抗系统（ERS）。用户可以定义桥台和桥墩的支座条件类型。ERS取决于桥台和桥墩使用的支座类型，以及所使用的支座属性。如果支座有限值自由度，将提供一个加载路径，作为桥梁ERS的一部分。桥台可以使用桥墩定义为支座（此特性本例中没有使用）。1-12图1-14桥对象数据对话框桥跨数据用于定义跨长度和桥墩位置。使用修改/显示指定桥跨横隔板命令，相交横隔板也可以包含在桥模型中。本例中没有使用正交横隔板。1.7.1桥台属性指定桥台开始和结束指定使用桥对象桥台指定对话框定义，如图1-15。如果桥台斜交，桥台支承方向可以指定一个角。横隔板也可以添加到桥台。通过在下部结构指定框选择‘桥墩属性（BentProperty）’，桥台可以使用桥墩建模。选择后，有一个选项可以从已定义的桥墩属性列表中选择相应的属性定义。1-13图1-15桥台属性定义下部结构位置很关键，因为SAP2000/Bridge计入上部结构/下部结构的动力性。桥面端部有一个绕重力荷载旋转的倾向。如果桥台支承在桥两端约束平移，在支承和桥面弯矩将有向外的反应。向外推的梁及桥面弯矩是从桥面中和轴到桥台支承顶端的一个函数。因此，用户应特别注意下部结构和支承标高，以及支承约束属性。用户应记住抗震力路径在桥台和桥墩独立于支承的约束属性。对此例，只有垂直桥台支承竖直平移设为固定。所有其他桥台支座分量设为自由，因为桥台约束假定在纵向和横向是自由的。见图1-16。为帮助查看桥台几何，图1-17包含了例子模型中定义桥台支承和下部结构位置数据。同时注意当更新桥对象模型时，SAP2000/Bridge程序自动包含BFXSS刚性连接。1-14图1-16桥台支座属性1.7.2桥台几何图1-17也显示了BRG1作用点。此位置是支座平动或转动位置，平动还是转动取决于支座定义。图1-17桥台支座几何1-151.7.3桥墩属性指定桥台属性指定使用桥对象桥墩指定对话框，如图1-18。与桥台属性指定一样，桥墩属性指定包含桥墩方向、支座属性、下部结构方向。图1-18桥墩指定对话框对于本例子的模型,在桥墩位