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桥梁抗震基本要求、场地和地基与地震作用李建中同济大学89规范存在的问题新规范编写要点地震桥梁震害分析基本要求场地和地基地震作用1.1典型桥梁震害1桥梁地震桥梁震害与抗震设计落梁破坏桥梁结构特点：采用板式橡胶支座，梁体直接搁置在支座上百花大桥庙子坪大桥G213庙子坪大桥1345679111315171921232×5012512522017×50都江堰汶川(a)第5孔落梁1桥梁地震桥梁震害与抗震设计阪神地震中西宫港大桥引桥落梁Spancollapse,1971SanFernandoearthquake.1桥梁地震桥梁震害与抗震设计1989LomaPrietaEarthquake墩柱破坏汶川地震百华大桥墩柱破坏LomaPrieta震害1桥梁地震桥梁震害与抗震设计1995年日本阪神大地震HanshinExpressway洛马-普雷塔大地震1999年台湾集集地震1桥梁地震桥梁震害与抗震设计日本阪神（1995）1桥梁地震桥梁震害与抗震设计基础破坏1桥梁地震桥梁震害与抗震设计其它桥梁1桥梁地震桥梁震害与抗震设计梁体间碰撞，挡块破坏1桥梁地震桥梁震害与抗震设计1.2桥梁震害原因与启示支承连接部件失效支承连接部件失效固定支座：强度不足活动支座：位移能力不足橡胶支座：梁底与支座底滑动墩、台支承宽度不足、防落梁措施设计不合理（限位装置）落梁梁体较大位移梁、墩台间较大位移伸缩缝、挡块破坏（碰撞问题）足够搭接长度合理设计防落梁措施和限位装置1桥梁地震桥梁震害与抗震设计桥梁墩柱破坏墩柱延性不足：横向约束箍筋配置不足；（抗弯破坏）构造缺陷：横向约束箍筋间距过大，搭接失效，纵筋过早切断，锚固长度不足；箍筋端部没有弯钩等抗剪强度不足：横向箍筋配置不足；（剪切破坏）延性抗震设计能力保护设计1桥梁地震桥梁震害与抗震设计基础破坏断裂通过基础移位、沉降避让土破坏：沙土液化防液化措施桩身破坏：能力保护设计1桥梁地震桥梁震害与抗震设计采用的设防水准均为50年基准期10%超越概率，重要结构物的设防等级用重要性系数来体现。单一水准设防，采用基于强度一阶段设计；弹性地震力采用综合影响系数折减考虑结构进入塑性性能289规范局限性与新规范编写要点桥墩计算高度H（m）桥梁和墩、台类型10H2010≤H3020≤H柔性墩柱式桥墩、排架桩墩、薄壁桥墩0.30(3.33)0.33(3)0.35(2.86)实体墩天然基础和沉井基础上的实体桥墩0.20(5)0.25(2.86)0.30(3.33)多排桩基础上的桥墩0.25(4)0.30(3.33)0.35(2.86)梁桥桥台0.35(2.86)拱桥0.35(2.86)2.189规范局限性eFFuuyCFez力F位移yuuezCF位移F力eFu=__Fu=_uFeFuyFCF=uze力位移（c）基于强度的抗震检算局限性HFu_计算弹性周期T0弹性地震力Fe0设计地震力Fd0=cFe0取Fy=Fd0，进行截面设计弹性加速度反应谱Sa(T)综合影响系数289规范局限性与新规范编写要点采用综合影响系数考虑结构进入塑性（延性），但塑性铰保证延性的细节构造不明确，综合影响系数取值模糊并且明显不合理。对于墩柱抗剪、基础抗震计算和验算没有规定，实际应用时存在错误。没有引入能力保护设计思想；289规范局限性与新规范编写要点注：对于C、D类桥，其基础设计力的修正系数取为R＝1，或采用能力保护方法计算基础设计力；在计算桥墩的剪力设计值时，修正系数R＝1或采用能力保护方法计算剪力设计值。1.0柱式桥墩或薄壁墩与基础之间的连接构件35钢或钢和混凝土复合排架桩墩z无斜桩z有一根或多根斜桩1.0柱式桥墩、薄壁墩或排架桩墩与盖梁或上部结构之间的连接构件3独柱式桥墩30.8上部结构一跨内的伸缩缝2钢筋混凝土排架桩墩z无斜桩z有一根或多根斜桩0.8上部结构与桥台之间的连接构件2薄壁墩（顺桥向）R连接构件R桥墩类型美国规范289规范局限性与新规范编写要点2.2新规范编写要点主要针对量大面广的梁桥和跨度不超过150m的拱桥，斜拉桥、悬索桥和大跨度拱桥可参照本规范给出的抗震设计原则进行设计取消了综合影响系数：采用两水平设防，两阶段设计，并给出了明确的性能目标适用于抗震设防烈度为6度、7度、8度和9度地区的城市桥梁抗震设计。抗震设防烈度大于9度地区的桥梁和有特殊要求的大跨径或特殊桥梁，其抗震设计应作专门研究，按有关专门规定执行。289规范局限性与新规范编写要点增加了桥梁延性抗震设计和能力保护原则，增加桥梁减、隔震设计，增加了局部细节设计和抗震构造措施内容增加了抗震分析建模原则和抗震分析方法尽可能地吸收了美国、日本现行抗震设计规范的理念和方法，吸取近几十年桥梁震害的教训，弥补了89规范的不足增加了对桥梁抗震体系的要求，给出了概念设计原则289规范局限性与新规范编写要点3.基本要求分为甲类、乙类、丙和丁四类四个抗震设防类别，分别对应不同的抗震设防标准和设防目标。3.1桥梁抗震设防分类除甲、乙和丙三类桥梁以外的其它桥梁丁类城市主干路和轨道交通桥梁丙类除甲类桥梁以外的交通网络中枢纽位置的桥梁和城市快速路上的桥梁乙类悬索桥、斜拉桥以及大跨度拱桥甲类适用范围桥梁抗震设防类别设防目标采用两水平设防、两阶段设计的思想，取消综合影响系数表3.1.2城市桥梁抗震设防标准E1地震作用E2地震作用桥梁类别震后使用要求损伤状态震后使用要求损伤状态甲立即使用结构总体反应在弹性范围，基本无损伤不需修复或经简单修复可继续使用局部可发生可修复的损伤乙立即使用结构总体反应在弹性范围，基本无损伤经抢修可恢复使用，永久性修复后恢复正常运营功能有限损伤丙立即使用结构总体反应在弹性范围，基本无损伤经临时加固，可供紧急救援车辆使用不产生严重的结构损伤丁立即使用结构总体反应在弹性范围，基本无损伤___不致倒塌抗震设防标准3.基本要求3.2地震影响甲类桥梁所在地区遭受的E1和E2地震影响，应按地震安全性评价确定，相应的E1和E2地震重现期分别为475年和2500年。乙类、丙类和丁类桥梁E1和E2的水平向地震动峰值加速度A的取值，应根据现行《中国地震动参数区划图》查得的地震动峰值加速度，乘以表3.2.2中的E1和E2地震调整系数3.基本要求表3.2.2各类桥梁E1和E2地震调整系数E1地震作用E2地震作用桥梁分类6度7度8度9度6度7度8度9度乙类0.610.610.610.61―2.2(2.05)2.0(1.7)1.55丙类0.460.460.460.46―2.2(2.05)2.0(1.7)1.55丁类0.350.350.350.35――――E1地震作用是在《建筑结构抗震设计规范》中的多遇地震（重现期63年）的基础上，考虑如下表3.2.1中的重要性系数得到的：乙、丙和丁类桥梁的E2地震作用直接采用《建筑结构抗震设计规范》中的罕遇地震（重现期2000年∼2450年）。乙类丙类丁类1.71.31.03.基本要求3.3抗震设计方法分类根据场地地震基本烈度和桥梁抗震设防分类，乙、丙和丁类桥梁的抗震设计方法分为：A、B和C三类。1A类：应进行E1和E2地震抗震分析和抗震验算，满足抗震体系以及相关构造和抗震措施的要求；2B类：应进行E1地震作用下的抗震分析和抗震验算；满足相关构造和抗震措施的要求；3C类：应满足相关构造和抗震措施的要求，不需进行抗震分析和抗震验算。表3.3.3桥梁抗震设计方法类别地震烈度乙丙丁6度BCC7度、8度和9度地区AAB3.基本要求3.4桥梁抗震体系桥梁结构抗震体系应满足以下要求：(1)有可靠和稳定传递地震作用到地基的途径；(2)有效的位移约束，能可靠地控制结构地震位移，避免发生落梁破坏；(3)有明确、可靠、合理的地震能量耗散部位；(4)应避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。3.基本要求EQPlasticHinge类性1：上部、基础弹性，墩柱延性设计桥梁结构抗震体系类型3.基本要求EQSeismicIsolation类性2：墩柱、基础、上部结构弹性，支座弹缩性－减隔震设计3.基本要求延性构件能力保护构件—桥墩—横梁（盖梁）、基础、墩柱抗剪、支座梁墩相对位移3.基本要求nyu曲率nMyMMu弯距=Vc0Vc0Mn___0coMMcoPVcon0=M(a)脆性链子(b)延性链子PP脆性链子，强度为Pib延性链子，强度为Pd脆性链子，强度为Pib△△P图3-14能力设计原理的简单范例3.基本要求采用板式橡胶支座的桥梁结构，如在地震作用下，支座抗滑性能不满足，应采用墩梁限位装置，或进行桥梁减隔震设计。地震作用下，如桥梁固定支座水平抗震能力不满足，应通过计算设置连接梁体和墩柱间的剪力键，由剪力键承受支座所受地震水平力或进行桥梁减隔震设计。如采用A类抗震设计方法的桥梁抗震体系不能满足对结构抗震体系的要求，应通过深入的研究，使结构在地震作用下性能满足表3.1.2的要求，并应进行专题论证3.基本要求3.5抗震概念设计对于梁式桥，一联内桥墩的刚度比宜满足以下要求（1）任意两桥墩刚度比：5.0≥iejjeimkmk（2）相邻桥墩刚度比：75.0≥kkejei3.基本要求梁式桥（多联桥）相邻联的基本周期比宜满足下式7.0≥jiTT3.6抗震设计流程3.基本要求4场地和地基4.1场地与《建筑结构抗震规范》同＞80＞15，≤80≥3，≤15＜3≤140＞50≥3，≤50＜3＞140≥5＜5＞2500＞500ⅣⅢⅡⅠ场地类别平均剪切波速（m/s）4.2液化土、4.3地基的承载力与《建筑结构抗震规范》同4.4桩基E2地震作用下，非液化土中，单桩的抗压承载能力可以提高至原来的2倍，单桩的抗拉承载力，可比非抗震设计时提高25%。4当桩基内有液化土层时，液化土层的承载力（包括桩侧摩阻力）、土抗力（地基系数）、内摩擦角和内聚力等，可根据液化抵抗系数予以折减。折减系数4场地和地基桥梁结构地震作用考虑的原则一般情况下，城市桥梁可只考虑水平向地震作用，直线桥可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。设防烈度为8度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，以及竖向作用引起的地震效应很重要时，应同时考虑顺桥向X、横桥向Y和竖向Z的地震作用。地震作用分量组合采用反应谱法或功率谱法同时考虑三个正交方向的地震作用时，可分别单独计算各方向地震作用产生的最大效应，然后组合222XYZEEEE=++5地震作用5．1一般规定222XYZEEEE=++5.2设计加速度反应谱与《建筑结构抗震设计规范》同4场地和地基5.3设计地震动时程做过地震安全性评价的桥址，设计地震动时程要根据专门的工程场地地震安全性评价的结果确定。未作地震安全性评价的桥址，可根据本规范设计加速度反应谱，合成与其兼容的设计加速度时程；也可选用与设定地震震级、距离大体相近的实际地震动加速度记录，通过时域方法调整，使其反应谱与本细则设计加速度反应谱兼容。为考虑地震动的随机性，设计加速度时程不得少于三组（条），且应保证任意二时程间由下式定义的相关系数ρ的值小于0.1。∑∑∑===⋅=NjjNjjNjjjaaaa122121121ρ4场地和地基桥梁抗震分析、验算与延性构造措施同济大学延性构造细节设计抗震分析强度与变形验算6抗震分析适用范围：常规桥梁单跨跨径不超过150m的混凝土梁；桥圬工或混凝土拱桥；墩高超过40m，墩身第一阶振型有效质量低于60％第1振型第2振型第3振型6.1一般规定规则桥梁和非规则桥梁划分表6.1.4桥梁抗震分析可采用的计算方法MM/THSM/MMMM/THSM/MME2MM/THSM/MMMM/THSM/MME1非规则规则非规则规则采用B类抗震设计方法采用A类抗震设计方法6抗震分析ϕϕϕ表6.1.3规则桥梁的定义不易液化、侧向滑移或易冲刷的场地，远离断层地基条件桥墩为单柱墩、双柱框架墩、多柱排架墩。下部结构类型普通板式橡胶支座、盆式支座（铰接约束）等。使用滑板支座、减隔震支座等属于非规则桥梁支座类型2344跨与跨间桥墩最大刚度比0.3轴压比1.51.5223跨与跨间最大跨长比单跨30°且一联累计90°，同时曲梁半径R≥20b（b为桥宽