大桥抗震分析报告.docx

1、大桥抗震分析报告XX市XX路工程XX大桥抗震分析报告 20 年 月一、工程概况XX市XX路XX大桥为两联等截面连续梁，每联为四跨（440m），总桥面宽为33.5m由左右两半幅桥面组成，每半幅桥的上部结构均由5片预应力混凝土小箱梁组成（见图1.2）。下部结构采用等截面矩形空心薄壁墩、直径1.5m为桩基础。桥跨的总体布置见图1.1。图1.1 XX大桥立面示意图图1.2 上部结构断面图图1.3 下部结构构造图联间墩设GYZ450X99型圆形板式支座，每片梁下为两个支座，联端为活动盆式支座。桥上二期恒载（含桥面铺装、栏杆、防撞墙和上水管等）为21.7kN/m。主梁为C50混凝土、盖梁和桥墩为C35混凝

2、土，桩基础为C25混凝土。主梁混凝土的容重取26 kN/m3、其它的容重取25 kN/m3，混凝土的其它参数均按现行公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范取值，见表1.1。表1.1 计算参数取值混凝土弹模（ 107kPa）弹簧刚度（kN/m）主梁盖梁桥墩承台桩一个支座弹簧3.233.153.153.152.802688基础土对桩基础对的约束作用采用弹簧模拟，弹簧的刚度用m法计算。查公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007），静力计算时土的m值取10000kN/m4，动力计算时处取m动=2m=20000 kN/m4。桩径d=1.5m，桩形状换算系数kf=0.9，桩的计算宽度b0=1

3、.00.9(1.5+1)=2.25m。建立有限元模型，桩基划分为单元长1m，在每个节点设水平节点弹性支承，弹簧刚度：K=12.2520000Z=4500Z（kN/m）式中，Z为设置弹簧处距地面的距离。二、设计规范和标准1、设计规范（1）城市桥梁设计准则（CJJ 11-93）（2）城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98）（3）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）（5）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）（6）公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）2、设计标准：（1）立交等

4、级：城市枢纽型互通式立交；道路等级：城市I级主干道（2）设计荷载：城-A级（公路-I级）（3）设计基准期：100年（4）设计安全等级：二级；结构重要性系数：1.0（5）抗震设防烈度8度，设计地震加速度峰值0.20g（6）场地类别为II类场地，特征周期0.40s三、 设防标准、性能目标及计算方法根据公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）（以下简称“抗震细则”）的规定，进行本工程的抗震设计和计算。1、设防标准本桥为城市I级主干道上的中小桥梁，抗震设防类别为B类，必须进行E1地震作用和E2 地震作用下的抗震设计，还必须按为9级进行抗震设防措施设计。2、性能目标本桥E1地震作用和E

5、2地震作用对应的抗震重要性系数分别为0.43和1.3，对应的设计地震重现期大约分别为75年和1000年。E1地震作用下抗震设防目标是结构一般不受损伤或不需修复可继续使用；E2作用下的抗震设防目标是应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急交通使用。3、计算方法本工程采用“两水准设防、两阶段设计”方法进行设计计算。第一阶段采用弹性抗震设计，即在E1地震作用下要求结构保持弹性，按规范规定验算构件强度，采用反应谱方法计算。第二阶段采用延性抗震设计方法，即对应E2地震作用时，保证结构具有足够的延性能力大于延性需求，由于桥梁非规则采用非线性时程方法计算结构的非线性地震反应。并通过引入能力

6、保护原则，确保塑性铰只在选定的位置出现，且不出现剪切破坏等破坏模式。表3.1 XX市XX路XX大桥抗震设防水准和抗震性能目标设防水准抗震性能目标计算方法地震重现期75年（E1水准）桥墩 不受损坏或不需修复可继续使用；盖梁 保持弹性；桩基 保持弹性；支座 保持正常工作状态。反应谱法地震重现期1000年（E2水准）桥墩 保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急交通使用；盖梁 基本保持弹性，不作为耗能构件，保护层不剥落；桩基 基本保持弹性，不作为耗能构件，保护层不剥落；支座 基本保持正常工作状态。非线性时程分析法四、动力分析模型及自振特性分析结构系统无阻尼自由振动的频率和相应振型(以

7、下简称自振特性)是结构体系的重要动力特征，同时它对于求解结构的动力反应也具有十分重要的意义。分析和认识桥梁墩的动力特性是进行地震反应分析和抗震设计的基础。桥墩的自振特性分析的目的就是求出桥墩的自振周期和相应的振型。1、 动力分析模型全桥共划分1079个单元，996个节点，主梁及桥墩采用空间梁单元模拟，地基土对桩基础的约束作用及联间橡胶支座用弹簧来模拟。其中0#、8#台及4#墩为活动支座约束，计算模型见图4.1图4.3。图4.1 动力计算模型图4.2 36号墩处模型局部放大图(i)主梁端部断面示意图 (ii) 主梁中部断面示意图图4.3 主梁断面示意图2 全桥自振特性分析部分自振周期及相应振型描

8、述列于表4.1，振型示于图4.4图4.13。表4.1自振周期及其相应振型描述 振 型自振周期 (s)振型描述第一振型2.39第一联（1#、2#及3#墩柱）顺桥向弯曲振动第二振型2.07第二联（5#、6#及7#墩柱）顺桥向弯曲振动第三振型0.93第一联横桥向扭转振动第四振型0.83第三联横桥向扭转振动第五振型0.81第二联（3#、4#及5#墩柱）横桥向弯曲振动第六振型0.74第一联顺桥向弯曲振动第七振型0.70第三联顺桥向弯曲振动第八振型0.65第二联横桥向弯扭振动第九振型0.635#墩及相邻桥面的顺桥向弯曲振动第十振型0.604#墩及相邻桥面的顺桥向弯曲振动图4.4 第1阶振型图4.5 第2阶

9、振型图4.6 第3阶振型图4.7 第4阶振型图4.8 第5阶振型图4.9 第6阶振型图4.10 第7阶振型图4.11 第8阶振型图4.12 第9阶振型图4.13 第10阶振型五、E1水准地震反应分析本桥为直线桥，只考虑水平向地震作用，分别考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用。地震作用采用设计加速度反应谱表征。1、规范水平设计加速度反应谱阻尼比为0.05，阻尼比调整系数Cd=1.0，II类场地系数Cs=1.0，桥址位置的特征周期Tg=0.40s，抗震重要性系数Ci=0.43Smax=2.25CiCsCdA=2.250.431.01.00.20g=0.1935g水平设计加速度反应谱S由下式确定：图5.

10、1水平加速度反应谱曲线2、反应谱内力计算图5.2 顺桥向弯矩图图5.3 顺桥向剪力图图5.4 横桥向弯矩图图5.5 横桥向剪力图表5.1 反应谱内力汇总墩 号顺桥向地震力横桥向地震力墩底承台底墩底承台底弯矩（kN m）剪力（kN）弯矩（kN m）剪力（kN）弯矩（kN m）剪力（kN）弯矩（kN m）剪力（kN）12165110712655413574414118195314319952200989512409112195917321186970422723209341009253211350682992515809342676417016984213151267481861735566481

11、92751853193922587123155663214266361228361923010152382113044110817814996119397172391301238661541395842583529742744六、E2水准地震反应分析采用非线性时程分析方法计算模型关键部位的位移与内力。1、地震动参数非线性时程分析的加速度地震波为规范反应谱人工合成地震动。E2水准对应的3条水平加速度地震波见图6.1图6.3。图6.1 第1条人工合成地震动图6.2 第2条人工合成地震动图6.3 第3条人工合成地震动2、等效塑性铰区长度计算在E2地震作用下，桥梁可按抗震细则7.4.3条计算单柱墩墩底

12、塑性铰区域的等效塑性铰长度Lp，计算公式如下，取两式计算结果的较小值：式中，H为悬臂墩的高度或塑性铰截面到反弯点的距离（cm）； b为矩形截面的短边尺寸（cm）； fy为纵向钢筋抗拉强度标准值（MPa）； ds为纵向钢筋的直径（cm）。XX大桥各墩的等效塑性区长度计算见表6.1。表6.1 等效塑性铰区长度计算项 目1#2#3#4#5#6#7#b2.52.52.52.52.52.52.52/3b1.71.71.71.71.71.71.7LP1/m1.71.71.71.71.71.71.7H/m27.031.030.032.029.026.016.00.08H/cm216.0248.0240.02

13、56.0232.0208.0128.0fy/MPa335.0335.0335.0335.0335.0335.0335.0ds/mm28.028.028.028.028.028.028.0fyds938.0938.0938.0938.0938.0938.0938.0LP2/cm236.6268.6260.6276.6252.6228.6148.60.044fyds41.341.341.341.341.341.341.3LP2/m2.42.72.62.82.52.31.5LP/m1.71.71.71.71.71.71.53、 桥墩塑性铰区截面的弯矩-曲率分析混凝土桥墩的抗弯强度是通过截面的轴力弯矩

14、曲率分析来得到，截面的关系曲线采用条带法计算。首先，根据截面特性将截面划分成为图6.4中左图所示的条带。在划分条带时将约束混凝土、无约束混凝土及钢筋分别划分，其中保护层的混凝土、约束混凝土的应力-应变关系采用Mander模型计算。用条带法计算关系曲线时采用逐级加变形法计算。将计算出的弯矩-曲率全过程曲线转换成图6.5所示的等效双线性骨架曲线。图6.4 截面曲线的条带法计算示意图u0yeqMuMeqMMy图6.5 屈服曲率和等效屈服曲率定义XX大桥1#7#桥墩的弯矩-曲率全过程曲线与等效双线性曲线，见图6.6图6.9及表6.2。图6.9 1#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线图6.7 2#6#墩顺桥向的弯

15、矩-曲率曲线图6.8 7#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线图6.8 1#墩横桥向的弯矩-曲率曲线表6.2 弯矩-曲率计算墩号顺桥向横桥向My yMu uMeq eqMy yMu uMeq eqkN m1/mkN m1/mkN m1/mkN m1/mkN m1/mkN m1/m1#7.68E41E-39.08E41.06E-28.68E41.11E-31.69E52.89E-41.76E51.56E-31.76E51.49E-42#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-43#7.88E41E-3

16、9.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-44#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-45#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-46#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-47#7.

17、45E41E-38.80E41.10E-28.48E41.10E-31.61E52.89E-41.68E51.56E-31.61E51.49E-44、全桥非线性时程反应分析XX大桥非线性时程反应内力列于表6.3及表6.4。表6.3 顺桥向时程地震力截 面内 力第1条波第2条波第3条波最大值1墩底弯矩（kN m）58892529705200558892剪力（kN）2879277325662879承台底弯矩（kN m）74001683446312274001剪力（kN）32223396349934992墩底弯矩（kN m）54106541365009854136剪力（kN）237925252630

18、2630承台底弯矩（kN m）66349666156112366615剪力（kN）28773059362536253墩底弯矩（kN m）55919554704770355919剪力（kN）2521273425972734承台底弯矩（kN m）69168700215717470021剪力（kN）29483334335933594墩底弯矩（kN m）38113358944568145681剪力（kN）2473227922322473承台底弯矩（kN m）52923465085757957579剪力（kN）32903141282532905墩底弯矩（kN m）54014574024057857402

19、剪力（kN）2352277624612776承台底弯矩（kN m）65085695605489369560剪力（kN）28873360302333606墩底弯矩（kN m）57357549454582957357剪力（kN）2736274127252741承台底弯矩（kN m）71559687545970871559剪力（kN）30733380343134317墩底弯矩（kN m）48417523814176852381剪力（kN）3428355831403558承台底弯矩（kN m）67188713035883871303剪力（kN）3697414735214147表6.4 横桥向时程地震力

20、截 面内 力第1条波第2条波第3条波最大值1墩底弯矩（kN m）140399127135133793140399剪力（kN）5915525850815915承台底弯矩（kN m）173710155602162483173710剪力（kN）60955625489860952墩底弯矩（kN m）154404160796158398160796剪力（kN）5287570654225706承台底弯矩（kN m）183087191564188090191564剪力（kN）53806259535662593墩底弯矩（kN m）122574176124165690176124剪力（kN）4659685259

21、216852承台底弯矩（kN m）149115216006199289216006剪力（kN）49777156594471564墩底弯矩（kN m）101111108896122049122049剪力（kN）3414406042134213承台底弯矩（kN m）118946130909144845144845剪力（kN）40774504438245045墩底弯矩（kN m）167974169760165278169760剪力（kN）6356639161856391承台底弯矩（kN m）202791204529199343204529剪力（kN）63876953613569536墩底弯矩（kN

22、m）126783108770120901126783剪力（kN）5631494049545631承台底弯矩（kN m）158458135857148356158458剪力（kN）59635436486959637墩底弯矩（kN m）101507102977122411122411剪力（kN）6922707283458345承台底弯矩（kN m）143121144717172754172754剪力（kN）7007743584718471XX大桥的非线性时程位移列于表6.5及表6.6。表6.5 墩顶时程位移墩号顺桥向墩顶位移/m横桥向墩顶位移/m第1条波第2条波第3条波最大值第1条波第2条波第3条

23、波最大值10.1060.0960.0940.1060.0420.0370.0390.04220.1200.1200.1060.1200.0530.0560.0550.05630.1130.1130.1020.1130.0400.0580.0540.05840.0780.0740.0840.0840.0330.0370.0400.04050.1050.1110.0880.1110.0530.0530.0520.05360.0970.0930.0780.0970.0370.0320.0340.03770.0480.0510.0420.0510.0220.0230.0270.027表6.6 顺桥向支

24、座时程位移墩号顺桥向支座位移/m第1条波第2条波第3条波最大值10.0700.0870.0740.08720.0530.0640.0550.06430.0610.0740.0630.07450.0590.0630.0550.06360.0770.0800.0700.08070.1110.1170.0900.117XX大桥的部分典型时程曲线示于图6.9图6.14。 图6.9 顺桥向2#墩顶位移时程曲线图6.10 顺桥向2#墩梁相对位移时程曲线图6.11 顺桥向2#墩底弯矩时程曲线图6.12 顺桥向2#墩底剪力时程曲线图6.13 横桥向3#墩顶位移时程曲线图6.14 横桥向3#墩底弯矩时程曲线七、

25、抗震验算由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）知，桥墩在地震（偶遇荷载）作用下只需进行承载能力验算。由公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）的第第9.4条，当桥墩截面的地震反应弯矩ME小于初始屈服弯矩My时，整个截面保持弹性，截面的裂缝宽度不会超过容许值，结构基本无损伤，能满足结构在弹性范围内工作的性能目标。1、E1水准地震作用下的抗震验算（1）桥墩的强度验算顺桥向1#桥墩的地震作用控制设计，横桥向3#桥墩的地震作用控制设计。取最不利桥墩的控制截面进行抗弯强度验算，列于表7.1。表7.1 桥墩的抗弯强度验算顺桥向抗弯强度验算横桥向抗弯强度验算地震反应弯矩ME初始屈服弯矩MyMEMy验算结论地震反应弯矩ME初始屈服弯矩MyMEMy验算结论21651 kN m7.68E4 kN m是通过68299 kN m1.84E5 kN m是通过结论：由上表可知，E1水准地震作用下桥墩的抗弯强度满足要求。（2）桩基础的强度验算