大桥抗震分析报告.docx

资源描述

大桥抗震分析报告.docx

《大桥抗震分析报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大桥抗震分析报告.docx（54页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

大桥抗震分析报告.docx

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（4×40m），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1.1XX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混凝土，桩基础为C25混凝土。

主梁混凝土的容重取26kN/m3、其它的容重取25kN/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

3.23

3.15

2.80

2688

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》（JTGD63-2007），静力计算时土的m值取10000kN/m4，动力计算时处取m动=2×m=20000kN/m4。

桩径d=1.5m，桩形状换算系数kf=0.9，桩的计算宽度b0=1.0×0.9×（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=1×2.25×20000×Z=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》（CJJ11-93）

（2）《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）

（3）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）

（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）

（6）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）

2、设计标准：

（1）立交等级：

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/TB02-01-2008）（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E2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3.1XX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4.23～6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

0.63

5#墩及相邻桥面的顺桥向弯曲振动

第十振型

0.60

4#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=0.43

Smax=2.25CiCsCdA=2.25×0.43×1.0×1.0×0.20g=0.1935g

水平设计加速度反应谱S由下式确定：

图5.1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

（kNm）

剪力

（kN）

弯矩

（kNm）

剪力

（kN）

弯矩

（kNm）

剪力

（kN）

弯矩

（kNm）

剪力

（kN）

1＃

21651

1071

26554

1357

44141

1819

53143

1995

2＃

20098

951

24091

1219

59173

2118

69704

2272

3＃

20934

1009

25321

1350

68299

2515

80934

2676

4＃

17016

984

21315

1267

48186

1735

56648

1927

5＃

18531

939

22587

1231

55663

2142

66361

2283

6＃

19230

1015

23821

1304

41108

1781

49961

1939

7＃

17239

1301

23866

1541

39584

2583

52974

2744

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

2.5

2/3b

1.7

LP1/m

1.7

H/m

27.0

31.0

30.0

32.0

29.0

26.0

16.0

0.08H/cm

216.0

248.0

240.0

256.0

232.0

208.0

128.0

fy/MPa

335.0

ds/mm

28.0

fy×ds

938.0

LP2/cm

236.6

268.6

260.6

276.6

252.6

228.6

148.6

0.044fy×ds

41.3

LP2/m

2.4

2.7

2.6

2.8

2.5

2.3

1.5

LP/m

1.7

1.5

3、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－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

φu

φy

φeq

Meq

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6.91#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线

图6.72#～6#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线

图6.87#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线

图6.81#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

Meq

kNm

1/m

kNm

1/m

kNm

1/m

kNm

1/m

kNm

1/m

kNm

1/m

7.68E4

1E-3

9.08E4

1.06E-2

8.68E4

1.11E-3

1.69E5

2.89E-4

1.76E5

1.56E-3

1.76E5

1.49E-4

7.88E4

1E-3

9.31E4

1.02E-2

8.88E4

1.11E-3

1.84E5

2.89E-4

1.92E5

1.45E-3

1.84E5

1.49E-4

7.88E4

1E-3

9.31E4

1.02E-2

8.88E4

1.11E-3

1.84E5

2.89E-4

1.92E5

1.45E-3

1.84E5

1.49E-4

7.88E4

1E-3

9.31E4

1.02E-2

8.88E4

1.11E-3

1.84E5

2.89E-4

1.92E5

1.45E-3

1.84E5

1.49E-4

7.88E4

1E-3

9.31E4

1.02E-2

8.88E4

1.11E-3

1.84E5

2.89E-4

1.92E5

1.45E-3

1.84E5

1.49E-4

7.88E4

1E-3

9.31E4

1.02E-2

8.88E4

1.11E-3

1.84E5

2.89E-4

1.92E5

1.45E-3

1.84E5

1.49E-4

7.45E4

1E-3

8.80E4

1.10E-2

8.48E4

1.10E-3

1.61E5

2.89E-4

1.68E5

1.56E-3

1.61E5

1.49E-4

4、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（kNm）

58892

52970

52005

58892

剪力（kN）

2879

2773

2566

2879

承台底

弯矩（kNm）

74001

68344

63122

74001

剪力（kN）

3222

3396

3499

2＃

墩底

弯矩（kNm）

54106

54136

50098

54136

剪力（kN）

2379

2525

2630

承台底

弯矩（kNm）

66349

66615

61123

66615

剪力（kN）

2877

3059

3625

3＃

墩底

弯矩（kNm）

55919

55470

47703

55919

剪力（kN）

2521

2734

2597

2734

承台底

弯矩（kNm）

69168

70021

57174

70021

剪力（kN）

2948

3334

3359

4＃

墩底

弯矩（kNm）

38113

35894

45681

剪力（kN）

2473

2279

2232

2473

承台底

弯矩（kNm）

52923

46508

57579

剪力（kN）

3290

3141

2825

3290

5＃

墩底

弯矩（kNm）

54014

57402

40578

57402

剪力（kN）

2352

2776

2461

2776

承台底

弯矩（kNm）

65085

69560

54893

69560

剪力（kN）

2887

3360

3023

3360

6＃

墩底

弯矩（kNm）

57357

54945

45829

57357

剪力（kN）

2736

2741

2725

2741

承台底

弯矩（kNm）

71559

68754

59708

71559

剪力（kN）

3073

3380

3431

7＃

墩底

弯矩（kNm）

48417

52381

41768

52381

剪力（kN）

3428

3558

3140

3558

承台底

弯矩（kNm）

67188

71303

58838

71303

剪力（kN）

3697

4147

3521

4147

表6.4横桥向时程地震力

截面

内力

第1条波

第2条波

第3条波

最大值

1＃

墩底

弯矩（kNm）

140399

127135

133793

140399

剪力（kN）

5915

5258

5081

5915

承台底

弯矩（kNm）

173710

155602

162483

173710

剪力（kN）

6095

5625

4898

6095

2＃

墩底

弯矩（kNm）

154404

160796

158398

160796

剪力（kN）

5287

5706

5422

5706

承台底

弯矩（kNm）

183087

191564

188090

191564

剪力（kN）

5380

6259

5356

6259

3＃

墩底

弯矩（kNm）

122574

176124

`165690

176124

剪力（kN）

4659

6852

5921

6852

承台底

弯矩（kNm）

149115

216006

199289

216006

剪力（kN）

4977

7156

5944

7156

4＃

墩底

弯矩（kNm）

101111

108896

122049

剪力（kN）

3414

4060

4213

承台底

弯矩（kNm）

118946

130909

144845

剪力（kN）

4077

4504

4382

4504

5＃

墩底

弯矩（kNm）

167974

169760

165278

169760

剪力（kN）

6356

6391

6185

6391

承台底

弯矩（kNm）

202791

204529

199343

204529

剪力（kN）

6387

6953

6135

6953

6＃

墩底

弯矩（kNm）

126783

108770

120901

126783

剪力（kN）

5631

4940

4954

5631

承台底

弯矩（kNm）

158458

135857

148356

158458

剪力（kN）

5963

5436

4869

5963

7＃

墩底

弯矩（kNm）

101507

102977

122411

剪力（kN）

6922

7072

8345

承台底

弯矩（kNm）

143121

144717

172754

剪力（kN）

7007

7435

8471

XX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条波

最大值

1＃

0.106

0.096

0.094

0.106

0.042

0.037

0.039

0.042

2＃

0.120

0.106

0.120

0.053

0.056

0.055

0.056

3＃

0.113

0.102

0.113

0.040

0.058

0.054

0.058

4＃

0.078

0.074

0.084

0.033

0.037

0.040

5＃

0.105

0.111

0.088

0.111

0.053

0.052

0.053

6＃

0.097

0.093

0.078

0.097

0.037

0.032

0.034

0.037

7＃

0.048

0.051

0.042

0.051

0.022

0.023

0.027

表6.6顺桥向支座时程位移

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

1＃

0.070

0.087

0.074

0.087

2＃

0.053

0.064

0.055

0.064

3＃

0.061

0.074

0.063

0.074

5＃

0.059

0.063

0.055

0.063

6＃

0.077

0.080

0.070

0.080

7＃

0.111

0.117

0.090

0.117

XX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、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》（JTGD62-2004）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/TB02-01-2008）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

初始屈服弯矩

验算结论

地震反应弯矩

初始屈服弯矩

验算结论

21651kNm

7.68E4kNm

是

通过

68299kNm

1.84E5kNm

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

展开阅读全文