utoCD全套教程素材 圖庫 系列相關(guān)資料 05橋梁計算書-計算軟件200個6 橋梁計算書匯總1 抗震規(guī)范中文版 抗6

第6章 抗震性的動態(tài)解析法校核6.1 一般規(guī)定 地震反應(yīng)復(fù)雜的橋，應(yīng)對其進行動態(tài)解析，并使解析結(jié)果反映在設(shè)計中。解說： 地震系數(shù)法、地震時保有水平抗力法等是把動態(tài)的地震力換成靜態(tài)的地震力來進行計算的方法。對于地震反應(yīng)復(fù)雜的橋，靜態(tài)解析常不能完全描述地震時的橋受力狀態(tài)。本章規(guī)定的動態(tài)解析是以這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為對象，為地震系數(shù)法及地震時保有水平抗力法對抗震設(shè)計的橋的安全性進行校核的分析方法。此外，對多處產(chǎn)生非線性的橋，能量守恒定律的適用性受到限定的情況等，由于也有因地震時保有水平抗力法的抗震設(shè)計法的適用性受到限制的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，對于這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)動態(tài)解析結(jié)果進行適當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)計。表-解6.1示出了地震時橋的行為的復(fù)雜程度與抗震設(shè)計中采用的抗震計算法間的關(guān)系。表-解 6.1地震時橋行為的復(fù)雜性與抗震設(shè)計中采用的抗震計算法橋的動態(tài)特性抗震設(shè)計法地震時行為不復(fù)雜的橋地震時行為復(fù)雜的橋靜態(tài)解析可能適用的場合靜態(tài)解析適用性限定的場合靜態(tài)解析地震系數(shù)法（初值大小設(shè)定時適用）地震時保有水平抗力法（依結(jié)構(gòu)特性的適用研究）動態(tài)解析（靜態(tài)解析校核抗震設(shè)計結(jié)果）（由動態(tài)解析進行抗震設(shè)計）適用的橋例右欄以外的橋固有周期長的橋橋墩高度高的橋采用免震設(shè)計的橋斜拉橋，吊橋上中承式拱橋 注) ：用于抗震設(shè)計的抗震計算法，：無必要采用抗震設(shè)計， ：依初值大小的設(shè)定而適用的抗震計算法。 先前的抗震設(shè)計篇(1990年2月)中，動態(tài)解析是對用地震系數(shù)法進行抗震設(shè)計的橋的安全性進行校核為目的，著眼于在彈性域中橋的地震時行為的把握。因此，修訂中加入地震系數(shù)法的校核，對于設(shè)想的地震力也可通過動態(tài)解析以地震時保有水平抗力法校核橋的抗震性。這種解析不僅是彈性域的解析，也可以適當(dāng)?shù)夭捎脴?gòu)件的非線性效應(yīng)進行解析。 對于地震時的行為不能完全用地震系數(shù)法及地震時保有水平抗力法描述的橋或地震時保有水平抗力法的適用性有限制的地震反應(yīng)復(fù)雜的橋，正如第2章所示，一般是以下所示的情況。 1) 希望對用地震系數(shù)法進行抗震設(shè)計的結(jié)果用動態(tài)解析進行校核的橋 固有周期長的橋(一般，固有周期約為1.5秒以上)，橋墩高度高的橋(一般約30m以上) 斜拉橋，吊橋等纜橋 上中承式拱橋 2) 希望對用地震時保有水平抗力法進行抗震設(shè)計的結(jié)果用動態(tài)解析進行校核的橋 固有周期長的橋(一般，固有周期約為1.5秒以上)，橋墩高度高的橋(一般約30m以上) 采用減震設(shè)計的橋 3) 用動態(tài)解析進行抗震設(shè)計的橋 斜拉橋，吊橋等纜橋 上中承式拱橋 對于斜拉橋、吊橋，上中承式拱橋等，在現(xiàn)階段震災(zāi)經(jīng)驗還積累很少，而且對構(gòu)件的地震時保有水平抗力法的評價方法也還未完全解決。因此，對這種橋，通過動態(tài)解析研究何處產(chǎn)生塑性鉸，可以使韌性在此處發(fā)揮作用那樣來考慮結(jié)構(gòu)細節(jié)。 而且，象不填充混凝土的鋼制橋墩那樣基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線性滯變特性的能量守恒定律的適用性未充分研究的構(gòu)件也可以通過動態(tài)解析進行抗震設(shè)計。 以上列舉了地震時行為復(fù)雜的橋的條件，此外，如下的場合，必要的話也可以通過動態(tài)解析校核抗震性。 1) 研究上下方向地震動影響的場合。例如，對于因靜載常受到大的偏心彎矩的倒L型的橋墩等，有因上下地震動斷面力顯著變大的構(gòu)件的場合。 2) 有特殊形狀、結(jié)構(gòu)的橋墩及上部結(jié)構(gòu)的橋。 3) 因重量差別大的梁與梁之間，或梁與橋臺間的沖突，研究一方的梁的慣性力傳至另一方的梁的影響的場合。 4) 無以往采用實例的新型的橋。6.2 解析模型及解析法 動態(tài)解析時，按照如下所示的解析目的及輸入地震動的水平，必須采用合適的解析模型及解析法。 (1) 通過地震系數(shù)法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核，應(yīng)采用能描述彈性域內(nèi)橋的動態(tài)特性的解析模型及解析法。 (2) 通過地震時保有水平抗力法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核，必要的話，應(yīng)采用能描述含有橋墩等的非線形效應(yīng)的橋的動態(tài)特性的解析模型及解析法。解說： 動態(tài)解析是為了對抗震設(shè)計的橋考慮其動態(tài)特性，用地震系數(shù)法或地震時保有水平抗力法校核而進行的，有必要采用能描述固有周期、衰減特性、橋墩等的非線性滯變特性等橋的動態(tài)特性的解析模型。 在動態(tài)解析中，有把橋作為連續(xù)體進行?；姆椒鞍褬蚩醋麟x散系，其質(zhì)量集中于有限個節(jié)點來進行?；姆椒?。前一方法由于邊界條件等的適用范圍有限制，一般采用后一方法。一般只要考慮低次的主要振型就能得到實用的精度，則無必要過分增加節(jié)點數(shù)使模型復(fù)雜化。 由地震時保有水平抗力法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核時采用的動態(tài)解析法有以下幾種。由于并不一定要常進行非線性動態(tài)解析，依據(jù)解析目的，可以合適地用采用等效線性化法的線性動態(tài)解析或用線性動態(tài)解析與地震時保有水平抗力法組合的方法等來校核抗震性。 1) 非線性動態(tài)解析 把橋墩等的非線性直接組入非線性滯變模型進行解析的方法。因在橋墩的非線性滯變模型中提出了各種模型，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)特性、解析目的采用合適的滯變模型。但并不是徒勞地用許多非線性因素對橋進行?；?，重要的是，首先根據(jù)線性解析確定進入非線性域的構(gòu)件，僅把必要的構(gòu)件作為非線性因素進行?；?，明確解析目的，進行與其一致的?；?。 2) 用等效線性化法的線性動態(tài)解析 基于等效線性化法的思考方法，把進入非線性域的構(gòu)件?；癁榫€性構(gòu)件而進行解析的方法。此處，所謂等效線性化法，是把進入非線性域的構(gòu)件?；癁榫哂械刃У膭傂院偷刃У乃p常數(shù)的線性構(gòu)件的方法。 3) 線性解析與地震時保有水平抗力法組合的方法 把進入非線性域的構(gòu)件作為有屈服剛性的線性構(gòu)件進行?；?，以從線性解析得到的最大響應(yīng)值為基礎(chǔ)，采用基于地震時保有水平抗力法的能量守恒定律求出非線性響應(yīng)的方法。 衰減常數(shù)由構(gòu)件的塑性的性質(zhì)產(chǎn)生的滯變阻尼、振動能的地下輻射阻尼等構(gòu)成，隨橋的結(jié)構(gòu)特性而變化。 進行線性解析或等效線性化法時，對i次振動模式，其衰減常數(shù)hi(i次模式等效衰減常數(shù))可以從式(解6.2.1)求出。 (解6.2.1)式中，fij：i次振動模式的元素j的模式矢量； hj ：元素j的等效衰減常數(shù)； Kj：元素j 的等效剛性矩陣； fi：i次振動模式的結(jié)構(gòu)全體的模式矢量； K：結(jié)構(gòu)全體的等效剛性矩陣。 作為結(jié)構(gòu)元素的等效衰減常數(shù)hj，由于一般多采用表-解6.2.1的值，可作為參考。表-解6.2.1示出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性域和進入非線性域兩種情況下的平均衰減常數(shù)。但是對于上部結(jié)構(gòu)，少有進入非線性域的情況，因此示出在彈性域中的衰減常數(shù)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線性以非線性滯變模型描述時，這一構(gòu)件的滯變阻尼由滯變模型自動地在解析中采用。因此，表-解6.2.1中，用非線性滯變模型描述的構(gòu)件的衰減常數(shù)對混凝土構(gòu)件可取約0.02，鋼構(gòu)件則取約0.01。 基礎(chǔ)地基變形的影響原則上以基礎(chǔ)的地基彈性抗力()進行模擬。地基彈力常數(shù)可以用由式(解3.3.9)及式(解3.3.10)的地基反力系數(shù)的基準值來計算。由于對一般的橋梁，主要的塑性化產(chǎn)生于橋墩基部等的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這是由對基礎(chǔ)的地基彈力進行?；脑?。 一般，在橋的動態(tài)解析中采用的手法有時程反應(yīng)分析法及由模態(tài)解析進行的響應(yīng)波譜法、直接解運動方程的直接積分法等，依據(jù)解析目的可以采用合適的解析法。表-解6.2.1 各結(jié)構(gòu)元素的等效衰減常數(shù)參考值結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性域的場合進入非線性域的場合鋼結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)0.020.030.030.050.020.030.030.05橡膠支座0.020.02減震支座等效衰減常數(shù)等效衰減常數(shù)下部結(jié)構(gòu)0.030.050.050.10.10.20.120.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)0.10.30.20.46.3 用于動態(tài)解析的地震輸入 (1) 作為用于時程反應(yīng)分析的地震輸入，原則上為使與(2)項或(3)項中規(guī)定的加速度響應(yīng)波譜有相近的特性，采用在頻率范圍內(nèi)對以往的代表性強震記錄作過振幅調(diào)整的加速度波形。 (2) 用地震系數(shù)法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核時采用的地震輸入 用地震系數(shù)法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核時采用的地震輸入,原則上規(guī)定在由抗震設(shè)計上的地基面給出，地震輸入的加速度響應(yīng)波譜由式(6.3.1)算出。 S=czcDS0 (6.3.1)式中， S：用地震系數(shù)法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核時采用的加速度響應(yīng)波譜(取1gal單位) cz：3.5中規(guī)定的地區(qū)修正系數(shù) cD：衰減常數(shù)修正系數(shù)，根據(jù)模式衰減常數(shù)hi由式(6.3.2)算出。 (6.3.2) S0：用地震系數(shù)法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核中采用的標準加速度響應(yīng)波譜(gal)，依據(jù)3.6中規(guī)定的地基種類及各振動模式的固有周期Ti，取表-6.3.1的值。表-6.3.1 標準加速度響應(yīng)波譜S0地基種類與固有周期TI(S)對應(yīng)的S0(gal)I類Ti0.1S0=431Ti1/3但，S01600.1Ti1.1S0=2001.1TiS0=220/TiII類Ti0.2S0=427Ti1/3但，S02000.2Ti1.3S0=2501.3TiS0=325/TiIII類Ti0.34S0=430Ti1/3但，S02400.34Ti1.5S0=3001.5TiS0=450/Ti (3) 用地震時保有水平抗力法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核中采用的地震輸入 用地震時保有水平抗力法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核中采用的地震輸入，原則上規(guī)定在由抗震設(shè)計上的地基面給出，地震輸入的加速度響應(yīng)波譜，依據(jù)第2章規(guī)定的地面振動的類型由式(6.3.3)及(6.3.4)算出。 SI =czcDSI0 (6.3.3) SII=czcDSII0 (6.3.4)式中， SI：類型I的加速度響應(yīng)波譜(取1gal 單位) SII：類型II的加速度響應(yīng)波譜(取1gal單位) cz：3.5中規(guī)定的地域修正系數(shù) cD：衰減常數(shù)修正系數(shù)，根據(jù)模式衰減常數(shù)hi由式(6.3.2)算出。 SI0：類型I的標準加速度響應(yīng)波譜(gal)，依據(jù)3.6中規(guī)定的地基種類及固有周期Ti取表-6.3.2中的值。 SII0：類型II的標準加速度響應(yīng)波譜(gal)，依據(jù)3.6中規(guī)定的地基種類及固有周期Ti取表-6.3.3中的值。表-6.3.2 類型I的標準加速度響應(yīng)波譜SI0地基種類與固有周期Ti(S)對應(yīng)的SI0(gal)I類Ti1.4SI0=7001.4Ti SI0=980/TiII類Ti0.18SI0=1,505Ti1/3但，SI07000.18Ti1.6SI0=8501.6TiSI0=1,360/TiIII類Ti0.29SI0=1,511Ti1/3但，SI07000.29Ti2.0SI0=1,0002.0TiSI0=2,000/Ti表-6.3.3 類型II的標準加速度響應(yīng)波譜SII0地基種類與固有周期Ti(S)對應(yīng)的SII0(gal)I類Ti0.3SII0=4,463Ti2/30.3Ti0.7SII0=2,0000.7Ti SII0=1,104/Ti5/3II類Ti0.4SII0=3,224Ti2/30.4Ti1.2SII0=1,7501.2TiSII0=2,371/Ti5/3III類Ti0.5SII0=2,381Ti2/30.5Ti1.5SII0=1,5001.5TiSII0=2,948/Ti5/3解說： (1) 作為用于時程反應(yīng)分析的地震輸入，希望采用在架橋地點觀察到的強震記錄，但通常不能獲得那種記錄。因此在動態(tài)解析時原則上考慮地面振動的強度，周期特性，持續(xù)時間，以及橋的固有周期，衰減常數(shù)等，為使以往的代表性強震記錄與(2)項或(3)項中規(guī)定的加速度響應(yīng)波譜有相近的特性，采用在頻率范圍振幅調(diào)整過的強震記錄。 作為用于振幅調(diào)整的以往的代表性強震記錄，可以進行如下選定。 1) 在與架橋地點有相似的地形及地基條件的地點觀測的強震記錄 2) 與作為目標的加速度響應(yīng)波譜有近似特性的強震記錄 在平成7年兵庫縣南部地震中，觀測到了對結(jié)構(gòu)物有非常大影響的許多強震記錄。因此，為了求出類型II的地震輸入，在頻率范圍調(diào)整振幅時，可以使用在平成7年兵庫縣南部地震得到的強震記錄，例如，對I類地基，使用神戶氣象臺的記錄，II類地基使用IR西日本鷹取站的記錄，III類地基則使用東神戶大橋周圍地基上的記錄。而且，作為用于動態(tài)解析的加速度波形，一般不僅僅使用單波形，可以使用3波形。這是因為預(yù)想的在該地點的地震動因地震的特性、規(guī)模等不同，采用對3波形這種程度的輸入地震動的動態(tài)解析結(jié)果的平均值，可以校核抗震性。 (2) 響應(yīng)波譜定義為對于特定的地震動具有任意的固有周期及衰減常數(shù)的1自由度的最大響應(yīng)，不僅僅是地震動的強度，還含有關(guān)于周期特性、作為過渡響應(yīng)的持續(xù)時間等的信息。因此，在此通過加速度響應(yīng)波譜規(guī)定地震輸入的大小。響應(yīng)波譜按照地震動的水平、類型分別給出，規(guī)定為用于地震系數(shù)法的校核中的加速度響應(yīng)波譜和用于地震時保有水平抗力法的校核中的類型I及類型II的加速度響應(yīng)波譜這三種。又，在先前的抗震設(shè)計篇(1990年2月)中，規(guī)定僅為以地震系數(shù)法的校核為目的的動態(tài)解析中應(yīng)用的加速度響應(yīng)波譜，為了校核地震時橋的安全性，有必要進行也考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線性的效應(yīng)的動態(tài)解析，因此現(xiàn)在也規(guī)定了為受到相當(dāng)于地震時保有水平抗力法的地震力時的動態(tài)解析中應(yīng)用的加速度響應(yīng)波譜。 加速度響應(yīng)波譜S是為了校核由地震系數(shù)法設(shè)計的橋的安全性的響應(yīng)波譜，與地震系數(shù)法中應(yīng)用的設(shè)計水平地震力系數(shù)一樣，通過地域修正系數(shù)cz修正標準加速度響應(yīng)波譜S0而得到。標準加速度響應(yīng)波譜S0，是基于從在我國(指日本)的地基表面上觀察到的384個成分的強震記錄中求出的衰減常數(shù)0.05的加速度響應(yīng)波譜的重回歸分析結(jié)果，再加上以往的震災(zāi)特性、地基的振動特性及其他的工程學(xué)判斷，依地基類別而規(guī)定的。表-6.3.1的數(shù)據(jù)以圖示出則得圖-解6.3.1。而且，衰減常數(shù)修正系數(shù)cD是為了以模式衰減常數(shù)hi的加速度響應(yīng)波譜修正衰減常數(shù)0.05的加速度響應(yīng)波譜的系數(shù)。圖-解6.3.2示出了衰減常數(shù)修正系數(shù)cD。圖-解 6.3.1 標準加速度響應(yīng)波譜S0圖-解 6.3.2 衰減常數(shù)修正系數(shù)cD 又，由式(6.3.1)及(3)項規(guī)定的式(6.3.3)及式(6.3.4)給出的S，SI及SII規(guī)定了以抗震設(shè)計上的地基面為輸入位置時的加速度響應(yīng)波譜。因此，輸入位置為基巖面的情況下，必須適當(dāng)?shù)匦拚鼗挠绊憽?(3) 是用于由地震時保有水平抗力法對抗震設(shè)計結(jié)果進行校核的地震輸入。標準加速度響應(yīng)波譜SI0及SII0是與5.3.2中規(guī)定的地震時保有水平抗力法中采用的類型I及類型II的設(shè)計水平地震力系數(shù)的標準值khc0相當(dāng)?shù)牡卣鹆ψ鳛樗p常數(shù)為0.05的加速度響應(yīng)波譜而給出的，因此，在用地域修正系數(shù)進行地域修正的同時，為了求出對0.05以外的衰減常數(shù)的加速度響應(yīng)波譜，必須由衰減常數(shù)修正系數(shù)cD進行修正。 表-6.3.2及表-6.3.3以圖示出，則得圖-解6.3.3及圖-解6.3.4。圖-解 6.3.3 類型I的標準加速度響應(yīng)波譜SI0圖-解 6.3.4 類型II的標準加速度響應(yīng)波譜SII06.4 安全性的判定 (1) 由地震系數(shù)法進行抗震設(shè)計結(jié)果的校核 其原則是把由動態(tài)解析得到的最大斷面力、最大位移等與用于由地震系數(shù)法進行的抗震設(shè)計中的容許應(yīng)力度、容許位移等比較，通過比較，進行抗震性的校核。 (2) 由地震時保有水平抗力法進行抗震設(shè)計結(jié)果的校核 其原則是把由動態(tài)解析得到的最大斷面力、最大塑性率等與構(gòu)件斷面的地震時保有水平抗力、容許塑性率等比較，通過比較，進行抗震性的校核。解說： 此處規(guī)定了由動態(tài)解析進行橋的安全性判定的思考方法。 (1) 以由地震系數(shù)法進行抗震設(shè)計結(jié)果的校核為目的，其動態(tài)解析結(jié)果規(guī)定為根據(jù)最大斷面力、最大位移等對安全性進行校核。 由3.2中規(guī)定的結(jié)構(gòu)物的重量引起的慣性力、地震時土壓力及地震時動水壓力中，關(guān)于動態(tài)解析所考慮的地震的影響，可以把從動態(tài)解析的結(jié)果得到的最大響應(yīng)值看作地震的影響。對于動態(tài)解析中