桥梁抗震的研究进展课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,桥梁抗震的研究进展,交通部公路科学研究院,Email:,第,16,届全国结构工程学术会议,王克海,博士,/,副研究员,桥梁抗震的研究进展交通部公路科学研究院Email:kh.w,2,1,主要内容概况,2,3,4,5,桥梁抗震研究的重要转折点,桥梁地震反应分析的研究现状,桥梁抗震设计方法的研究现状,桥梁抗震加固技术及结构振动,控制的研究现状,展望,21主要内容概况2345桥梁抗震研究的重要转折点桥梁地震反应,3,桥梁抗震研究的重要转折点,3桥梁抗震研究的重要转折点,4,美国,日本,中国,1971,年,San Fernando,地震,1989,年,Loma Prieta,地震,1994,年,Northridge,地震,桥梁结构倒塌,5,座，,42,座损坏,桥梁抗震设计规范的重要转折点,提出,“,生命线工程,”,的概念,延性抗震设计开始被各国重视,Cypress,高架桥在地震中倒塌,San Francisco-Okaland,海湾大桥发生落梁,提出了基于性能的抗震设计理论,洛杉矶市高速公路上多座桥梁严重破坏，交通运输网络被切断,1995,年日本阪神地震,1976,年唐山大地震,1994,年国务院提出未来,10,年的防震减灾目标,1998,年颁布,中华人民共和国防震减灾法,320,座桥梁破坏，,Hanshin,高架桥倒塌，,3,条高速公路和新干线铁路完全中断，交通系统几乎全部中断,对结构抗震的基本问题重新研究,修订规范，于,1996,年出版,桥梁,破坏严重，交通瘫痪,开始重视交通系统的抗震分析和研究,1977,年我国颁发了公路工程抗震设计规范，,1989,年修订,1923,年日本关东地震,4美国日本中国1971年San Fernando地震 198,5,桥梁结构地震反应分析的研究现状,5桥梁结构地震反应分析的研究现状,6,地震动输入方式,基岩,场地土层,地表面,地震波传播途径示意图,影响地震动特性的因素：震源、传播介质与途径、场地条件。,6 地震动输入方式 基岩场地土层地表面地震波传播途径示意图,7,地震动输入方式,加速度输入和弹塑性位移反应谱,地震动输入方向,美国规范,规定水平地震作用按两个相互垂直方向分别输入，两个互相垂直的方向为纵桥向和横桥向。,欧洲规范,规定输入水平和竖向三个方向的地震作用。,日本规范,规定一般考虑两个正交水平地震作用；对于支承构件，要求考虑竖向地震作用。,我国规范,计算地震荷载时，要求分别考虑顺桥和横桥两个方向的水平地震荷载。对于位于基本烈度为,9,度区的大跨径悬臂梁桥，还应考虑上、下两个方向竖向地震荷载和水平地震荷载的不利组合。,以能量为标准,以屈服面函数为确定最不利输入方向的标准,采用位移延性和滞回能分析最不利地震动输入,最不利输入方向的标准,7 地震动输入方式加速度输入和弹塑性位移反应谱 地震动,8,地震分析方法,确定性地震分析方法,时程分析法,优点,缺点,地,震,动,要,求,高,计,算,量,大,耗,时,结,果,分,析,困,难,设,计,双,重,保,证,了,解,破,坏,机,理,选,择,减,震,方,法,反应谱法,优点,缺点,简,单,易,操,作,地,震,动,特,性,结,构,动,力,特,性,弹,性,范,围,计,算,最,大,反,应,长,周,期,部,分,静力弹塑性分析方法,Push-over,方法,抗震性能,评价方法,能力谱法,N2,方法,位移影响系数法,适应谱法,模态的,Push-over,方法,8 地震分析方法确定性地震分析方法 时程分析法优点缺点地,9,地震分析方法,概率性地震力理论,概率性分析方法仍处于理论研究阶段，不能得到数值结果，无法在工程中得到应用。,虚拟激励法是将平稳随机响应分析转化成为简谐响应分析，将非平稳随机响应分析转化为确定性时间历程分析，从而采用确定性分析方法实现随机振动的求解。,9 地震分析方法概率性地震力理论 概率性分析方法仍处于理,10,地基与结构的相互作用,研究内容归纳为：自由场地的地震反应、基础地震响应、土与结构相互作用的计算模型及分析方法的研究。,地基与结构相互作用分析方法主要有直接法、子结构法和集中参数法。,地震动输入,直接法示意图,地震动输入,子结构法示意图,集中参数法示意图,10 地基与结构的相互作用 研究内容归纳为：自由场地的地震反,11,集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩,-,土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。,桩,-,土,-,结构动力相互作用分析模型,桩,-,土,-,结构相互作用来说，是自由场地地震反应加上考虑土体对桩基约束作用的多点激振下的桥梁结构地震反应，可采用集中质量法进行研究。,11集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩-土体系的质量联合,12,桥梁结构非线性问题,非线性问题可以分为三类：几何非线性问题、材料非线性问题以及状态非线性。,在桥梁抗震分析中涉及到的非线性主要有：,几何非线性（梁,-,柱效应、大变形效应和缆索垂度）；,支座、伸缩缝、挡块、减隔震装置等边界及连接单元的非线性；,地基土体的非线性；,强震作用下，结构表现出的非线性行为，如碰撞、损伤等。,12 桥梁结构非线性问题 非线性问题可以分为三类：几何非线性,13,桥梁抗震设计方法研究现状,13桥梁抗震设计方法研究现状,14,强度设计,第一阶段,强度设计理论,第二阶段,延性抗震设计理论,强度,延性,延性抗震理论不同于强度理论的是，,它通过结构选定部位的塑性变形来抵抗地震作用的,。利用选定部位的塑性变形，不仅能,消耗地震能量,，还能,延长结构周期,，从而减小地震反应。,第三阶段,基于性能的抗震设计理论,强度,位移,延性,经济效益,基于性能的抗震设计理论将抗震设计的重点从,“,力,”,的设计转换到将,建筑物的整个性能,作为设计过程的一个控制函数。,14强度设计第一阶段第二阶段强度延性延性抗震理论不同于强度理,15,桥梁抗震加固技术及结构振动控制的研究现状,15桥梁抗震加固技术及结构振动控制的研究现状,16,移位（纵向、横向）,16移位（纵向、横向）,17,碰撞震害,17碰撞震害,18,支座震害,支座移位,锚固螺栓拔出、剪断,活动支座脱落,支座自身构造破坏,18支座震害支座移位锚固螺栓拔出、剪断活动支座脱落支座自身构,19,墩柱的弯曲破坏,：,在地震中非常常见的震害，表现为开裂、混凝土剥落压溃、钢筋裸露和弯曲等，究其原因主要是约束箍筋配置不足、纵向钢筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱延性能力不足。美国北岭地震、日本阪神地震、台湾集集地震中可见此类震害。,墩柱的剪切破坏：,桥梁墩柱的剪切破坏是非常常见的，由于剪切破坏是脆性的，往往会造成墩柱以及上部结构的倒塌，震害较为严重。最为惨重的墩柱剪切破坏发生在日本阪神地震中，独立墩的剪切破坏主要是纵向钢筋过早切断和约束箍筋不足。,桥台的破坏：,桥台震害也较为常见，除了地基丧失承载力等引起的桥台滑移外，桥台的震害主要表现为台身与上部结构的碰撞破坏，以及桥台向后倾斜。这一震害和台后填土不够密实有关。,墩台震害,19 墩柱的弯曲破坏：墩台震害,20,唐山地震中桥墩破坏情况,美国,Loma Prieta,地震中框架桥墩破坏情况,美国,Northridge,地震,20唐山地震中桥墩破坏情况美国Loma Prieta地震中框,21,1995,年日本阪神地震,1999,年台湾集集地震,2004,年日本新澙地震,211995年日本阪神地震1999年台湾集集地震2004年日,22,桥梁基础破坏是国内外许多地震的重要震害现象之一。大量震害资料表明：地基失效是桥梁基础产生震害的主要原因。我国海城地震和唐山地震、日本新泻地震中，都有大量的地基失效引起桥梁基础震害的实例。扩大基础的震害一般是由地基失效引起的，常用的桩基础的震害，除了地基失效外，还有上部结构传下来的惯性力引起的桩基剪切、弯曲破坏，还有桩基设计不足引起的震害。,基础震害,22 桥梁基础破坏是国内外许多地震的重要震害现象之,23,23,24,多震国家桥梁抗震加固的开始,美国,1971,年,San Fernando,地震使加州,Golder,州际高速公路上多座桥梁受到损害，用于桥梁修复的费用达到了,1,亿美元。此次地震后，美国加州交通局开始启动桥梁抗震加固计划，该计划包括三个阶段。加固计划分为三个阶段进行，第一个阶段的主要的目的是加强上部结构和下部结构的联系，后两个阶段是同时进行的，其目的是提高墩柱的抗弯强度、抗剪强度及延性、提高盖梁、上部结构、基础与桥台的承载能力，提高节点的抗剪强度。,日本,1971,年,San Fernando,地震后，日本政府对桥梁抗震性能评价进行了规划，并于,1971,年、,1976,年、,1979,年、,1986,年和,1991,年先后,5,次，完成对公路桥梁地震震害调查。,1995,年阪神大地震之后，除了上部结构的防落梁措施外，开始重视基础和桥墩的抗震加固技术。,我国,国内关于桥梁抗震加固比较典型的是对南京长江大桥的加固。受,1966,年邢台地震、,1975,年海城地震和,1976,年唐山地震的影响，对该桥连接构件进行了加固，并增加了防落梁措施。,24 多震国家桥梁抗震加固的开始 美国1971年San F,25,抗震加固技术的研究,桥梁结构抗震加固的部位有：上部结构、桥墩加固、盖梁加固、基础加固和桥台加固。,上部结构加固,挡块,限位器,工程实例,增加支承面宽度,Lock-up Device,装置,25 抗震加固技术的研究 桥梁结构抗震加固的部位有：上部结,26,抗震加固技术的研究,盖梁加固,抗弯加固,抗剪加固,节点抗剪加固,节点外侧增设钢筋混凝土,基础加固,抗弯加固,抗剪加固,抗倾覆,可以通过增大基脚的平面尺寸、添加拉力桩或者使用土层或岩石锚杆的方法,26 抗震加固技术的研究 盖梁加固抗弯加固抗剪加固节点抗剪,27,桥墩加固,钢套管,预应力钢束,纤维增强复合材料,增加墩柱截面,钢套管加固实例,碳纤维加固实例,27桥墩加固钢套管预应力钢束纤维增强复合材料增加墩柱截面钢套,28,桥梁结构振动控制的研究,结构保护系统,基础隔震,被动耗散能量,主动半主动控制,夹层橡胶垫隔震,铅芯橡胶垫隔震,滑动摩擦隔震,滚动隔震层,支承式摆动隔震,滚珠或滚轴隔震,金属阻尼器,摩擦阻尼器,粘弹性阻尼器,粘滞液体阻尼器,谐振配重阻尼器,TMD,液体谐振配重阻尼器,TLD,主动支撑系统,主动质量阻尼器,AMD,变刚度变阻尼系统,AVS,油阻尼半主动控制,主动拉索控制系统,变摩擦可控阻尼器,智能材料,28 桥梁结构振动控制的研究结构保护系统基础隔震被动耗散能,29,粘滞液体阻尼器在桥梁工程中的应用,江阴大桥,东海大桥,鹅公岩长江大桥,苏通大桥,卢浦大桥,29粘滞液体阻尼器在桥梁工程中的应用江阴大桥东海大桥鹅公岩长,30,展 望,构造细节,桥梁结构抗震设防标准及性能的定量研究,耗能减震技术的研究与应用,定性研究,定量研究,规范,细化,耗能装置的设计、制作、安装、测评,规范化,新材料,研发、应用,单一设防,多级设防,强度设计,性能设计,30展 望 构造细节 桥梁结构抗震设防标准及性能的定量,31,谢谢！,31谢谢！,