公路橋梁抗震設計李龍安中

鐵

大

橋

勘

測

設

計

院

有

限

公

司2

0

0

9

年

1

月

15日主要內(nèi)容第一部分:橋梁概述第二部分:橋梁抗震設計第三部分:橋梁延性設計第四部分:橋梁減隔震設計;4.1

橋梁工程常用的減隔震設施介紹4.2

各種減隔震設施的設計參數(shù)的取值及其在midas/civil程序中的模擬4.3

midas/civil與sap2000進行抗震分析時的比較第五部分:地震反應控制系統(tǒng)。第六部分:結論第七部分:展望公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述橋梁與人類生活密切相關，沒有橋梁，人們的生活空間將受到極大的限制。世界上許多著名的水網(wǎng)城市，是靠眾多的橋梁發(fā)展起來的，意大利的威尼斯有450多座橋，德國的漢堡有2000多座橋；當前，我國正處在一個經(jīng)濟大發(fā)展時期，各類橋梁的建設方興未艾，如：浙江省紹興竟有5000多座橋，千湖之省的湖北省更是橋梁的博物館，長江大橋的數(shù)量在沿江諸省中位居第一，已建和在建的達17座之多,武漢三鎮(zhèn)水系發(fā)達，長江和漢水促成了武漢市橋梁群的崛起，在湖北省已建和在建的17座長江大橋中，武漢市就有7座。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述五行(ISOFQ)：水、木、火、土、金土:

land木：wood土木土木工程：civilengineering未來：future未(來)五行(ISOFQ)：水、木、火、十二地支：土、金子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計土木工程道路交通工程橋梁工程水利工程建筑工程橋梁工程是土木工程的皇冠，而橋梁結構動力學是這頂皇冠上的明珠公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述?

公路橋梁結構設計中的動力學問題?

風振問題——結構抗風設計；?

地震問題——結構抗震設計；?

失穩(wěn)問題——結構穩(wěn)定性設計；公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述萬里長江第一橋-----武漢長江大橋?

全長1670m?

鐵路2線，公路4車道?

3×(3×128)m連續(xù)鋼桁梁?

大直徑鋼筋混凝土管柱基礎?

1957年建成公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述南京長江大橋?

鐵路全長6772m，公路全長4588m?

鐵路2線，公路4車道?

3×(3×160)+128m鋼桁梁?

四種不同類型深水基礎?

1969年建成，國家科技進步特等獎公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述九江長江大橋?

鐵路全長7675m，公路全長4460m?

鐵路2線，公路4車道?

雙壁鋼圍堰大直徑鉆孔樁基礎?

1995年建成通車?

2×(3×162)+180+216+180+2×126m

?

國家優(yōu)秀設計一等獎、全國科技大會獎、鋼桁梁魯班獎、國家科技進步一等獎?

剛性梁，柔性拱公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述蕪湖長江大橋?

鐵路全長10521m，公路全長5681m?

鐵路2線，公路4車道?

（180+312+180）m矮塔部分斜拉結構?

正橋鋼梁采用14MnNbq新鋼種、全封閉焊接整體節(jié)點新技術?

鋼桁梁與鋼筋混凝土行車道板結合共同受力?

2000年建成通車?

中國建筑工程魯班獎，國家科技進步一等獎公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述武漢天興洲公鐵兩用大橋（正在鋪軌）?

正橋全長1092m?

鐵路四線

+

公路六車道?

98m+196m+504m+196m+98m鋼桁梁斜拉橋?

在建1、跨度最大，主跨504m（目前最大跨度為丹麥海峽大橋，主跨490m。2、結構載荷量最大（可同時承擔2萬噸的荷載）。3、列車運營時速最高（250Km/h）。4、鐵路橋最寬（四線鐵路）。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述京滬高速鐵路南京長江大橋（正在施工中）?

正橋全長1272m?

336m+336m鋼桁拱?

在建?

鐵路四線

+

輕軌二線公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述汕頭海灣大橋?

全長2420m?

公路6車道?

主跨452m?

世界獨一無二的預應力鋼筋混凝土流線型加勁梁懸索橋?

1995年建成通車?

全國第八屆優(yōu)秀工程設計金質(zhì)獎，國家科技進步二等獎，中國建筑工程魯班獎公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述泰州長江大橋——中國第一座大跨度三塔懸索橋（正在施工中）?

全長2940m?

公路6車道?

主跨1080m+1080m?

我院設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述?

總長2402m，公路6車道?

主跨518m?

鋼箱梁與砼箱梁的混合型大跨度斜拉橋?

1999年2月通車公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述福州青洲閩江大橋?

主橋長1185m，公路6車道?

主跨605m?

雙塔雙索面的疊合梁斜拉橋?

2000年建成通車公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述廣東湛江海灣大橋?

全長3936m?

流線型鋼箱梁?

公路6車道?

花瓶狀曲線主塔?

預計06年12月通車?

雙塔雙索面混合梁斜拉橋?

主跨480m公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述上海

東海大橋?

全長近31km，公路6車道?

非航道孔橋采用整孔預制吊裝新技術?

主航道橋為跨徑420m的單索面斜拉橋，采用新型鋼—混凝土箱形結合梁?

我院承擔其中包括主航道橋在內(nèi)的40%的設計任務及全橋施工監(jiān)理?

2005年建成通車公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述上海

東海大橋主航道橋?

全長近31km?

公路6車道?

主跨420m?

雙塔單索面鋼-混凝土箱形結合梁斜拉橋?

2005年建成通車公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述杭州灣大橋?

全長近36km，公路6車道?

橋墩預制拼裝、主梁整孔預制吊裝?

系統(tǒng)研究了淺層天然氣對大橋建設的影響與對策?

我院承擔其中主要部分約31.4km橋梁的設計?

在建公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述蘇通長江大橋?

全長8206m?

公路8車道?

主跨1088m?

我院承擔設計復核咨詢工作?

在建公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第一部分:橋梁概述澳門澳凼三橋?

全長2200m?

公路6車道，輕軌雙線，雙層承載?

（110+180+110）m雙主梁預應力混凝土斜拉橋?

2005年建成公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計主要內(nèi)容（1）橋梁主要震害;（2）橋梁震害機理;（3）橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計1．橋梁震害我國的國土（含臺灣省）同屬環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶這兩大地震帶上，是世界上多地震國家之一。地震災害不僅造成大量人員的傷亡以及大量的地面構筑物和各種設施的破壞與倒塌，而且隨著城市現(xiàn)代化與經(jīng)濟高度發(fā)展，次生災害中因交通及其它設備的毀壞造成的間接經(jīng)濟損失也十分巨大。作為生命線工程的鐵路橋梁、公路橋梁、城市高架橋也受到了很大的損壞，給后續(xù)救助工作造成了極大的困難。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計國外橋梁震害?

美國1971年2月9日的圣費南多地震，多座橋梁倒塌，其中兩座互通式立交工程嚴重倒塌毀壞。?

美國1989年10月17日的洛馬.普里埃塔地震，多座橋梁倒塌，特別是城市高架橋發(fā)生了嚴重破壞或倒塌。?

日本1995年1月17日的阪神大地震，是繼美國1971年的圣費南多地震和1989年的洛馬.普里埃塔地震后城市公路、地鐵、鐵路、高架橋破壞范圍最廣、災情最嚴重的一次。?

2004年12月26日早上8時，印度尼西亞蘇門答臘島西北部海域發(fā)生里氏8.9級強烈地震，并引發(fā)巨大海嘯，海嘯迅速波及周邊數(shù)國，目前，這場罕見的大災難已造成20多萬人死亡，是近40年來最嚴重的自然災害。?

日本2004年10月23日的新瀉大地震，造成新干線上的高速列車“朱鷺325號”脫軌。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計日本大地震橋梁震害日本阪神大地震造成城市高架橋的倒塌橋墩彎曲破壞公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計1989年美國Lomaprieta地震：奧克蘭海灣大橋過渡孔落梁，低估了相對位移，連接螺栓剪斷。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計國內(nèi)橋梁震害?

1975年的遼寧海城地震中618座橋梁有193

座遭到不同程度的損壞，占31.2%。?

1976年7月28日的唐山大地震，遭受震害的鐵路橋占總數(shù)的39.3%，唐山地區(qū)公路橋遭受震害的占橋梁總長數(shù)的62%，這些橋梁的震害主要反映在結構的各個部位。?

1999年9月21日的臺灣集集大地震，

近千座橋梁有近200座遭到不同程度的損壞，約占20%。?

2008年的四川省汶川大地震公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計臺灣集集大地震時,烏溪橋南下車道第三橋柱剪力破壞橫向箍筋不足公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計8.08.0公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計中國人口密度之東西分界線在中國人口密度之東西分界線兩側有“東六西七”公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計汶川大地震后的有關地震、抗震的會議NO1會議名稱會議時間、地點主辦單位地震災害對鐵路的影響及對策學術研討會2008年8月27~28日

成都中國鐵道學會《世界主要國家鐵路橋梁抗震標準及其地震作用的分析研究》研討會22008年8月28日

北京鐵道部建設司34《鐵路工程抗震設計規(guī)范》修編工作研討會四川汶川地震研討會2008年8月29日

北京2008年9月5日

武漢鐵道部建設司湖北省地震學會5汶川地震震害調(diào)查及對今后工程抗震的建議第十四屆世界地震工程會議2008年9月5~6日

南京2008年10月12~17日

北京2008年10月18日

北京2008年10月18~20日

北京2008年10月28日

北京2008年11月5日

北京《建筑結構》雜志社中國地震局、建設部鐵道部工管中心67中日橋梁抗震技術交流會8中日建筑結構（抗震）技術交流會《鐵路工程抗震設計規(guī)范》修編初稿工作研討會中美橋梁抗震技術交流會中日建筑結構技術交流會鐵道部建設司910鐵道部工管中心公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計“5.12”汶川大地震的橋梁主要震害（1）連續(xù)梁和簡支梁落梁；（2）拱橋破壞（從破壞現(xiàn)象看，因落梁或者拱腿斷裂所致）；（3）支座滑動和梁體滑移；（4）梁與梁之間、梁與擋塊之間的碰撞導致的伸縮逢和擋塊的破壞；（5）墩柱、節(jié)點和橋臺的破壞。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安汶川大地震橋梁震害(一)都汶高速廟子坪大橋的震害-----落梁公路橋梁抗震設計主講人:李龍安汶川大地震橋梁震害(二)都汶高速百花大橋的震害-----多跨垮塌、墩底破壞公路橋梁抗震設計主講人:李龍安汶川大地震橋梁震害(三)彭州小魚洞大橋的震害-----拱橋兩跨完全垮塌公路橋梁抗震設計主講人:李龍安汶川大地震橋梁震害(四)橋梁滑動及支座移動的震害公路橋梁抗震設計主講人:李龍安汶川大地震橋梁震害(五)梁體間碰撞，梁體與擋塊碰撞，擋塊破壞的震害公路橋梁抗震設計主講人:李龍安汶川大地震橋梁震害(六)墩柱、節(jié)點及橋臺破壞的震害公路橋梁抗震設計主講人:李龍安汶川大地震的橋梁震害特點“5.12”汶川大地震的橋梁震害特點：(1)

橋墩和墩梁連接部位震害較多；(2)

不同的橋梁結構類型的受損程度不同；(3)

地震次生災害山體滑坡和崩塌對沿溪沿河的橋梁損害較大；(4)

橋梁的震害具有明顯的方向性。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計橋梁震害的教訓科學合理的結構抗震設計與抗震構造措施是減輕地震災害的最佳措施。?

重視橋梁支座的抗震要求，加強構造上的連接與支擋措施。?

城市高架橋少用獨柱型的橋墩，增加橋墩的箍筋配置。?

大跨度橋梁在地震中應注意位移控制。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計2．震害機理全球地震的分布，比較集中的兩個區(qū)域是：環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶?？梢姡卣鹬饕l(fā)生在大陸和島嶼的邊緣上，地震的類型有：構造地震;火山地震;陷落地震;誘發(fā)地震;我國位于兩大地震帶的交接區(qū)，根據(jù)地震記錄和地質(zhì)構造情況（大斷層），全國可分為六大地震活動區(qū)：⑴

臺灣及附近海洋區(qū)域；⑵

喜馬拉雅山區(qū)；⑶

天山地區(qū)；⑷

西部（寧夏、甘肅、四川、云南）南北地震帶區(qū)域；⑸

華北（遼寧、河北、山西、陜西）地震帶區(qū)域；⑹

東南沿海（福州、潮汕一帶）地震活動區(qū)；因此，我國存在發(fā)生頻繁而強烈地震的內(nèi)因和外在條件。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計全球兩大地震帶的地震分布影響我國的地震帶

⑵影響我國的地震帶⑴公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計1978~2004年全國5.0級以上地震分布2008年10月5日新疆烏恰6.8級大地震1976年7月28日河北唐山7.8級特大地震2008年10月6日西藏當雄6.6級大地震1976年8月16日四川松蟠平武7.2級大地震2008年5月12日四川汶川8.0級特大地震《國家防震減災規(guī)劃(2006-2020年》中說：1、地震是我國今后一段時期面臨的主要自然災害之一；2、中國50%的國土面積位于Ⅶ度以上的地震高烈度區(qū)域，包括23個省會城市和2/3的百萬人口以上的大城市；3、到2020年，中國基本具備綜合抗御6級左右，相當于各地區(qū)地震基本烈度的抗震能力。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計地震破壞過程開始于震中，然后向東北方向以3.1km/s速度向東北方向傳播300km公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計地震波的傳播斷層破裂（震源）→

巖盤

→

土壤

→

地表

→

結構物（引起振動）公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計P波(速度快，但破壞力小，沿傳播方向振動)體波（原生波）S波(速度慢，但破壞力大與傳播方向垂直振動）地震波L波(速度慢，沿水平面左右晃動)面波（次生波）R波(速度慢，沿鉛垂面橢圓運動)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計表1

均勻介質(zhì)中各種波的傳播速度和振動方向地震波的種類

傳播速度（km/s）振動方向P7～84～54～5沿地震波的傳播方向S沿地面左右振動(與地震波的傳播方向垂直)沿地面上下振動HSSVL3.5～43～3.5沿地面左右晃動R在垂直方向上作橢圓運動公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計SH震源RLP—↑↓

↑↓

←→（1）俯視圖震源RLSVP●↑↓

←→（2）側視圖公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計?

“5.12”汶川大地震有如下特點：?

（1）震級很高（8級）；?

（2）地震動峰值加速度大（震中區(qū)高達1.6g）；?

（3）影響范圍廣（主震區(qū)長約300公里，寬約30～40公里）；?

（4）生命財產(chǎn)損失慘重（死亡和失蹤人數(shù)近9萬人，經(jīng)濟損失超過10000億人民幣。其中四川省災區(qū)公路受損2.2萬公里，國省干線公路3391公里受損橋梁902座）。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計3

抗震設計1982年安布雷賽斯（Ambreseys，N.N）提出如下的定義：Seismicrisk

Seismic

hazard

vulnerability＝×我國地震工程專家、中國科學院院士胡聿賢將其譯為：地震危害性＝地震危險性×易損性可理解為：地震對橋梁結構的危害性＝橋址處工程場地的地震危險性×橋梁結構的抗震易損性公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計基于震害經(jīng)驗建立的抗震基本設計原則和思想抗震概念設計對地震作用進行定量計算為提高結構抗震性能而必須采取的細部構造措施抗震設計抗震體系設計抗震構造設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計橋梁的主要設計階段強化抗震概念設計，選擇合理的橋位和橋型工可研究階段強化抗震體系設計，確定合適的抗震設防標準和驗算準則、總體分析橋梁設計初步設計階段施工圖設計階段強化抗震構造設計，重視抗震構造措施和構造細節(jié)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計3.1

在工可研究階段強化抗震概念設計，選擇合理的橋位和橋型橋梁工程可行性研究階段，需要確定橋位和橋型方案，在地震動峰值加速度較大的地區(qū)，這更是擺在設計人員面前的一個重要問題。從汶川大地震的橋梁震害，我們得到如下的啟示和建議：在工可階段應強化抗震概念設計橋梁的抗震概念設計包括正確的橋位場地選擇、合理的結構選型和布置、恰當?shù)慕Y構體系的采用。1）橋位場地的選擇要基于橋址處場地的地質(zhì)和地形條件，高山峽谷地區(qū)的橋梁要注意大地震后的次生災害山體的滑坡、崩塌和泥石流。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計2）

合理的結構選型和布置由于彎坡橋梁使地震反應復雜化，橋軸線盡可能設計成直線；簡支梁是常用的結構形式，應防止落梁，橋臺和橋墩應與橋軸線垂直。3）

恰當?shù)慕Y構體系的采用結構體系的合理與否，直接關系到結構各部位的地震作用大小，理想的橋梁結構應是越簡單和越規(guī)則越好，傳力途徑要短，受力要簡明。4）

抗震策略選擇硬抗？減隔震？公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計3.2在初步設計階段強化抗震體系設計，確定合適的抗震設防標準和驗算準則、進行結構的總體分析橋梁抗震設防標準小震（多遇地震）

中震（設計地震）

大震（罕遇地震）100年超越概率63.2%（重現(xiàn)期100年）100年超越概率10%（重現(xiàn)期950年）100年超越概率3%（重現(xiàn)期3283年）主橋引橋50年超越概率63.2（重現(xiàn)期50年）50年超越概率10%（重現(xiàn)期475年）50年超越概率2%（重現(xiàn)期2475年）公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計設計基準期橋梁抗震設防標準(使用年限)各種超越概率水平下的

重現(xiàn)期T(年)ΥΤ

=

?ln(1?

Ρ%)Y=50年

Y=100年設計基準期超越概率P%=63.2%50年100年950年超越概率(小震)P%=10%(中震)重現(xiàn)期475年1P%=1?YP%=3%(大震)e

T1642年

3283年1Τ

=P%=2%(大震)2475年

4950年1Υ1?

(1?

Ρ%)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計?

關于大跨度斜拉橋的結構支承體系的選取?

一般地，斜拉橋的結構體系是根據(jù)塔、梁、索的連接方式來劃分的，在地震作用下，塔梁交接處的縱向線位移約束情況對斜拉橋結構的地震響應影響極大，本文所述的結構體系的異同，主要是針對塔梁交接處的縱向線位移約束情況來研究的。不同的塔梁交接處的縱向線位移約束方式，使得橋面系的地震慣性力的傳力途徑不相同，從而導致結構的地震響應的不同。?

從抗震設計的角度來看，大跨度雙塔斜拉橋的塔梁交接處的縱向約束條件可分成三大類七種。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計1）.

飄浮體系☆

塔梁分離（有時塔與梁之間設0#索）；☆

墩梁處設縱向滑動支座。橋例：上海南浦大橋公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計2）.

塔梁墩固結體系（剛構體系）☆

塔梁墩固結；☆

墩梁處設縱向滑動支座。橋例：香港汲水門大橋公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計3）.

塔梁固定鉸體系☆

在飄浮體系的塔梁間設固定鉸支座；☆

墩梁處設縱向滑動支座。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計4）.

塔梁不對稱約束體系☆

在飄浮體系的塔梁間一端采用固定鉸支座，另一端采用縱向滑動支座；☆

墩梁處設縱向滑動支座。橋例：福州青洲閩江大橋公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計5）.彈性約束體系☆

在飄浮體系的塔梁之間除設滑動鉸支座外，還增設縱向彈性約束裝置或構件；☆

墩梁處設縱向滑動支座。武漢白沙洲大橋公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計6）.

阻尼約束體系☆

在飄浮體系的塔梁間設置阻尼約束；☆

墩梁處設縱向滑動支座公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計7）.

阻尼和彈性并用體系☆

在飄浮體系的塔梁間設置阻尼和水平彈性約束；☆

墩梁處設縱向滑動支座公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計關于大跨度懸索橋的結構支承體系的選取?

三跨雙鉸式：三跨全部懸吊有雙鉸加勁梁。（汕頭海灣大橋）?

單跨雙鉸式：僅中跨懸吊有雙鉸加勁梁。（西陵長江大橋）?

單跨伸出式：中跨懸吊帶有向兩側伸出的加勁梁。（日本下津井大橋）?

三跨連續(xù)式：三跨懸吊連續(xù)的加勁梁。（廈門海滄大橋）公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計靜力法F

=

Kh

?W抗震計算方法=

β

γE

CC

K

X

G反應譜法（振型分解法）ihpi

z

h

1

1

1i

i將地震記錄或人工波輸入結構基本方程積分求解時程分析法公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計振型參與系數(shù)作用于梁橋橋墩質(zhì)點ｉ的水平地震荷載動力放大系數(shù)E

=

C

C

K

β

γ

X

Gihpi

z

h

1

1

1i

i重要性修正系數(shù)綜合影響系數(shù)水平地震相對水平位移橋墩墩身各分段的重力系數(shù)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計1.0

+

12

.5T0

≤

T

≤

T0T0

<

T

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T1??2

.25??公路橋梁抗震設計規(guī)范的反應譜cβ

(T)

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T2??

T

??βmin??場地類別T0T1T2βminc0.1s0.1s0.1s0.1s0.2s0.3s1.5s2.343s3.754s5s0.30.31.00.980.950.9ⅠⅡⅢⅣ0.45s0.7s0.30.383公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計公路橋梁抗震設計規(guī)范的反應譜強度2.52頻譜特性Ⅰ類場地Ⅱ類場地1.51Ⅲ類場地Ⅳ類場地0.5005105持續(xù)時間自振周期公路橋梁抗震設計主講人:李龍安公路橋梁抗震設計細則的地震作用的確定第二部分：橋梁抗震設計動力放大系數(shù)振型參與系數(shù)作用于梁橋橋墩質(zhì)點ｉ的水平地震荷載E

=

2.25C

C

C

K

β

γ

X

Gihpi

s

d

h

1

1

1i

i重要性修正系數(shù)水平地震系數(shù)橋墩墩身各分段的重力場地系數(shù)阻尼調(diào)整系數(shù)相對水平位移公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計=2X+2Y+2ZE

E

E

E地震作用的組合形式：ZE2X+

EY2+

EZ2EZEYE2X+EY2X0EX公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計場地條件影響地震動反應譜三要素結構結構阻尼比自振特性公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計?

橋梁結構抗震設計的主要步驟為：?

1）建立三維空間動力分析計算模型(考慮樁基礎的影響)；?

2）計算和分析結構模型的動力特性；?

3）進行結構的抗震概念設計；?

4）用反應譜方法計算結構模型的地震反應；?

5）用時程分析法進行結構地震反應分析；?

6）

結構主要部位的抗震驗算（內(nèi)力和位移）：?

7）

減隔震設計；?

8）

抗震構造措施的研究；?

9）

結構關鍵部位的延性抗震設計；提出結構抗震研究的結論和建議。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計關于橋梁抗震設計的建議:(1)

由于地震的不確定性，導致橋梁結構抗震計算的失真地震運動是由震源—傳播介質(zhì)體—場地地質(zhì)體一系列變化的因素綜合形成的，它是極為復雜的和不確定的模糊事件。橋梁結構的抗震計算嚴格來說是近似仿真計算，與實際的震害有一定的差距?？拐鹩嬎闩c抗震概念設計、結構體系的選擇、抗震構造設計相比較，后三者更顯重要。（2）

重視橋墩及其基礎的延性設計（3）

重視橋梁的減隔震設計（參數(shù)設計）減隔震支座：雙曲面（球面）支座，鉛芯橡膠支座，阻尼器。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計3.3在施工圖設計階段強化抗震構造設計，重視抗震構造措施和構造細節(jié)（1）

施工圖設計階段的抗震設防：上部結構要加強防落梁措施，可以采用加大擋塊厚度，且在擋塊與梁體之間設緩沖橡膠墊塊。擋塊的厚度的設計，不是越厚越好。必須保證其抗剪強度與墩身強度相匹配，按“小震、中震不壞，大震必壞”的設計原則確定其尺寸。（2）

注意連續(xù)梁橋高度不同的橋墩，地震反應也不同。矮墩的地震響應（剪力）比高墩大很多，因此要重視一聯(lián)中矮墩的設計，必要時采取隔震技術，以減小矮墩的地震響應。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計3.3在施工圖設計階段強化抗震構造設計，重視抗震構造措施和構造細節(jié)（3）

加強橋墩及樁基礎箍筋的設計：采用Ⅱ級鋼筋、分區(qū)段進行加密。（4）

重視橋梁剛度突變處的構造設計：如系梁（系梁在抗震中起很大作用）公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計消能(阻尼橡膠包鐵鏈)防落梁裝置公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計消能(阻尼橡膠包鐵鏈)防落梁裝置公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計防落梁措施公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計抗震措施Lomaprieta地震:奧克蘭海灣大橋過渡孔落梁：低估了相對位移，連接螺栓剪斷。z

限制支承連接部位的支承面最小寬度z

相鄰梁之間安裝縱向約束裝置公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計支承連接部位的支承面最小寬度日本橋梁抗震設計規(guī)范：

a

=70

+

0.5L

a(cm)L：梁的計算跨徑(m)。掛梁與懸臂之間的搭接長度a不應小于60cma橋墩a橋臺a掛梁梁端最小邊緣距公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計縱向橫向約束裝置鋼纜或鋼棒鋼扣件具有足夠強度;不妨礙支座變形緩沖材料橋墩橋臺拉桿式防落梁構造緩沖材料緩沖材料鋼擋塊混凝土擋塊橋墩纜索擋塊式防落梁構造公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計?

橋梁結構抗震設計的主要步驟為：?

1）建立三維空間動力分析計算模型(考慮樁基礎的影響)；?

2）計算和分析結構模型的動力特性；?

3）進行結構的抗震概念設計；?

4）用反應譜方法計算結構模型的地震反應；?

5）用時程分析法進行結構地震反應分析；?

6）

結構主要部位的抗震驗算（內(nèi)力和位移）；?

7）

減隔震措施的必要性研究；?

8）

抗震構造措施的研究；?

9）

結構關鍵部位的延性抗震設計；提出結構抗震研究的結論和建議。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計橋梁抗震設計注意事項（1）盡量將橋軸線設計成直線，曲梁橋使結構地震反應復雜化；盡可能使橋臺和橋墩與橋軸線垂直，斜交會引起轉動響應而增大位移。（2）盡量少用伸縮縫，將橋面做成連續(xù)的，簡支梁在地震時容易落梁。（3）基礎盡可能建在巖石或堅硬沖積土上，軟土和砂土易于放大結構的位移響應，且軟土有震陷、飽和砂土有液化等地質(zhì)地震災害。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計橋梁抗震設計注意事項（4）沿縱、橫橋向的橋墩的剛度盡可能一致，剛度變化太大，地震時，較剛性的橋墩容易產(chǎn)生破壞。（5）能用小跨徑盡可能不用大跨徑，地震作用下，大跨徑橋梁的墩柱軸向力大，使得墩柱的延性能力降低。（6）塑性鉸應設計在墩柱上，易于觀察與修復；不應設計在蓋梁、主梁、水中或地下的樁頂處，不便觀察和修復。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第二部分：橋梁抗震設計（7）

材料和結構型式的的選擇應遵循如下的原則：強度重量比要大（輕質(zhì)高強）變形能力要大（耗能的需要）強度和剛度的衰減要小（地震作用是反復作用）結構整體性要好（在地震作用下不脫落）造價要合理單從材料的抗震能力優(yōu)劣來劃分依次為：a.鋼結構

>

b.鋼砼組合結構

>

c.木結構

>

d.現(xiàn)澆鋼筋砼

>

e.預制鋼筋砼>

f.預應力砼

>

g.砌體(8)設置多道抗震防線，盡可能用超靜定結構，避免用靜定結構。（9）防止脆性與失穩(wěn)破壞，增加結構延性。常見的脆性破壞：磚、石、素砼的開裂；鋼筋砼的剪切破壞。常見的失穩(wěn)破壞：斜撐和柱的失穩(wěn)；柱中縱向鋼筋在箍筋不足時的壓屈；薄壁鋼結構的局部壓屈。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第三部分

橋梁延性設計小震OK!硬抗(用結構的強度來抵抗地震作用)強度設計大震傳統(tǒng)抗震設計(結構處于彈性狀態(tài))?塑性變形耗能(允許結構有非彈性變形,由此完成能量耗散)延性設計(結構處于非彈性狀態(tài))橋梁抗震設計AMD(主動調(diào)質(zhì)阻尼器)主動控制被動控制減震耗能(阻尼器、TMD、TLD）（適用于大跨度橋梁）結構控制減隔震設計隔震（疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座）

（適用于普通梁式橋）主動+被動（天興洲大橋的MR+粘滯阻尼器）混合控制公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第三部分

橋梁延性設計利用塑性變形耗散地震能量(有損傷)延性設計地震作用小(矛盾)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第三部分

橋梁延性設計結構延性定義:結構延性------表示結構從屈服到破壞的后期變形能力，是結構能量耗散能力的主要度量。PΔΔμ

=maxyPy⊿y⊿max⊿公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第三部分

橋梁延性設計結構延性(整體延性)的表達形式：用位移表示結構整體延性------用等效單自由度體系質(zhì)量中心處的極限狀態(tài)位移與理論屈服位移的比值來表示，標志結構體系或構件行為的位移延性。PΔuΔμd

=≤0.2PuyPu⊿y⊿u⊿結構荷載——位移曲線公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第三部分

橋梁延性設計結構構件延性(局部延性)的表達形式:

用曲率表示結構局部延性------用塑性鉸的最大曲率與首次屈服時的塑性鉸的曲率的比值來表示，表示截面彎曲行為的曲率延性。M??μ?

=uy砼最大點MmaxMu砼失效點My砼屈服點Mμm

≈max砼開裂點Myφφyφmax

φu截面彎矩——曲率圖公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第三部分

橋梁延性設計σbh2P

e

=s=P

1.5PxPeP6

Lse塑性鉸的特征1)

M=Ms(通常鉸M=0)2)

不能反向彎曲(通常鉸可以)L塑性鉸的可能位置AB1)

單柱式橋墩：墩

底2)

雙柱式橋墩：墩底、墩

頂3)

板式橋墩：ABMe

MsM塑性鉸的長度①

地震作用于橫橋向時：墩底（較大范圍內(nèi)）新西蘭

lp

=

0.5H

+

0.05L②

地震作用于縱橋向時：墩底（較小范圍內(nèi)）2歐洲

lp

=H3公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第三部分

橋梁延性設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計加大構件斷面及配筋(結構剛度大)硬抗地震作用大傳統(tǒng)抗震設計減輕橋梁震害的途徑(循環(huán))利用塑性變形耗散地震能量(有損傷)延性設計地震作用小(矛盾)采用柔性支承延長結構周期，減小結構地震反應；采用阻尼器裝置耗散能量，限制結構位移；保證結構在正常使用荷載作用下具有足夠的剛度減隔震設計(以柔克剛)地震作用小(削弱剛度)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計鉛芯橡膠支座(LeadRubberBearing,LRB)橋梁工程常用的減隔震裝置高阻尼橡膠支座(HighDampingRubberBearing

HDRB)整體型摩擦擺式減隔震支座(FrictionPendulumBearing

FPB)＋橡膠支座(RB)金屬阻尼器摩擦阻尼器＋橡膠支座(RB)分離型＋

黏性材料阻尼器橡膠支座(RB)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計《細則》中的一般規(guī)定:△

通過在橋梁結構中安置減隔震裝置,改變結構的動力特性(固有周期、阻尼），減小地震激勵，從而減小結構的地震反應?！?/p>

延長橋梁結構的固有周期和增大結構的阻尼是達到減小結構地震反應目的所采用的方法?！?/p>

采用減隔震設計，有合適的條件，也有不合適采用的情況。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計▲

減隔震技術的適用的條件△

上部結構連續(xù)，下部結構剛度較大，結構基本振動周期比較短；△

橋梁下部結構高度變化不規(guī)則，剛度分配不均勻；△

場地條件比較好，預期地面運動特性具有較高的卓越頻率；▲

不宜采用減隔震設計的條件△

地震作用下，場地可能失效；△

下部結構剛度小，橋梁的基本周期比較長；△

位于軟弱場地，延長周期可能引起地基和橋梁共振；△

支座中可能出現(xiàn)負反力。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計減隔震設計的橋梁，應滿足正常使用條件的要求。相鄰上部結構之間須在橋臺、橋墩等處設置足夠的間隙，以滿足位移需求。減隔震設計的橋梁，其基本周期原則上應為不采用減隔震裝置時基本周期的兩倍以上。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計減隔震橋梁建模原則與分析方法關鍵是減隔震裝置的恢復力模型合理模擬▲

計算減隔震橋梁地震作用效應時，宜取全橋模型進行分析，并考慮伸縮裝置、樁土相互作用等因素▲

減隔震橋梁抗震分析可采用反應譜法、動力時程法。一般情況下，宜采用非線性動力時程分析方法公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計性能要求與抗震驗算E2地震作用下減隔震裝置進入彈塑性工作，橋梁結構其他部件基本在彈性范圍工作減隔震裝置驗算▲

對于橡膠型減隔震裝置，在E1地震作用下產(chǎn)生的剪切應變應小于100%，在E2地震作用下產(chǎn)生的剪切應變應小于250%，并驗算其穩(wěn)定性；▲

非橡膠型減隔震裝置，應根據(jù)具體的產(chǎn)品指標進行驗算；應對減隔震裝置在正常使用條件下的性能進行驗算公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計減隔震裝置整體型減隔震裝置---鉛芯橡膠支座鉛芯橡膠支座橡膠保護層鋼板橡膠層鉛芯鉛芯橡膠支座分層橡膠支座中部插入鉛芯而形成的隔震裝置。鉛芯：提供地震下的耗能能力和靜力荷載下所需剛度(初始剪切剛度G約130MPa公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計鉛芯橡膠支座的滯回曲線和恢復力模型：F(x)(剪力)B(I)YKpFmaxA(I)QykuF(I)kd+Qd+Ku-keff-x0-xyu+Xxyx0-Qdkd-x(相對位移)ku支座滯回曲線FminC(II)-QD(II)yE(II)鉛芯橡膠支座滯回曲線雙線性恢復力模型公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計支座水平剪力地震力鉛芯屈服力風或制動力力-變形曲線（短期荷載）溫度變形產(chǎn)生的力力-變形曲線（蠕變荷載）地震位移（短期）溫度變形（長期）鉛芯橡膠支座在不同荷載作用下的抗力比較溫度、徐變等蠕變變形引起的支座抗力很低公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計日本

城市高速公路橋梁隔震公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計中國南疆鐵路布谷孜鐵路隔震橋（9孔，各32米）2000年通車2003.2.24新疆伽師地震6.2級L=50KM地震后完好無損救災物資源源不斷運往災區(qū)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計泉州晉江大橋引橋隔震公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計晉江大橋引橋隔震公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計晉江大橋引橋隔震公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計晉江大橋引橋隔震公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計晉江大橋引橋隔震公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計高阻尼橡膠支座▲采用特殊配制的橡膠材料制作，形狀及構造與天然橡膠支座相同。橡膠材料粘性大，自身可以吸收能量。滯回環(huán)的面積較大，恢復力模型可采用修正雙線性模型。高阻尼橡膠支座滯回曲線公路橋梁抗震設計主講人:李龍安疊層橡膠隔震支座

積層ゴムア19イ83ソ-レ20ー01タ生産分布天然ゴム

42%高減衰ゴム

25%鉛プラグ入り

33%500400300200?

RB：豎向支?

LRB：具有

100平恢復能力0-100及阻尼，可

-200-300-400?

HRB：具有

-500及阻尼，但-300

-200

-1000100

200

300Displacement(mm)2180060040020000-200-400-600-800-1-2-300

-200

-1000100

200

300Displacement(mm)-3

-2

-1

0

1

2

3第四部分

橋梁減隔震設計摩擦擺隔震支座公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計摩擦擺隔震支座1抗剪螺栓4四氟滑板2限位裝置5中座板(滑塊)3球面不銹鋼滑板(凹面層)6上座板(凹面盤)7防塵密封裝置8下座板(滑塊容腔)雙曲面球型減隔震支座結構示意圖公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計摩擦擺隔震支座的尺寸公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計摩擦擺隔震支座滯回模型支座設計計算W恢復力

F

=

D

+

μWRWWD等效剛度

K

=

+

μeffR1

2?

?R摩擦擺動支座的周期

T

=

π?

?2?

?g?

?W摩擦擺動支座的剛度

Kh

=4μWDR兩個重要參數(shù)μ

?動摩擦系數(shù)2μ等效阻尼

βeff

==R

?曲率半徑π

(μ

+

D

R)??W

??2π?

?D

+

W

Dμ???

R

???D

?

設計位移W

?

豎向荷載公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計分離型減隔震裝置

之一橡膠支座+金屬阻尼器FD+鋼阻尼器工作機理a彎曲梁

b懸臂彎曲梁

c扭梁公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計分離型減隔震裝置

之二橡膠支座+摩擦阻尼器FD+FμND公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計分離型減隔震裝置

之三2520橡膠支座+粘性材料阻尼器15α=0.3105α=0.4α=0.5α=0.7α=1.000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6速度

(m/s)α(

)F

=

C

?sgn

V

?

V15105α=0.3α=0.4α=0.5α=0.7α=1.00-5-10-15-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3位移(m)美國Taylor公司開發(fā)的阻尼器公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計液體粘滯阻尼器

聯(lián)結橋墩(塔)—梁(縱橋向)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計圖示為美國Taylor公司生產(chǎn)的粘滯阻尼裝置結構示意圖。23451689117101.活塞桿，2.油缸，3、4.可壓縮硅油，5.蓄電池，6.密封圈，7.高強度縮醛樹脂，8.室A，9.帶阻尼孔活塞，10.室B，11.控制閥。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計粘滯阻尼器有如下的特點：★

高速度下，可消耗大量能量，但不給橋梁結構附加任何剛度?！?/p>

低速度下，不影響結構的小位移?！?/p>

有阻尼系數(shù)調(diào)整幅度大、工程應用廣泛、產(chǎn)品穩(wěn)定性好、施工維修方便等技術優(yōu)勢。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計液體粘滯阻尼器&=速度指數(shù)nF

C

Xn阻尼力相對速度阻尼系數(shù)阻尼力、最大沖程主要指標關鍵參數(shù)阻尼系數(shù)、速度指數(shù)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計&&

&&&MX

C

X

KX

MX+

+

=

?nn0慣性力阻尼力彈性力地震慣性力?

阻尼器的分類?

n=1,

線性阻尼器;?

n<1,

非線性阻尼器;（特例:n=0.5，平方根阻尼）?

n>1,

超線性阻尼器;（特例:n=2，平方阻尼）公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計等效粘滯阻尼系數(shù)n?1

n?1C

=

C

ω

A

φeqnn2ππ∫+n

12co

s

u

d

u?

π2公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計非線性或超線性阻尼器與線性阻尼器所消耗的能量的比值n0.10.20.30.40.50.60.70.80.9ΔEn1.2361.2011.1691.1401.1131.0871.0631.0411.020ΔE1n1.02.03.04.05.06.07.08.09.0ΔEn1.000ΔE0.8490.7500.6790.6250.5820.5470.5170.4921公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計?

n=0.3

和

n=1時兩種粘滯阻尼器的滯回曲線的比較F

o

r

c

en

=

1

.

0n

=

0

.

3D

e

f

l

e

c

t

i

o

n公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計(kN)Fd(damping

force）n=4n=2n=1n=0.5n=0.25(1,C)ndX/dt(mm/s)(velocity）0??F

–

(不同阻尼指數(shù)n)曲線示意圖Xd公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計液體粘滯阻尼器的安裝位置公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計臺灣高鐵

C-270段公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計工程結構減震控制與傳統(tǒng)抗震設計的對比傳統(tǒng)抗震減隔震控制減隔震效果有效、經(jīng)濟合理理念途徑加強構件或設塑性鉸

調(diào)整結構動力參數(shù)以柔克剛硬抗地震或延性設計強度、剛度驗算結構（減、隔震）設計方法保護對象反應控制全面結構及連接點安全公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計工程結構減隔震控制的基本概念(

)&&&M

X

+

C

X

+

KX

=

P

tT=2π（M/K）0.5CP（t）MK鉛芯橡膠支座(LRB)改變改變改變改變液體粘滯阻尼器摩擦擺動支座(FPB)被動控制改變改變改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）改變改變主動控制改變改變公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計橋梁隔震機理公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計橋梁減隔震設計基本原理周期延長周期延長加速度譜位移譜阻尼減少阻尼減少周期

（T）周期

（T）加速度反應譜位移反應譜公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計結構地震反應

放大系數(shù)

β

-頻率比

的

關β傳統(tǒng)結構水平剛度大頻率比ω/ω

n

=0.8～1.5地震動放大系數(shù)

β=2～3傳統(tǒng)結構隔震結構隔震結構水平剛度?。ㄈ嵝灾ё╊l率比ω/ω

n

=3～8地震動放大系數(shù)

β=1/2～1/8頻率比ω/

ω

n公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計橋梁隔震機理結構反應

230%→40%公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計倫敦

千禧橋公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計倫敦

千禧橋

TMD公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計中鐵大橋勘測設計院設計的幾座斜拉橋的縱向彈性約束剛度的比較塔梁處彈性索規(guī)格橋跨一側的縱向橋名(主跨跨徑)全橋根數(shù)(根)單根長度(m)

單根組成彈性約束剛度48544855-7φ5

k

=

2.73×104

kN

/

m汕頭宕石大橋(518m)85φ7?k

=

2.658×10

kN

/

m蕪湖長江大橋4?k

=

5.316×104

kN

/

m(312m)187φ7?481033155φ1573φ7=

×k

1.458

10

kN

/

m4武漢白沙洲大橋(618m)海口世紀大橋(340m)=×4k

3.534

10

kN

/

m重慶奉節(jié)夔門=×4k

7.555

10

kN

/

m8830151φ7109φ7長江大橋(460m)重慶涪陵李渡k

=

5.864

×104

kN

/

m27.9長江大橋(398m)第四部分

橋梁減隔震設計實現(xiàn)縱橋向彈性約束的構造措施（示意圖）縱向彈性索縱向彈性索塔柱主塔橫梁塔橫梁處錨固點主梁處錨固點主梁處錨固點塔柱縱向彈性索縱向彈性索第四部分

橋梁減隔震設計工程應用事例1?

總長2402m，公路6車道?

主跨518m?

鋼箱梁與砼箱梁的混合型大跨度斜拉橋?

1999年2月通車?

縱橋向彈性約束構造措施的實現(xiàn)采用在主塔兩側各設置一根長54m，由55股7φ5高強鋼絲組成的鋼鉸線，鋼鉸線一端固定在主塔下橫梁的上側，另一端則固定于主梁的下側，形成塔梁之間的彈性約束。第四部分

橋梁減隔震設計汕頭宕石大橋抗震計算的地震動參數(shù)1、場地基巖水平地震動峰值加速度為214.84gal

(100年10%的概率水平下)β

=

2.25(0.7

/T)2、橋址處反應譜表達式為第四部分

橋梁減隔震設計汕頭宕石大橋在不同的縱向約束下的結構內(nèi)力和位移響應的比較地震作用下縱向位移響應地震作用下的縱向內(nèi)力響應（南主塔塔根處）體系比較梁端處南塔頂處Ｑ0＝3.5×103kNM0=1.5×105kNm漂浮體系259mm241mm彈性約束體系1（

27.5股7φ5）Ｑ1＝3.7×103kNM1=2.2×105kNm彈性約束體系2（

55股7φ5）Ｑ2＝4.8×103kNM2=2.6×105kNm261mm199mm彈性約束體系3（

110股7φ5）Ｑ3＝8.2×103kNM3=3.5×105kNm第四部分

橋梁減隔震設計從表中可以看出：在主塔與主梁之間設置縱向彈性約束有利于減小主梁的縱向位移及主梁與邊墩的相對位移。對于橋例中的主跨500m左右的斜拉橋，縱向約束增大了全橋的縱向剛度，使地震響應有所增加。然而，對于主跨300m左右的斜拉橋，縱向約束雖增大了全橋的縱向剛度，但結構的地震響應有可能下降。第四部分

橋梁減隔震設計武漢白沙洲大橋工程應用事例2?

全長3856m，公路6車道?

（50+180+618+180+50）m5跨連續(xù)組合梁斜拉橋?

大型吊箱圍堰高樁承臺鉆孔樁基礎?

2000年9月建成通車?

縱橋向彈性約束構造措施的實現(xiàn)采用在主塔兩側各設置一根長103m，由55股φ15高強鋼絞線組成，相當于在主塔一側設置了有縱向剛度的彈簧，鋼鉸線一端固定在主塔下橫梁的上側，另一端則固定于主梁的下側。第四部分

橋梁減隔震設計蕪湖長江大橋工程應用事例3?

鐵路全長10521m，公路全長5681m?

鐵路2線，公路4車道?

（180+312+180）m矮塔部分斜拉結構?

正橋鋼梁采用14MnNbq新鋼種、全封閉焊接整體節(jié)點新技術?

鋼桁梁與鋼筋混凝土行車道板結合共同受力?

2000年建成通車，中國建筑工程魯班獎，國家科技進步一等獎?

縱橋向彈性約束構造措施的實現(xiàn)采用在主塔兩側各設置兩根長48m，分別由85股φ7和187股φ7的高強鋼絲組成，高強鋼絲一端固定在主塔下橫梁的上側，另一端則固定于主桁的下側。第四部分

橋梁減隔震設計?？谑兰o大橋工程應用事例4?全長2262m；?公路6車道；?主跨為340m雙塔雙索面預應力混凝土邊主斜拉橋；?2003年8月建成通車；?縱橋向彈性約束構造措施的實現(xiàn)采用在主塔兩側各設置兩根長31m，由73股φ7高強鋼絲組成，相當于在主塔一側設置了有縱向剛度的彈簧，鋼絲一端固定在主塔下橫梁的上側，另一端則固定于主梁的下側。第四部分

橋梁減隔震設計工程應用事例5?全長893m；?公路4車道；?主跨為460m雙塔雙索面預應力混凝土邊主斜拉橋；?2006年7月建成通車。?縱橋向彈性約束構造措施的實現(xiàn)采用在主塔兩側各設置兩根長30m，由151股φ7高強鋼絲組成，相當于在主塔一側設置了有縱向剛度的彈簧，鋼絲一端固定在主塔下橫梁的上側，另一端則固定于主梁的下側。第四部分

橋梁減隔震設計重慶涪陵李渡長江大橋工程應用事例6?全長887.2m；?公路4車道；?主跨為398m雙塔雙索面預應力混凝土邊主斜拉橋；?2007年10月建成通車?縱橋向彈性約束構造措施的實現(xiàn)采用在主塔兩側各設置兩根長27.9m，由109股φ7高強鋼絲組成，相當于在主塔一側設置了有縱向剛度的彈簧，鋼絲一端固定在主塔下橫梁的上側，另一端則固定于主梁的下側。第四部分

橋梁減隔震設計Midas/Civil與Sap2000軟件關于連續(xù)箱梁橋抗震計算比較計算模型公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計有關計算參數(shù)彈性模量(kN/m2)容重(kN/m3)材料類型泊松比31.7kN/m3(二期恒載73.5kN/m)3.46E+073.26E+072.98E+070.20.20.2主梁橋墩樁25kN/m325kN/m3公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計地震波時程曲線公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2001)設計地震動分組=1,烈度=7(0.10g),場地=I,多遇地震,Tg=0.25s,阻尼比=0.05。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計表

成橋狀態(tài)結構各部位邊界條件成橋狀態(tài)△z

θx結構部位△x△yθyθz1111110011所有樁底處1、2、4號墩支座011100003號墩支座表中，△x、△y、△z分別表示沿縱橋向、橫橋向、豎橋向的線位移，θx、θy、θz分別表示繞縱橋向、橫橋向、豎橋向的轉角位移。1-約束，0-放松。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計①反應譜分析，彈性時程分析時：除3#橋墩安置固定鉸支座外,其余均為活動支座，支座采用主從關系模擬；樁底固結，承臺底與樁之間采用剛性連接單元。②非線性時程分析時，3#支座為一般固定鉸支座，1、2、4#橋墩的支座采用鉛芯橡膠隔振裝置，支座參數(shù)如下所示：公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計成橋狀結構動力特性的比較midas計算結果周期SAP2000周期振型描述模態(tài)號(sec)(sec)1234560.798460.7000340.6374280.4448820.4374710.3182460.9182順橋向一致振動一階對稱橫彎一階對稱豎彎一階反對稱橫彎二階對稱橫彎二階反對稱橫彎0.7546430.6374070.4943540.4852650.343831公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計反應譜分析對比縱向彎矩(kN*m)縱向剪力(kN)承臺底部midasmidas1095.51199.82413.61095.5SAP20006156比較SAP2000比較12345177.16366.134196.75177.1133511902080103018.91%21.86%6121-3.85%-5.44%-8.27%-0.82%-13.8%-5.98%323384749公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計線性時程分析對比縱向彎矩(kN*m)縱向剪力(kN)承臺底部midasmidas2484.52462.18111.92484.5SAP200012090比較SAP2000比較123411553.712864.5111773.711553.94.64%26082282555726084.97%138988.03%-9.44%4.64%-7.31%-31.50%4.97%10122712090公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計非線性時程分析對比彎矩(kN*m)剪力(kN)承臺底部midas10468.822969.988586.810353.6midas2274.82536.96132SAP2000比較SAP2000比較1234963023541649289580-8.01%25802545.8420313.42%2.49%-26.71%-7.47%0.35%-31.46%9.04%2362.52576公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計1#減隔振支座滯回曲線(Midas)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第四部分

橋梁減隔震設計1#減隔振支座滯回曲線(SAP2000)公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第五部分

地震反應控制系統(tǒng)日本新干線火車脫軌事故2004年10月23日，日本新瀉發(fā)生7級大地震，在首次地震發(fā)生時，一列行駛在浦佐至長岡間的新干線列車“朱鹮325”號的第一和第九節(jié)車廂脫軌，這是40年來新干線首次發(fā)生脫軌事故。公路橋梁抗震設計主講人:李龍安第五部分

地震反應控制系統(tǒng)高速鐵路橋梁地震反應監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理(

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