双模型简化梁桥抗震设计.pdf

双模型简化梁桥抗震设计陈桂英摘要:本文以阜石路高架桥Ⅱ形墩为背景,在基于强度抗震设计方法的基础上,提出了“双模型简化梁桥延性抗震设计法”。本文研究了约束钢筋混凝土偏心受压构件塑性铰区域从受力到破坏的5 个极限状态,建立了简化计算公式。本文还分析了欧美屈服弯矩和屈服曲率P,定义,提出了自己的简化(P-M-①)曲线和塑性铰的双折线计算模型,改善了塑性铰出现后延性分析的效果。本文提出了建立弹}生(阶段的)排架模型和延性(阶段的)排架模型的原则和“双模型简化梁桥廷陛抗震设计”具体分析方法,并将其用于工程设计。本文还展望了“双模型简化梁桥延性抗震设计”研究和应用的前景。关键词:梁桥、抗震设计、双模型、延性、排架模型 1 概述 工程背景阜石路工程由阜成门至石景山,是北京向西由二环至六环的放射线。是城市快速路,设计行车速度80妇/ll。我们采用了高架桥方案、以实现双层交通;高架桥采用倒T型盖梁的Ⅱ型墩、减少桥下宽度、降低桥梁结构高度,少占地、便于车辆进出转弯,节省城市空间。,设7 根标准跨径29~31m预制预应力混凝土箱梁作为主梁,简支连续桥面,每联3--'4跨,如图1、2所示。,墩柱宽横桥向1。8m()、、, ~,如图3。北京处在地震基本烈度8度地区,H型墩的悬臂又大。因此,我们对n形墩高架桥的抗震设计做了认真的探索。提出了“双模型简化梁桥延性抗震设计法”并用于工程设计。图1桥梁立面布置图图2桥梁横断面布置图 2007年全国桥梁安全技术论坛暨中美日桥梁安全论坛二玉 L——————————~ ————————一图3桥墩立面图 “以强度为基础的抗震设计方法”是较早应用的方法。分析过程大致如下: (1)建立结构计算模型,计算结构第一振型的周期:输入规范的弹性加速度反应谱,计算在罕遇地震作用下结构的弹性地震效应; (2)初拟结构质量集中点的位移延性系数∥△,计算强度折减系数R。; (3)由弹性地震的结构效应,除以强度折减系数R∥作为罕遇地震作用下的弹塑性结构内力并据以配筋; (4)绘制(P—M一①)关系曲线,确定塑性铰处的屈服曲率矽,、塑性转动曲率矽。、极限转动曲率谚。及相应的弯矩; (5)进行结构位移延性校核; 例如:悬臂墩巳=砟Lp,Ap=巳。H; 核算质量集中点的位移延性系数:计算∥.:一Au:全丝;调整使拟定的位移延性系数与计~ △y △y 算结果趋于一致;相应的M、△v、△。即为罕遇地震效应; (6)核算位移; (7)按保护构件原则进行构件设计。将“基于强度的抗震设计方法”,普遍用于各种常用桥梁的抗震设计,尚有很多问题没有完全解决。譬如: (1)《公路工程抗震设计规范》【l】,采用单一水准的抗震设防思想,没有进行罕遇地震条件下“变形能力”和“耗能能力”的验算,不能确知在罕遇地震时桥梁结构是否遭受严重破坏,因此,我们必须在保证其基本要求条件下进行补充设计。(2)《铁路工程抗震设计规范》‘21,属于三级抗震设防。它以位移延性比∥.,:垒坠<~ △y 验桥墩延性的标准。它定义线性弯矩比瓦=等和万=Am X—ps、九=,(场地类肌丁);并一139— 2007年全国桥梁安全技术论坛暨中美日桥梁安全论坛以从替代flu。其中,M一为罕遇地震下按弹性反应谱计算的墩身截面最大弯矩,My为屈服弯矩。这本规范只有M。。,、M,简要定义、没有给出公式,不易操作;它没有给出相应于该结构位移延性的内力,不便于进行保护构件的设计:它仅局限于一般桥墩,不适用于n型墩的高架桥。 [3】这是1994年提出的一种方法,分析大致过程如下: (1)设定结构极限位移△。;和位移延性系数∥△; (2)初步估计质量集中点的屈服位移,A。=△mx/∥△; (3)利用位移延性与有效阻尼曲线和位移谱求出结构的等效刚度;%=4∥M,,2(kN/m),式中 M为每个柱分担的结构质量,z为有效周期; (4)计算柱底的名义地震侧向力和名义地震弯矩:K,矿。△一以2瓦ji M。=E·H (5)按照开裂截面的刚度,计算修正的屈服位移; 14"一12EcI 一。一圩3 厶P=FKoe (6)调整使初估的屈服位移与计算结果趋于一致,相应的柱底名义地震侧向力和名义地震弯矩即为所求; 十多年来有关位移法研究有些进展,但将其用于桥梁抗震设计还有一些难题。例如:还没有规范的位移谱和非线性位移谱、位移延性系数与有效阻尼的关系曲线;结构的等效刚度概念难以用于较复杂的桥墩等。这里,力和位移兼顾的理念,双刚度和等效刚度的理念,将“迭代”转换为“少次重复”的理念等都可以借鉴。 【4】此法要点如下: (1)采