橋梁延性抗震設(shè)計(jì).ppt

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1、第7章橋梁延性抗震設(shè)計(jì)7．1延性的基本概念7．2延性對橋梁抗震的意義7．3延性抗震設(shè)計(jì)方法簡介20世紀(jì)60年代，以紐馬克(Newmark)為首的學(xué)者基于結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)研究，提出用“延性”的概念來概括結(jié)構(gòu)物超過彈性階段后的抗震能力。他們認(rèn)為在抗震設(shè)計(jì)中，除了強(qiáng)度與剛度之外，還必須重視加強(qiáng)結(jié)構(gòu)延性。另一方面，人們也從震害中認(rèn)識到了結(jié)構(gòu)的延性。震害調(diào)查顯示，在強(qiáng)烈的地震動(dòng)作用下，按規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)很多情況下并不具備抵抗強(qiáng)震的足夠強(qiáng)度，但有些結(jié)構(gòu)卻沒有倒塌，甚至沒有發(fā)生嚴(yán)重破壞。這些結(jié)構(gòu)能夠在地震中幸存，是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的初始強(qiáng)度能夠基本維持

2、，沒有因非彈性變形的加劇而過度下降，也即具有較好的延性。目前，抗震設(shè)計(jì)方法正在從傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論向延性抗震理論過渡，大多數(shù)多地震國家的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范已采納了延性抗震理論。延性抗震理論不同于強(qiáng)度理論的是，它是通過結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形(形成塑性鉸)來抵抗地震作用的。利用選定部位的塑性變形，不僅能消耗地震能量，還能延長結(jié)構(gòu)周期，從而減小地震反應(yīng)。7．1延性的基本概念7．1．1延性的定義通常定義為在初始強(qiáng)度沒有明顯退化情況下的非彈性變形能力。它包括兩個(gè)方面的能力，一是承受較大的非彈性變形，同時(shí)強(qiáng)度沒有明顯下降的能力；二是利用滯回特性吸收能量的能力

3、。從延性的本質(zhì)來看，它反映了一種非彈性變形的能力，即結(jié)構(gòu)從屈服到破壞的后期變形能力，這種能力能保證強(qiáng)度不會因?yàn)榘l(fā)生非彈性變形而急劇下降。7.1.2延性指標(biāo)（1）曲率延性系數(shù)（2）位移延性系數(shù)7．2延性對橋梁抗震的意義地震之所以造成結(jié)構(gòu)損壞甚至倒塌，在于它激起的地震慣性力超過了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。如果純粹依靠強(qiáng)度來抵抗地震作用，無疑會造成材料的巨大浪費(fèi)。因此，在工程抗震中，一般都希望利用結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性抗震，即利用塑性鉸減小地震力，并耗散能量。從變形的角度看，地震造成結(jié)構(gòu)損壞的原因，在于它激起的變形超出了結(jié)構(gòu)的彈性極限變形；同樣，地震造成結(jié)構(gòu)倒塌的原

4、因，在于它激起的反復(fù)的彈塑性變形，超出了結(jié)構(gòu)的滯回延性。因此，如果通過設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)具有能夠適應(yīng)大震彈塑性變形的滯回延性，則結(jié)構(gòu)在遭遇大地震時(shí)，盡管可能嚴(yán)重?fù)p壞，但結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的最低目標(biāo)——免于倒塌破壞，卻始終能得到保證。這種思想即為延性抗震設(shè)計(jì)的基本思想。從能量的觀點(diǎn)看，結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)的基本原理，是將結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件設(shè)計(jì)成具有較好的滯回延性，在預(yù)期的地震動(dòng)作用下，通過延性構(gòu)件發(fā)生的反復(fù)彈塑性變形循環(huán)耗散掉大量的地震輸入能量，從而保證結(jié)構(gòu)的抗震安全。必須指出的是，延性抗震在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢是以結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定程度的損壞為代價(jià)的。這也是延性抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)

5、主要缺陷。7．3延性抗震設(shè)計(jì)方法簡介要保證延性結(jié)構(gòu)在大震下以延性的形式反應(yīng)，能夠充分發(fā)揮延性構(gòu)件的延性能力，就必須確保不發(fā)生脆性的破壞模式(如剪切破壞)，以及防止脆性構(gòu)件和不希望發(fā)生非彈性變形的構(gòu)件發(fā)生破壞。要達(dá)到這一目的，就要采用能力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)。這一方法，目前正逐漸為世界各國的規(guī)范所接受。能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則的基本思想在于:通過設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件形成強(qiáng)度等級差異，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生脆性的破壞模式。7．3．1能力設(shè)計(jì)方法與常規(guī)的強(qiáng)震設(shè)計(jì)方法相比，能力設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)可以控制的延性設(shè)計(jì)。常規(guī)設(shè)計(jì)方法與能力設(shè)計(jì)方法

6、結(jié)構(gòu)抗震性能常規(guī)設(shè)計(jì)方法能力設(shè)計(jì)方法塑性鉸出現(xiàn)位置不明確預(yù)定的構(gòu)件部位塑性鉸的布局隨機(jī)預(yù)先選擇局部延性需求難以估計(jì)與整體延性需求直接聯(lián)系結(jié)構(gòu)整體抗震性能難以預(yù)測可以預(yù)測防止結(jié)構(gòu)倒塌破壞概率有限概率意義上的最大限度能力設(shè)計(jì)方法是抗震概念設(shè)計(jì)的一種體現(xiàn)，它的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)人員可對結(jié)構(gòu)在屈服時(shí)、屈服后的性狀給予合理的控制，即結(jié)構(gòu)屈服后的性能是按照設(shè)計(jì)人員的意圖出現(xiàn)的，這是傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法所達(dá)不到的。此外，根據(jù)能力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有很好的韌性，能最大限度地避免結(jié)構(gòu)倒塌，同時(shí)也降低了結(jié)構(gòu)對許多不確定因素的敏感性。能力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行延性設(shè)計(jì)的步驟1)

7、在概念設(shè)計(jì)階段，選擇合理的結(jié)構(gòu)布局；2)確定地震中預(yù)期出現(xiàn)的彎曲塑性鉸的合理位置，并保證結(jié)構(gòu)能形成一個(gè)適當(dāng)?shù)乃苄院哪軝C(jī)制；3)對潛在塑性鉸區(qū)域，通過計(jì)算分析或估算建立截面“彎矩一轉(zhuǎn)角”之間的對應(yīng)關(guān)系；然后利用這些關(guān)系確定結(jié)構(gòu)的位移延性和塑性鉸區(qū)截面的預(yù)期抗彎強(qiáng)度；4)對選定的塑性耗能構(gòu)件，進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì)；5)估算塑性鉸區(qū)截面在發(fā)生設(shè)計(jì)預(yù)期的最大延性范圍內(nèi)的變形時(shí)，其可能達(dá)到的最大抗彎強(qiáng)度；6)按塑性鉸區(qū)截面的彎曲超強(qiáng)強(qiáng)度，進(jìn)行塑性耗能構(gòu)件的抗剪設(shè)計(jì)以及能力保護(hù)構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)；7)對塑性鉸區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的構(gòu)造設(shè)計(jì)，以確保潛在塑性鉸區(qū)截面的延性能力

8、。8）對于脆性構(gòu)件或不希望出現(xiàn)塑性變形的構(gòu)件，確保其強(qiáng)度安全等級高于包含塑性鉸的構(gòu)件7.3.2潛在塑性鉸位置的選擇7.3.2潛在塑性鉸位置的選擇橋梁預(yù)期出現(xiàn)塑性鉸的位置通常在便于