工程结构抗震设计 Part.2 第5章 桥梁结构抗震能力验算课件.ppt

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1、第二部分大跨度桥梁抗震设计第5章桥梁结构抗震能力验算5.1概述桥梁结构地震反应分析的最终目的是正确地估计地震可能对结构造成的破坏，以便通过结构构造和其他抗震措施，使损失尽可能小。因此，抗震能力验算是桥梁结构抗震设计的一个重要组成部分。地震惯性力主要集中在上部结构，惯性力通过支座传递给墩柱，再由墩柱传递给基础，进而传递给地基承受。上部结构设计：主要由恒载、活载、温度作用等控制。墩柱设计：在地震作用下将会受到较大剪力和弯矩作用，由地震反应控制。另一方面，在强震作用下，通常希望在墩柱中(而不是在上部结构)形成塑性铰耗散能量，以降低对结构强度的要求。

2、墩柱的剪切破坏：脆性破坏，伴随着强度和刚度的急剧下降。墩柱的弯曲破坏：延性破坏，多表现为开裂、混凝土剥落、压溃、钢筋裸露和弯曲等，产生很大的塑性变形。矮粗的桥墩，多为剪切破坏；高柔的桥墩，多为弯曲破坏。支座的破坏：主要为支座锚固螺栓拔出、剪断，活动支座脱落，支座本身构造上的破坏等。墩柱抗震验算，主要有强度破坏准则和延性破坏准则。5.2钢筋混凝土墩柱的抗弯能力验算5.2.1钢筋混凝土墩柱截面的强度和曲率延性计算钢筋混凝土墩柱的弯曲破坏是延性破坏，根据延性破坏准则，结构是否破坏取决于塑性变形的大小。为此，要计算出墩柱可能发生的最大塑性转角和最大容

3、许塑性转角进行比较。(1)约束混凝土的应力—应变曲线当混凝土中的应力较大时，横向应变变得很大，由于螺旋筋或箍筋的作用，混凝土受到约束。横向钢筋的约束作用能显著改善混凝土在大应变时的应力—应变关系，从而大大提高墩柱截面的延性，而且强度也有所提高。图5.1给出了得到广泛认可的约束混凝土的应力—应变曲线，其表达式为：式中：是约束混凝土的峰值纵压应力，εC为混凝土的纵向压应变，εCC为相应于的纵向压应变。、εCO分别为无约束混凝土的圆柱体抗压强度及相应的纵向压应变(一般取0.002)为了定义保护层混凝土的应力—应变关系，假定时，应变达到碎裂应变εSP

4、。约束混凝土的峰值纵压应力的计算可分两种情况：(a)圆形截面式中，为有效横向约束应力。其中，Ke为截面的有效约束系数，是有效约束核芯混凝土面积与核芯混凝土总面积之比，对于圆形截面，一般可取0.95；分别为圆形或螺旋钢筋的屈服强度和截面积；D’、s分别是圆形或螺旋箍筋环的直径和纵向间距。(b)矩形截面矩形截面在两个主轴方向的有效约束应力分别为：峰值纵压应力可利用如图5.2所示的约束应力与约束强度的关系曲线计算。根据约束应力比就可以查出约束强度比。约束混凝土的极限压应变εcu定义为横向约束钢筋开始发生断裂时的混凝土压应变，可由横向约束钢筋达到最大

5、应力时所释放的总应变能与混凝土由于横向钢筋的约束作用而吸收的能量(图5.1中阴影部分面积)相等的条件进行推导。其保守估计值为：其中，εsu为约束箍筋在最大拉应力时的应变；ρS是约束箍筋的体积含筋率，对于矩形箍筋，ρS=ρx+ρy；是约束混凝土的峰值压应力；是约束箍筋的最大拉应力。(2)钢筋的应力一应变关系(3)钢筋混凝土截面的抗弯强度与延性计算钢筋混凝上截面抗弯强度的有效表示方法是轴力—弯矩(Np—M)曲线，截面的延性主要为截面的弯矩—曲率(M—φ)关系。采用条带法求(Np—M)和(M—φ)关系。假设：●平截面假定；●剪切应变的影响忽略不计；

6、●钢筋和混凝土之间无滑移现象；●采用前述的钢筋和混凝土的应力—应变关系(图5-1和5-3)。设构件截面形状如图5.4所示：φ表示截面曲率，形心轴的应变为ε0。荷载产生的应变沿截面高度线性变化，即应力—应变关系为：由平衡条件得：求和下标j表示截面的第j种材料，Aj为相应面积，积分号中不是两项相乘，而是函数关系。由(5.5)和(5.6)可得M—φ关系，一般如下图所示，求解通常采用数值解法。对确定的轴向力Np，计算M—φ关系的步骤为：(b)选择参考轴，一般选截面形心轴，假定其应变为ε0；(c)由式(5.4)求出各条带(窄条)的应变ε；(d)按钢筋和

7、混凝土的应力—应变关系求对应于ε的应力；(e)求出各条带内力总和，看是否满足截面平衡条件式(5.5)；(f)若不满足，修改ε0，重复(c)～(e)，直到满足平衡条件；(g)将所得到的ε0代入(5.6)式，求得对应于φ的内力矩M；(h)重复(a)～(g)。要求出曲率延性，需要确定截面的屈服状态和极限状态。屈服条件：极限状态：其中，分别为受拉钢筋的应力和屈服强度；为受压区混凝土的最大压应变；分别为应力—应变曲线上应力最大点和失效点所对应的应变。这里，“延性”表示结构发生较大的非弹性变形而强度基本没有减少的能力。或者说，延性表示结构从屈服到破坏的后

8、期变形能力。延性可分为材料、截面、构件和整体延性等。延性—般可用以下的无量纲比值μ来表示，其定义为：式中，Δy和Δmax分别表示结构首次屈服和所经历过的最大变形。延