常规桥梁抗震计算流程为:E1算强度,E2算位移,外加能力保护构件验算。
强剪弱弯
强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件,是抗震概念设计的几大基本要求。
桥梁往往是“头重脚轻”,常规桥梁主梁的刚度一般要大于桥墩的刚度,墩梁之间一般也是通过支座连接,只“强剪弱弯”在桥梁抗震中体现的比较充分。
剪切破坏属于脆性破坏,是一种危险破坏模式,防止梁、柱等关键构件在弯曲屈服前出现剪切破坏。
▲公路抗规6.7.2
在进行抗剪设计时,墩柱塑性铰区的受剪承载力要大于可能出现的最大剪力(通过截面弯曲承载力反算)。
▲公路抗规6.7.3条文说明
▲超强弯矩
▲《建筑抗震设计标准》中的“强剪弱弯”调整
E1算强度
公路和市政桥梁抗震规范规定是一致的,均要求按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362-2018构件承载力验算方法计算,材料强度取设计值。
▲公路抗规
▲城市抗规
E2地震判断桥墩否进入塑性
《城市桥梁抗震设计规范》中,判断结构是否进入塑性,要依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的偏心受压构件的受弯承载力近似代表,材料强度取用标准值。
▲城市抗规
《公路桥梁抗震设计规范》中规定,判断是否进入屈服时,屈服弯矩可以采用M-φ曲线中的等效屈服弯矩。
▲公路抗规
在公路抗震规范9.4.2条文说明中,对初始屈服弯矩和等效屈服弯矩对应的结构响应状态进行了描述。
√当截面弯矩小于初始屈服弯矩My0时,整个截面保持弹性。
√当截面弯矩等于等效屈服弯矩My时,截面上部分钢筋进入了屈服,裂缝宽度可能会超过容许值,但是混凝土保护层完好,地震持续时间比较短,地震过程中局部开展的裂缝一般可以闭合。
▲公路抗震规范9.4.2条文说明
如果采用线弹性计算方法,判断E2是否进入塑性时,采用有效刚度计算。
▲公路抗规编制组的答复
E2位移验算
对于沿地震作用方向单排墩(垂直于地震方向可以有好几个柱),地震导致的墩柱轴力变化不大,M-φ曲线也未发生较大变化,可以通过规范公式计算。
▲市政抗规
▲公路抗规,较市政抗规多了个Lp2的验算
公路和市政规定基本一致,公式前半部分△y为理想弹性变形导致的墩顶位移,后半部分△p为绕理想塑性铰中心转动的墩顶位移。
屈服曲率和极限转角,都是根据最不利轴力M-φ曲线求得。
对于沿地震作用方向的多排柱墩,地震会导致墩柱轴力的变化,一侧墩柱受拉、一侧受压,轴力变化导致墩柱的M-φ特性、容许位移发生改变,因此需要迭代计算求得容许最大位移,采用非线性静力分析方法(pushover)。
pushover非线性静力分析,也叫静力弹塑性分析:
初始轴力+推覆轴力△Fi→
得到第i步的轴力Pi、实际转角θi→
Pi对应的M-φ曲线、求得截面容许转角[θ]i→
判断θi>[θ]i
则此位移验算点的位移,就是位移容许值。
能力保护:墩柱抗剪、盖梁、基础及支座
墩柱抗剪
如果墩柱进入塑性,塑性铰抗剪需求值和外部的效应无关,需要通过超强弯矩反算。
公路抗规的用词是“极限”弯矩,是否妥当?教科书上大部分都是M-φ曲线读取等效屈服弯矩。
市政抗规的用词是实配钢筋、材料强度标准值求得的受弯承载力。
基础
公路规范与市政一致的,效应设计值根据超强弯矩反算,与地震作用无关。
▲公路抗规,基础验算效应取值
▲公路抗规,基础、盖梁验算方法
采用规范算法,材料强度取标准值。
公路规范与市政一致,桩基须进行截面验算和单桩承载力验算,按照桥涵混凝土规范验算,材料强度取标准值。
▲市政抗规,桩基验算取材料标准值,盖梁未说明,应该是取设计值。
支座
公路抗规7.5规定了支座应满足滑移、剪切的要求,但同时在3.4条中给出了,如果不满足规范7.5要求时,应采取的措施。
到底要不要满足呢?好纠结。
▲公路抗规板式橡胶支座的厚度和抗滑稳定性验算,应满足上述要求。
▲公路抗规,活动支座的位移要求、固定支座的水平承载力要求
▲ 板式橡胶支座抗滑不满足的措施
▲ 固定支座抗剪不满足的措施
桥博计算定义
E1验算
▲E1阶段,结构处于弹性阶段,总体信息中选择规范设计值进行正截面强度验算。
无需定义塑性铰、pushover信息
注意:
勾选“强度计算采用标准值”,表示所有的计算材料强度都是用标准值。
地震工况属于偶然工况,偶然工况下用设计值是不是有点过分?
正截面强度计算方法--规范标准值,表示只有正截面抗弯强度用材料标准值,承台验算和构件的抗剪还是用设计值。
E2判断是否进入塑性
本质上就是验算E2地震下的截面弯矩,是否超过屈服弯矩。
不用填写塑性铰和pushover信息。
▲桥博计算界面
公路选弯矩曲率曲线,城市选用规范标准值
如果采用线弹性计算方法,判断E2是否进入塑性时,采用有效刚度计算。
▲规范编制组的答复
▲公路抗规规定 E2地震作用下,采用等效线弹性方法计算时,延性构件采用有效截面刚度。
E2位移验算和能力保护
延性设计,E2下不验算墩柱的弯曲承载力,验算抗剪能力保护。
▲桥博E2位移及能力保护
位移pushover铰特性选弯矩-曲率分析,主要用于位移验算和塑性铰抗剪的位移延性系数计算;
强度pushover铰特性选用超强弯矩验算,用来能力保护构件验算。
Pushover定义中,正截面强度计算方法,主要是针对能力保护构件验算,根据公路抗规7.3.5和7.3.6条,材料取规范标准值。