第五章桥梁抗震延性设计课件A.ppt

第7章 桥梁延性抗震设计 20世纪60年代，以纽马克(Newmark)为首的学者基于结构的非线性地震反应研究，提出用“延性”的概念来概括结构物超过弹性阶段后的抗震能力。他们认为在抗震设计中，除了强度与刚度之外，还必须重视加强结构延性。 另一方面，人们也从震害中认识到了结构的延性。震害调查显示，在强烈的地震动作用下，按规范进行抗震设计的结构很多情况下并不具备抵抗强震的足够强度，但有些结构却没有倒塌，甚至没有发生严重破坏。这些结构能够在地震中幸存，是因为结构的初始强度能够基本维持，没有因非弹性变形的加剧而过度下降，也即具有较好的延性。 目前，抗震设计方法正在从传统的强度理论向延性抗震理论过渡，大多数多地震国家的桥梁抗震设计规范已采纳了延性抗震理论。延性抗震理论不同于强度理论的是，它是通过结构选定部位的塑性变形(形成塑性铰)来抵抗地震作用的。利用选定部位的塑性变形，不仅能消耗地震能量，还能延长结构周期，从而减小地震反应。 5．1延性的基本概念 5．1．1延性的定义 通常定义为在初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形能力。它包括两个方面的能力，一是承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力；二是利用滞回特性吸收能量的能力。 从延性的本质来看，它反映了一种非弹性变形的能力，即结构从屈服到破坏的后期变形能力，这种能力能保证强度不会因为发生非弹性变形而急剧下降。 5.1.2延性指标 在利用延性概念设计抗震结构时，首先必须确定度量延性的量化指标，即延性指标。最常用的延性指标为：曲率延性系数（简称曲率延性）和位移延性系数（简称位移延性）。 （1）曲率延性系数 （2）位移延性系数 曲率延性系数 钢筋混凝土延性构件的非弹性变形能力，来自塑性铰区截面的塑性转动能力，因此可以采用截面的曲率延性系数来反映。 曲率延性系数定义为截面的极限曲率与屈服曲率之比，即： 5.1.3延性、位移延性系数与变形能力 5.1.4曲率延性系数与位移延性系数的关系 5.1.5桥梁结构的整体延性与局部延性的关系 5．2桥梁延性抗震设计基本理论 地震之所以造成结构损坏甚至倒塌，在于它激起的地震惯性力超过了结构的强度。如果纯粹依靠强度来抵抗地震作用，无疑会造成材料的巨大浪费。因此，在工程抗震中，一般都希望利用结构和构件的延性抗震，即利用塑性铰减小地震力，并耗散能量。 从变形的角度看，地震造成结构损坏的原因，在于它激起的变形超出了结构的弹性极限变形；同样，地震造成结构倒塌的原因，在于它激起的反复的弹塑性变形，超出了结构的滞回延性。因此，如果通过设计，使结构具有能够适应大震弹塑性变形的滞回延性，则结构在遭遇大地震时，尽管可能严重损坏，但结构抗震设防的最低目标——免于倒塌破坏，却始终能得到保证。这种思想即为延性抗震设计的基本思想。 从能量的观点看，结构延性抗震设计的基本原理，是将结构部分构件设计成具有较好的滞回延性，在预期的地震动作用下，通过延性构件发生的反复弹塑性变形循环耗散掉大量的地震输入能量，从而保证结构的抗震安全。 必须指出的是，延性抗震在经济上的优势是以结构出现一定程度的损坏为代价的。这也是延性抗震设计的一个主要缺陷。 7．3延性抗震设计方法简介 5.2.1能力设计方法 5.2.2延性构件与能力保护构件的选择 地震力传力路径：主梁产生水平地震力通过支承连接构件至盖梁以及桥墩，再到基础，最终至地基。抗震设计中，一般要保证传力路径不中断和保证震后桥梁的行车功能。故：主梁、支座、盖梁和桥梁基础一般作为能力保护构件。而长宽比比较大的桥墩则设计为延性构件。 5.2.3潜在塑性铰位置的选择 5.3延性构件的强度设计与验算 设计地震力与位移延性的关系 采用能力设计方法一般分下面四步： 根据桥梁结构体系的受力特点以及结构的预期性能要求，选择合适的延性构件。 * * *