第4章 桥梁墩台的抗震计算1

兰州交大墩台抗震

主要内容

第四章桥梁抗震设计

桥梁结构抗震Seismic Design for Bridge Structures土木工程学院2011.9

Seismic Design for Bridges

4.1铁路工程抗震设计规范GB (50111-2006)介绍 4.2桥梁抗震设计实例 4.3桥台抗震设计计算 4.4支座抗震计算 4.5抗震措施

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表3.0.1A铁路工程抗震设防类别的划分

3.0.1A铁路工程应根据铁路等级及其在路网中的重要性和修复(抢修)的难易程度，分为A类、B类、C类、D类四个抗震设防类别。各类别铁路工程的划分应符合表3.0.1A的规定。

桥梁 A类跨越大江、大河，且技术复杂、修复困难的特殊结构桥梁 1.客货共线铁路混凝土简支梁跨度大于等于48m;简支钢梁跨度大于等于64m;混凝土连续梁主跨大于等于80m;连续钢梁主跨大于等于96m; 2.高速铁路及客运专线(含城际铁路)跨度大于等于40m的桥梁； 3.墩高大于等于40m的桥梁； 4.常水位水深大于8m的桥梁； 5.技术复杂、修复困难的特殊结构桥梁。

路基—

隧道水下隧道

B类

—

—

C类

1.高速铁路及客运专线(含城际铁路 )的普通桥梁； 2.墩高大于30m小于40m的桥梁；常水位水深5m~8m的桥梁。属A、B、C类以外的其他铁路桥梁

1.修复困难的陡坡、深挖、高填路基；高速铁路及客运专线(含城际铁路)的路基。

1.高速铁路及客运专线(含城际铁路)的隧道和明洞； 2.通过活动断裂带、浅埋、偏压、采空区及矿区、繁华城区、特大跨度(b>15m )的隧道和明洞。近距离交叉的隧道衬砌，高速铁路及客运专线(含城际铁路)洞口、浅埋、偏压、明洞地段及繁华城区隧道衬砌。属A、C类以外的其他铁路隧道工程

表3.0.1B-1各类工程的重要性系数Ci工程类别 A类 B类 C类 D类多遇地震— 1.5 1.1 1.0设计地震— 1.0 1.0 1.0罕遇地震— 1.0 1.0 1.0

D类

属C类以外的其他路基工程

表3.0.1B-1各类工程的抗震设防措施等级

《铁路工程抗震设计规范》中规定铁路工程的抗震性能要求如下： 性能要求Ⅰ:地震后不损坏或轻微损坏，能够保持其 性能要求Ⅱ:地震后可能损坏，经修补，短期内能恢 性能要求Ⅲ:地震后可能产生较大破坏，但不出现整

正常使用功能；结构处于弹性工作阶段；

复其正常使用功能；结构整体处于非弹性工作阶段；体倒塌，经抢修后可限速通车；结构处于弹塑性工作阶段。

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一般规定表桥梁在不同地震动的抗震设防目标及分析方法地震动水准构筑物抗震设防目标多遇地震桥梁达到抗震性能要求Ⅰ D类桥梁：采用反应谱法； B,C类桥梁及新结构桥梁：反应谱法或时程反应分析法设计地震罕遇地震

桥台、桥梁上、下钢筋混凝土

桥墩的部结构连接构造桥梁达到抗震性能要求达到抗震性能要求ⅡⅢ简支梁钢筋混凝土桥墩：采用延性设采用静力法计的简化方法；连续梁支座可采用 B类桥梁及新结构反应谱法桥梁：采用非线性时程反应分析法

分析方法

《铁路工程抗震设计规范》的适用范围： 跨度小于150m的钢梁及跨度小于120m铁路钢筋混凝土和预应力混凝土等梁式桥的抗震设计。 桥梁抗震验算时，应分别计算顺桥向和横桥向的水平地震作用。对于抗震设防烈度为9度的悬臂结构和预应力混凝土刚构桥等，还应计入竖向地震作用的影响。 竖向地震作用可按结构恒载和活载总和的7%计入，或按水平地震基本加速度α的65%进行动力分析。 位于非岩石地基上的桥梁抗震设计，应计入地基变形的影响。 桥梁抗震验算荷载，应为地震作用与下表所列的荷载进行最不利组合。

表桥梁荷载荷载分类恒载荷载名称结构自重土压力静水压力及浮力列车竖向静活载活荷载离心力列车活载产生的土压力1.双线桥只考虑单线活载 2.验算桥墩桥台时，应采用常水位设计，常水位包括地表水或地下水

位于常水位水深超过5m的桥墩，应计入地震动水压力对 桥梁抗震验算时，应分别按有车、无车进行计算。当桥

桥墩的作用。

上有车时，顺桥向不计活荷载引起的地震力，横桥向只计50%活荷载引起的地震力且作用在轨顶以上2m处。活荷载垂直力均计100%。 桥上有车时，顺桥向不计活载地震力的原因是，由于车轮的滚动作用，地面运动的加速度只有很少一部分传递到列车上，但列车的重力仍可以传递到桥墩上。因此，纵向不计活载产生的地震力，而活载垂直力计100%。 活载横向地震力，只有地震时恰好桥上有列车时才会产生，但地震时桥上有车的机率较小。即便有车，由于车架上有弹簧，对横向振动有一定的减震作用，活载地震力也会有所折减。因此规范规定计50%的活载地震力。对双线铁路按单线活载计。

抗震检算内容及方法

抗震验算规定

抗震检算内容结构形式混凝土桥墩钢筋混凝土桥墩多遇地震墩身及基础：强度、偏心及稳定性验算墩身及基础：强度及稳定性验算墩身及基础：强度、偏心及稳定性验算设计地震验算连接构造罕遇地震一般不验算，但应增设护面钢筋可按简化法进行延性验算

桥梁在多遇地震时抗震验算的规定如下： 1)基础底面的合力偏心距，应符合下表的规定。地基土未风化至风化颇重的硬质岩石上项以外的其它岩石 0>200kPa的土层 0≤200kPa的土层 为基础底面计算方向的核心半径。

简支

梁桥

e≤2.0 ≤1.5 ≤1.2 ≤1.0

验算连接构造

其它梁式桥及B类桥梁

钢筋混凝土桥墩：按非线性时程反应分析验算连接构造法进行下部结构延性验算或最大位移分析

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2)砌石及混凝土截面合力偏心距，应符合下表规定。表砌石及混凝土截面合力偏心距

3)建筑材料容许应力的修正系数，应符合下表的规定。

表建筑材料容许应力修正系数材料名称混凝土和石砌体钢材应力类别剪应力、弯曲拉应力压应力剪应力、拉、压应力修正系数 1.0 1.5 1.5

截面形状矩形及其它形状圆形

e≤0.8S≤0.7S

S为截面形心至最大压应力边缘的距离。

4)滑动稳定系数不应小于1.1。 5)倾覆稳定系数不应小于1.3。

桥墩地震作用计算

(一)计算图式 《铁路工程抗震设计规范》规定，简支梁桥的抗震计

算可采用单墩力学模型进行简化计算，条件许可时也可采用全桥力学模型进行计算，并计入梁部及桥面系刚度的影响。

全桥力学模型

横桥向

顺桥向

图中， 11——基础平动柔度系数。当基底或承台底作用单位水平力时，基础底面产生的水平位移(m/kN);岩石地基 11=0。 22——基础转动柔度系数。当基底或承台底作用单位弯矩时，基础底面产生的转角(rad/kN.m);岩石地基 22=0。 mb——桥墩顶处换算质点的质量(t)。顺桥向： mb= md;横桥向： mb= m1+ md。 md——桥墩顶梁体质量(t),等跨桥墩顺桥向、横桥向和不等跨桥墩横桥向均为相邻两孔梁及桥面质量之和的一半，不等跨桥墩顺桥向为较大一跨梁及桥面质量之和。

桥墩抗震计算的单墩模型

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地基柔度系数的计算公式 梁体的地震作用顺桥向位于支座中心，横桥向位于梁

高的1/2处。 m1——桥墩顶活荷载反力换算的质量(t)。 lb——质心距桥墩顶的高度(m)。 mi——桥墩第i段的质量(t)。

计算非岩石地基基础的柔度系数 11、 22、 12时，应计土的弹性抗力，按下列公式计算。 (1)明挖、沉井基础底面的地基柔度系数 ⅰ)置于非岩石地基上的基础(包括基础置于岩石风