Pushover方法在双柱桥墩抗震性能评估上的应用

Pushover方法在双柱桥墩抗震性能评估上的应用

第32卷第1期北　京　交　通　大　学　学　报Vol.32No.1

文章编号:167320291(2008)0120074205

Pushover方法在双柱桥墩抗震性能评估上的应用

贾红梅,阎贵平

(北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044)

摘　要:静力弹塑性分析方法(PushoverAnalysis)是一种静力非线性计算方法,近年来在国内外结构设计中得到广泛研究应用,是评价结构抗震能力的新方法.Pushover分析方法多用于建筑结构,.,归纳与总结了Pushover分析方法的实施步骤及原理,位移,,不同侧向加载模式分布下Pushover,关键词:;静力弹塑性分析方法;能力谱;需求谱;弹塑性反应谱中图分类号:U442155　　　文献标志码:A

ApplicationofPushoverMethodtoSeismicResistant

PerformanceEvaluationofDoubleColumnBridgePier

JIAHongmei,YANGuiping

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

Abstract:Staticelasto2plasticanalysis(Pushoveranalysis)isacombinationofnonlinearstaticanalysis,whichisbecomingapopulartoolforseismicperformanceevaluationofexistingstructures.Ingeneral,Pushoveranalysisisusedtobuildstructures,butexecutionmethodandexpressionstylesinthebridgesaredifferentwiththebuildings.Theprocedureandprinciplearegeneralizedfordoublecolumnpiersofpassengerline,targetdisplacementofdestinedintensityearthquakearedeterminedbybondingcapaci2tyspectrum,seismicperformanceisevaluatedbysuperimposingdemandcurveoftheearthquakeandstructuralcapacitycurve.TheresultdemonstratesthattheanalysisofPushovermethodinvariouslat2eralloadingpatternshasdifferentvaluesandthetransverseseismicperformanceinsmallearthquakeandrareearthquakecanmeetengineeringrequirements.

Keywords:engineeringstructure;passengerline;staticelasto2plasticanalysismethod;capacityspec2trum;demandcapacity;elasto2plasticresponsespectrum

　　为实现铁路跨越式发展的目标,高速铁路、客运专线的建设正在逐步实施.由于现行规范(包括抗震设计规范报批稿)中对客运专线的动力特性、结构行为、地震效应、抗震要求、设防标准等没有要求,对客运专线的设计也缺乏科学的依据.一般说来,纵桥向能够满足延性抗震要求,横桥向的抗震性能较纵向差些,同时对双柱桥墩横向抗震的研究也较少.因此,本文作者使用Pushover方法对已建客运专线双柱桥墩在多遇地震和罕遇地震下的横向进行抗震性能研究.

　　收稿日期:2006207214;修回日期:2007210225

),

女,山西阳泉人,博士生.email:jhmei123@http://doc.guandang.net作者简介:贾红梅(1971—

),男,山西黎城人,教授,博士生导师.阎贵平(1954—

Pushover方法在双柱桥墩抗震性能评估上的应用

第1期　　　　　　　　　　贾红梅等:Pushover方法在双柱桥墩抗震性能评估上的应用

1　Pushover分析方法

Pushover分析方法也称为非线性静力分析方

法,是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法.在一定条件下,该方法可以准确、简便地评估结构的抗震性能.该分析方法已被正式写入美国ATC240[1]、FEMA273和FEMA356[2]研究报告,日本也将该方法作为检查建筑物性能的方法.我国在新的建筑结构抗震设计规范中也引入了Pushover分析方法,目前在桥梁抗震设计中该方法也逐渐得到推广应用.111　原理

Pushover程度上与所选的横向水平荷载分布模式有关,通常

采用的有:

模式1:在桥墩顶部施加侧向位移.

模式2:均匀分布,侧向力分布与质量成正比,

(1)即Fi=mia式中:Fi为节点i处的侧向力;mi为分配给节点i

处的质量;a为地面加速度.

模式3:集中力加载.在桥梁顶部施加一个集中荷载,即

(2)Fi=VbVb.,即

(3)Fi=nVb

∑mj<1j

j=1

方法,的计算,结构的具体情况,并逐步单调增加,使结构从弹性阶段开始,经历开裂、屈服直至破坏倒塌,从而获得结构能力谱曲线,并将结构能力谱曲线和地震反应谱曲线画在同一坐标系上,通过对比来评估结构在给定地震作用下的反应特性.目标位移的确定和加载模式的选择直接影响Pushover分析方法的抗震评估的准确性.利用静力弹塑性分析进行结构分析的优点在于既能对结构在多遇地震下的弹性设计进行校核,也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到最先破坏的薄弱环节,从而使设计者仅对局部薄弱环节进行修复和加强.不改变整体结构的性能,就能使整体结构达到预定的使用功能.112　基本假定

1)Pushover方法固有假设:①实际结构的响应与一等效单自由度体系相关,也就是结构的响应由结构的第一振型控制;②结构沿高度的变形由位移形状向量{φ}表示,且在整个地震反应过程中,位移形状向量{φ}保持不变.

2)Pushover方法评价墩柱抗震性能的假设:①盖梁是可以弯曲的;②墩柱在地面以下固结.113　实施步骤推倒分析法的实施步骤为[324]:

①准备结构数据.包括建立结构模型、恢复力模型,估计塑性铰可能出现的部位.

②计算机构在竖向荷载作用下的内力,将其与水平力作用下的内力叠加,作为某一级水平力作用下构件的内力,以判断构件是否开裂或屈服.水平加载模式指侧向力沿结构高度的分布方式,用来表示设计地震中的反复力作用.推倒分析结果在很大的

　　模式5:倒三角分布模式,即

Fi=

nj=1

k

kVb(4)

∑mh

k

jj

式中:hi,hj为节点i,j距基底的高度;<1i,<1j是一阶正规化振型第i,j节点的振幅.指数k为

110　　　　　　t≤015s

k=110+　015s

<t<215s1

215-015

210　　　　　　t≥215s

　　③在结构质心处,施加某种侧向水平荷载.水平力产生的内力与步骤②所计算的内力叠加后,使一个或一排构件开裂或屈服.

④对于开裂或屈服的构件,对其刚度进行修改后,再施加一级荷载,使得又一个或一批构件开裂或屈服.

⑤不断重复步骤③和④,直至结构顶点位移足够大或塑性铰足够多,或达到预定的破坏极限状态.

⑥绘制用Pushover法得到结构的推倒分析曲线,即基底剪力和顶点位移之间的关系.

2　能力谱法

单纯的推倒分析并不能得到地震响应值,还需要结合能力谱法或非线性反应谱等方法,以确定结构在指定地震强度下的反应值.本文作者使用能力谱法,即通过地震需求曲线和结构能力曲线的叠加来评估结构在给定地震作用下的反应特征.211　能力谱方法的基本原理因为地震需求谱曲线是由弹性反应谱转化而来的,它是针对单自由度(SDOF)线性体系而言的,因

Pushover方法在双柱桥墩抗震性能评估上的应用

此结构的能力曲线也应该针对单自由度线性体系.

这就需要将多自由度(MDOF)体系等效成单自由度体系,即通过多自由度体系的动力方程进行等效.

多自由度体系在地震地面运动作用下的运动微分方程为[5][M]{X¨}+[C]{X }+{Q}=-[M]{1}x¨g(t)

(5)

复力曲线.

　　　　x′xtyty=

{Φ}T[M]{1}

Q′y={Φ}{Qy}

TT

(10)(11)

式中:{Qy}为结构屈服时各荷载向量,且{1}T{Qy}=Vy.其中Vy为多自由度体系的屈服基底剪力.212　计 …… 此处隐藏：7683字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……