第三讲-地震地面运动特性及设计地震动课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,桥梁抗风与抗震,李宏伟,E-mail,：,zjulhw,塔里木大学水建学院土木系,第三讲 地震地面运动特性,地震地面运动（地震动）特性,基岩地震动,桥梁场地地震动,桥梁设计地震动,非一致地震输入,桥梁工程抗震设计计算方法,第三讲 地震地面运动特性,一、地震地面运动特性,地震动,是地震和结构抗震之间的,桥梁,，又是结构抗震设防的,依据,。,地,震动与常用荷载,区别,表现形式：,运动,力；,可变性：迅速变化的,随机振动,静力,（横载、活载）,作用,方向：,随机,（水平、竖向、扭转）,-,竖向,；,作用,位置：,？,第三讲 地震地面运动特性,地震动,三要素,振幅,频谱,振幅,-,频率,关系曲线,持续时间,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,频谱分析,地震加速度时程及其功率谱和反应谱,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,地震动特性的,影响因素,震源,传播介质与途径,局部场地条件,目前已经可以对地震动进行合理的估计：,地震危险性分析,-,基岩地震动,-,场地地震动,第三讲 地震地面运动特性,二、基岩地震动,决定因素,震源机制,传播,介质与途径,地震重现期（,50,年,P,=10%,T,=475,年）,大地震，强地面运动影响范围大、持续时间长，地震记录的长周期成份较为丰富。,第三讲 地震地面运动特性,震源机制（地震发生的物理过程）,用,震源参数,描述,断层面的走向、倾向、倾角、断层两盘的错动方向、幅度、震源层长度,等。,断层破裂方向影响：,下游比上游的峰值加速度,大,第三讲 地震地面运动特性,地形放大效应,地形可能会对局部地面运动有很大的影响。陡峭山脊对基岩加速度起,放大和过滤作用,。,第三讲 地震地面运动特性,地震危险性分析,地震危险性（,Hazard,）,某一场地（或某一区域、地区、国家）在一定时期内可能遭受到的最大地震,破坏,影响，可以用,地震烈度,或,地面运动,参数来表示。,概率方法,查明工程场地周围地震,环境,和地震,活动性,；,判定并划分出潜在震源的,位置,、,规模,和地震活动,频度,，给出可能的,震源模式,，确定各潜在震源的,发震频率,；,根据地震动衰减规律和地震危险性分析的概率模型，计算出场地不同地震动参数的概率曲线，给出,不同概率水准下的地震动参数峰值，得到基岩的地震反应谱，以及地震持续时间。,第三讲 地震地面运动特性,三、桥梁场地地震动,局部地质条件对地震动参数的影响,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,场地土层地震反应分析,计算模型,一维剪切模型,：,覆盖在基岩上的一系列完全理想的已知层厚、土特性的水平成层模型。（水平成层、横向不均匀性较小的场地）,二维、三维模型,：存在局部地形等影响、横向不均匀性较大场地。,第三讲 地震地面运动特性,场地土层地震反应分析,基岩地震输入：,基岩地震加速度,反应谱,（危险性分析获得）,经过,标准化处理,后，得出,目标反应谱,基岩,加速度时程,抗震设计用地震动参数：,各土层地震加速度,时程,地表地震加速度,反应谱,设计加速度,反应谱,设计用地震加速,时程,第三讲 地震地面运动特性,工程场地地震安全性评价报告,规范标准：,工程场地地震安全性评价技术规范,（,GB17741-2005,）,地震安全性评价工作的结果，经授权的评审结构审定通过后，具有法定效力。,第三讲 地震地面运动特性,四、桥梁设计地震动,地震加速度反应谱,记录加速度反应谱,标准反应谱,第三讲 地震地面运动特性,设计反应谱（阻尼比,5%,）,第三讲 地震地面运动特性,规范反应谱曲线,第三讲 地震地面运动特性,规范反应谱（城市规范）,S,max,=2.25,C,l,C,s,C,d,A,第三讲 地震地面运动特性,规范反应谱（城市规范）,第三讲 地震地面运动特性,规范反应谱（城市规范）,第三讲 地震地面运动特性,规范反应谱（城市规范）,第三讲 地震地面运动特性,规范反应谱（城市规范）,第三讲 地震地面运动特性,地震加速度时程,直接利用强震记录,（地震加速度,峰值,、,场地条件,、,持续时间,）,采用人工地震加速度时程,（根据地震安评报告选用；,规范设计反应谱拟合,）,规范标准化地震加速度时程,（日本规范提供了,18,组地震时程记录,）,一般要选取多组地震加速度时程以供比较分析。,美国,AASHTO,规范规定为,5,组。,中国规范，,3,组或,7,组。,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,地震动输入方式,89,公路抗震规范：,纵向或横向地震力验算分别进行，不考虑正交地震力的合成,。,悬臂结构应考虑,竖向地震,作用。,第三讲 地震地面运动特性,08,桥梁抗震细则：,一般情况,下，,公路桥梁,可只考虑,水平向地震作用,，,直线桥,可分别考虑,顺桥向,X,和横桥向,Y,的地震作用。,抗震设防烈度为,8,度和,9,度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，以及竖向作用引起的地震效应很重要时，应,同时考虑顺桥向,X,、,横桥,向,Y,和竖向,Z,的地震作用,。,时,程分析法：,应同时输入三个方向分量的一组地震动时程计算地震作用效应,。,第三讲 地震地面运动特性,11,城市桥梁抗震规范：,一般情况,下，,城市桥梁,可只考虑,水平向地震作用,，,直线桥,可分别考虑,顺桥向,X,和横桥向,Y,的地震作用。,抗震设防烈度为,8,度和,9,度时的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，以及竖向作用引起的地震效应很重要时，应,考虑竖向地震作用,。,第三讲 地震地面运动特性,曲线桥梁,宜分别沿,相邻两桥墩连线方向,和,垂直于连线方向,进行多方向地震输入，以确定,最不利地震水平输入方向,。,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,五、非一致地震输入,规定,桥梁长度很长，或各支撑点,位于显著不同的场地上，应考虑地面运动的空间变化性，进行,不一致输入,。,规范,欧洲规范：,当存在地质不连续或明显的不同地貌特征，或桥长大于,600m,时，要考虑地震运动的空间变化性。,第三讲 地震地面运动特性,桥梁墩台具有深基础时（如桩基）：,第三讲 地震地面运动特性,多点不同输入与行波效应,多点地震动的选取：,强地震记录,人工加速度时程（一维模型？二维模型？）,第三讲 地震地面运动特性,二维场地地震反应分析,苏通大桥主桥场地地震反应计算的有限元模型,（覆盖土层深度：,260306m,，土层水平长度：,5243m,）,第三讲 地震地面运动特性,不同场地模型、不同地震输入下、各墩位处地表加速度时程峰值如下：,第三讲 地震地面运动特性,不同场地模型不同地震输入下北主塔处反应谱,第三讲 地震地面运动特性,场地桥梁整体有限元模型,课程作业,桥梁总体布置为,20m+60m+20m,的连续刚构桥，截面是单箱单室（如图,1,所示），,桥宽,10m,，墩高,20m,，桥墩截面如图,2,所示。该桥所在区域抗震设防烈度为,度,，按,中国地震动参数区划图,(GB18306-2001),规定，地震动峰值加速度为,0.35g,。根据,公路工程抗震设计规范,(JTJ 004-89),，采用,类场地土反应谱，取结构重要性系数,1.3,。,跨中截面,梁端截面,桥墩截面,第三讲 地震地面运动特性,六、桥梁工程抗震设计计算方法,抗震,动力学三要素,：,输入,（激励）、,系统,、,输出,（反应或相应）,抗震动力学,概念,结构地震震动方程、结构动力特性、结构阻尼,第三讲 地震地面运动特性,结构地震振动方程,弹性力,:,惯性力,:,阻尼力,:,第三讲 地震地面运动特性,结构动力特性,齐次方程（自由振动,自振频率）：,阻尼比：（,0.05,）,有阻尼自振圆频率：,振幅：,无阻尼自振圆频率：,第三讲 地震地面运动特性,第三讲 地震地面运动特性,桥梁结构地震反应分析方法,静力法,（假定结构物与地震动具有相同的振动）,动力反应谱法（,单、多质点振动,）,忽略结构的动力特性,振动方程,第三讲 地震地面运动特性,位移（,SD,）、速度（,PSV,）、加速度（,PSA,）反应谱,第三讲 地震地面运动特性,多质点振动,第三讲 地震地面运动特性,动态时程分析法（,最精细分析方法,）,从,选定合适的地震动输入,（地震动加速度）出发，采用,多质点多自由度,的结构有限元动力计算模型，建立,地震振动模型,，然后采用,逐步积分法,对方程进行求解，计算地震过程中每一瞬时结构的,位移、速度和加速度,反应，从而分析出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的,内力变化,以及构件逐步,开裂、损坏直至倒塌的全过程,。,THANKS,