反应谱法计算减隔震桥梁.pdf
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1、技术中心-郑伟北京迈达斯技术有限公司反 应 谱 法 计 算 减 隔 震 桥 梁目 录规 范 条 文 解 读1234项 目 模 型 介 绍多振型反应谱的计算流程结果对比与后处理验算.规 范 条 文 解 读.规范条文解读桥 梁 的 减 隔 震 支 座高阻尼橡胶支座HDR摩擦摆支座FPQZ铅芯橡胶支座LRBHigh Damping Rubber 高阻尼橡胶Lead Rubber Bearing 铅芯橡胶支座Friction Pendulum 摩擦摆.规范条文解读减 隔 震 支 座 桥 梁 的 类 别.规范条文解读非 规 则 桥 梁 的 计 算 方 法08细则20抗规公路桥梁抗震设计规范JTGT 22
2、31-01-2020 公路桥梁抗震设计细则JTGT B02-01-2008.规范条文解读减 隔 震 桥 梁 的 计 算 方 法.规范条文解读单 振型 计 算 方 法.规范条文解读单 振型 计 算 方 法单振型的不足.规范条文解读多 振型 计 算 方 法.项 目 模 型 介 绍.项目模型介绍项 目 工 程 概 况本 桥 为 位 于 某 公 路 上,跨 度 布 置 为 四 跨(24+27+2x26)m。上部结构采用预应力混凝土连续箱梁,梁高1.8m,桥面宽度9m,主梁采用单箱单室结构。下部结构采用独柱矩形桥墩,其中桥墩采用(1.5x2)m断面。基础采用桩基接承台基础,承台为矩形,截面尺寸为(2.5
3、x6.5)m,每个桥墩下设2根钻孔灌注桩,桩径1.5m,各墩桩长均为23m。每个桥墩上设置两个支座,本联除右侧交接墩外,支座均采用圆形高阻尼橡胶支座HDR()-d770 x198-G0.8,桥台采用矩形滑动型水平力分散型橡胶支座LNR(H)-470570174。本桥地震相关控制指标为:地震分区特征周期0.35s,场地类别类,抗震设防烈度7度(0.15g)。.项目模型介绍支 座 布 置 情 况桥墩支座采用高阻尼橡胶支座HDR()-d770 x198-G0.8,采用一般连接模拟。桥台支座采用LNR滑动橡胶支座LNR(H)-470570174,采用弹性连接模拟。High Damping Rubber
4、 高阻尼橡胶Linear Natural Rubber 天然橡胶Friction pendulum 摩擦摆.项目模型介绍高 阻 尼 橡 胶 支 座 的 力 学 参 数高阻尼橡胶支座恢复力模型高阻尼橡胶支座性能表单位:kN-mm规格竖向承载力容许剪切位移容许剪应变屈服力一次刚度二次刚度水平等效刚度压缩刚度符号PDdeFyK0KdKeffKvHDR38782082.01177.0122.541007.项目模型介绍注意事项:1、采用局部单元坐标轴2、作用类型:内力-滞后系统3、自重和使用质量含义相同,为减隔震支座的质量,该质量与桥梁自重相比非常小,一般忽略4、线性特性值Dx,填写压缩刚度,即支承方向
5、刚度Dy、Dz,填写一次刚度,即水平方向刚度高 阻 尼 橡 胶 支 座 的 模 拟 方 法.项目模型介绍虽然反应谱分析只能调用线性刚度,但考虑到减隔震桥梁采用多振型反应谱法进行抗震分析,其迭代过程要多次修正支座刚度,故推荐采用一般连接特性值来定义高阻尼橡胶支座,而非弹性连接。当采用一般连接时,修正支座刚度只需修改一次特性值即可,如果采用弹性连接则每次修改要修改6个支座的刚度。一般连接其特性值包含两部分,线性特征值和非线性特征值,反应谱分析虽然只会调用线性特征值部分,但Civil中一般连接特性值中应至少有一个非线性特性值才可以使用,故非线性特征值也至少要勾选一个,参数部分无需计算定义一个非0值即
6、可。高 阻 尼 橡 胶 支 座 的 模 拟 方 法.项目模型介绍LNR滑动橡胶支座性能表单位:kN-mm规格竖向承载力滑动摩擦力滑动前水平刚度竖向刚度符号FmaxQKhKvLNR2970892.481072板 式 橡 胶 支 座 的 力 学 参 数板式橡胶支座恢复力模型.项目模型介绍板 式 橡 胶 支 座 的 模 拟 方 法无论是一般连接还是弹性连接,这里输入刚度时所依据的坐标系均为局部坐标系。局部坐标系也是由x、y、z三轴满足右手螺旋法则而组成的空间直角坐标系,x轴的方向为连接两个节点的连线方向;所以要注意的是SDx输入的是支座竖向支撑刚度。一般连接主要用于模拟减隔震装置,与弹性连接相比,除
7、了可以定义六个方向的线性刚度还可以定义六个方向的线性阻尼特性以及非线性特性。两节点连线方向即为支承方向.项目模型介绍桩土效应模拟1、桩基础模拟桩土效应采用节点弹性支承模拟,侧向约束刚度根据“m法”计算得到;桩底节点采用一般支承约束6个方向的自由度,模拟墩底固结。2、建立桩基础单元的流程首先根据地勘报告中的土层情况,将桩长所在范围内的土分层,土层厚度比较大的土层可以细分为多个土层;根据地勘报告或根据土层特性查阅地基规范得到各层土的m值(动力计算为静力比例系数的2倍),套用公式计算各层土的侧向弹簧刚度;将节点布置在各层土的中心位置,建立桩基础单元,并施加边界。“m法”计算刚度公式如下:SDx/SD
8、y=mhbZSDx/SDy-桩身土侧向刚度(kN/m)m-动土比例系数(kN/m4)h-各土层中点距离地面距离(m)b-桩计算宽度(m)Z-各土层厚度(m).项目模型介绍折 减 桥 墩 截 面 刚 度20公路抗规-条文3.1.318公路混规-条文4.3.120公路抗规-条文6.1.9减隔震支座桥梁不属于延性设计.项目模型介绍折 减 桥 墩 截 面 刚 度本项目减隔震设计考虑的作用效应,永久作用包括结构重力、二期恒载,地震作用。本例题中钢束二次效应对轴力影响较小(不足5%),故忽略了预应力效应。公路抗规3.6条对于公路桥梁抗震设计考虑的作用效应中提出进行支座等墩梁连接构件抗震验算时,还应计入50
9、%的均匀温度作用效应。10.2.4条条文说明也明确了减隔震装置的设计位移应包含均匀温度作用效应。20公路抗规-条文说明10.2.420公路抗规-条文3.6.1.项目模型介绍模 态 与 阵 型 计 算采用反应谱分析和时程分析时,特征值计算方法一般选择“多重Ritz向量法”,计算效率会更高;考虑计算的向量数量,取决于最终振型参与系数。本案例仅考虑水平方向的地震效应,因此仅转化X、Y方向.项目模型介绍模 态 与 阵 型 计 算20公路抗规-条文6.3.3.项目模型介绍定 义 反 应 谱 函 数本桥地震相关控制指标为:地震分区特征周期0.35s,场地类别类,抗震设防烈度7度(0.15g)。.项目模型介
10、绍定 义 反 应 谱 函 数08细则20抗规公路桥梁抗震设计规范JTGT 2231-01-2020 公路桥梁抗震设计细则JTGT B02-01-2008.项目模型介绍20公路抗规-条文说明6.3.3施 加 反 应 谱 荷 载.多振型反应谱的计算流程1、计算高阻尼橡胶支座的特征强度Qd可以利用支座屈服位移y、支座的屈服后刚度Kd以及屈服力Fy等参数通过恢复力模型计算出来。高阻尼橡胶支座恢复力模型高阻尼橡胶支座性能表单位:kN-mm规格竖向承载力容许剪切位移容许剪应变屈服力一次刚度二次刚度水平等效刚度压缩刚度符号PDdeFyK0KdKeffKvHDR38782082.01177.0122.5410
11、07dydyQFKy01170.01669m7010yFK 1172000 0.0166983.619kNdQ 由恢复力模型中的几何关系得到dyK 2、计算等效弹簧串联后的组合刚度Keq,i需要计算每个桥墩与其减隔震支座等效弹簧串联后的组合刚度值Keqi,该组合刚度按20公路抗规式10.3.6-4计算。i,i1p ieq iKK-第i个桥墩的抗推刚度,p iK i-计算系数.迭代计算流程Step1 全 桥 等 效 阻 尼 比 eq.迭代计算流程3、第i个桥墩的抗推刚度Kp,i可通过抗推刚度模型计算求得,需将原整体模型的上部结构删除,仅保留桥墩(含盖梁、承台、桩基),在盖梁中心分别施加顺桥向、横
12、桥向1000kN的水平推力,本案例以顺桥向为例;推力除以1000kN推力作用下产生的顶部位移,即为桥墩抗推刚度,该模型三个桥墩参数一致,仅取其中一个桥梁来计算即可;桥台的抗推刚度可以人为定义一个较大值,本模型按1e7kN/m作为桥台的抗推刚度。抗推刚度计算表单位:kN-m顺桥向0号桥台1号墩2号墩3号墩4号桥台F100010001000Dx0.172650.172650.17265Kp,i100000005792.0655792.0655792.06510000000Step1 全 桥 等 效 阻 尼 比 eq.迭代计算流程4、计算系数i按20公路抗规式10.3.6-6计算i,由于本案例每个桥
13、墩横向有2个减隔震支座,因此i取2-第i个桥墩、桥台上的减隔震支座的屈服后刚度,d iK-梁体顺桥向或横桥向的水平位移 d5、按 20公路抗规式10.3.6-7,计算减隔震支座的水平位移di和墩顶位移dp,i0.090810.03664m11 1.4787iidd查询初始模型主梁位移,地震力作用下水平位移d为0.09081m;,0.09081 0.036640.05417mp iiddd6、按 20公路抗规式10.3.6-4,计算桥墩与其减隔震支座等效弹簧串联后的组合刚度:i,i1.4787 5792.0653455.1kN/m11 1.4787p ieq iKK,2000 0.09081 2
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