弹性时程分析重点.ppt

1、时程分析重点,北京MIDAS技术有限公司,一、桥梁构造、材料概况,桥梁形式：三跨混凝土悬臂梁 桥梁长度：L = 30+50+30 = 110.0 m，其中中跨为挂孔结构，挂孔梁为普通钢筋混凝土梁，梁长16m ，墩为钢筋混凝土双柱桥墩，墩高15m 预应力布置形式：T构部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力,跨中箱梁截面,墩顶箱梁截面,一、桥梁构造、材料概况,材料 混凝土 主梁采用JTG04（RC）规范的C50混凝土 桥墩采用JTG04（RC）规范的C40混凝土 钢材 采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860 荷载 恒荷载 自重，在程序中按自重输入，由程序自动计算,一、桥梁构造、

2、材料概况,预应力 钢束(15.2 mm31) 截面面积: Au = 4340 mm2 孔道直径: 130 mm 钢筋松弛系数(开),选择JTG04和0.3(低松弛) 超张拉(开) 预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm2 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:0.25 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:1.5e-006(1/mm) 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值: 开始点:6mm 结束点:6mm 张拉力:抗拉强度标准值的75%，张拉控制应力1395MPa,一、桥梁构造、材料概况,该桥位于某7度区二级公路上，水平向基本地震加速度值 0.15g。按中国地震动反应谱特征周期区划图查的场地特征周

3、期为：0.45s。经现场勘察测得场地土质和剪切波速如下：,二、桥梁场地概况,三、基本参数确定,1、判别桥梁类型：,二级公路大桥，故该桥为B类桥梁。,2、确定构造措施设防烈度：,在7度区，按8度构造措施设防,三、基本参数确定,3、确定土层平均剪切波速：,土层平均剪切波速为：209.8m/s,四、场地类别确定,4、确定工程场地覆盖层厚度：,按此条规范确认为：11.5m。,四、场地类别确定,5、确定场地类别：,查得场地类别为类场地,四、场地类别确定,6、根据土质判断是否需要抗液化措施：,判别地基不液化，不需进行抗液化措施。,五、液化判别,E2地震作用下抗震分析难点,7、确定桥梁类型：,确定为规则桥梁

4、,8、确定分析方法：,采用NTH法。,1、设计加速度时程的确定（选用实录波）,设计加速度时程的确定,一、选用实录地震波并进行适当调整； a.midas Civil中提供了近40种实录地震波 b.用户定义 c.导入 二、人工地震波； a、相关部门提供的人工地震波； b、clan和Sacks在1974年提出的用三角级数叠加来模拟地震动加速度；,地震波的来源,本例中主要讲解如何选择实录地震波。,地震波的三要素,地震动三要素：频谱特性、有效峰值和持续时间。,设计加速度时程的确定,按反应谱面积控制,先计算EPA、EPV，据此计算 并比较,实录地震波,持时,峰值,是,否,否,是,是,是,否,与设计反应谱结

5、果比较, 双指标控制,选用,是,否,一、幅值的调整,一般用加速度幅值调整,设计加速度时程的确定（选用实录波）,地震动幅值包括加速度、速度和位移的峰值、最大值或者某种意义上的有效值。加速度峰值PGA、速度峰值PGV和位移峰值PGD是地面运动强烈程度最直观的描述参数。加速度峰值是最早提出来的、也是最直观的地震动幅值定义。,幅值的种类,设计加速度时程的确定（选用实录波）,因为峰值参数并非描述地震动的最理想参数，由高频成分所确定的个别尖锐峰值对结构的影响并不十分显著，所以美国ATC-30样本规范所采用的是有效峰值加速度EPA，对有效峰值加速度EPA的求法参见MIDAS/Civil 2006桥梁抗震设计

6、功能说明 ，而我国规范及工程实际运用其实都是采用峰值加速度PGA（虽然建筑抗震设计规范的5.1.2条文说明中专门提到了有效峰值加速度，但概念其实就是峰值加速度PGA)。,美国采用有效加速度峰值EPA，而我国实际采用的是加速度峰值PGA,一、幅值的调整,有效加速度峰值,设计加速度时程的确定（选用实录波）,以设计加速度反应谱最大值Smax除以放大系数（约2.25）得到。,一、幅值的调整,设计加速度峰值PGA的求法,E1地震时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值：,E2地震时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值：,对于本例：,设计加速度时程的确定（选用实录波）,一、幅值的调整,调整加速度曲线,式中：

7、 、 分别是调整后的加速度曲线和峰值； 、 分别是原记录的加速度曲线和峰值；,设计加速度时程的确定（选用实录波）,本例选择程序自带实录地震波： 1940, El Centro Site, 270 Deg进行调整,一、幅值的调整,设计加速度时程的确定（选用实录波）,打开工具地震波数据生成器GenerateEarthquake Response Spectra 选择程序自带实录地震波： 1940, El Centro Site, 270 Deg,加速度峰值PGA调整系数,一、幅值的调整,二、确定实录波的特征周期,设计加速度时程的确定（选用实录波）,因为拟相对速度反应谱PSV和拟绝对加速度的反应谱P

8、SA之间有近似关系： 则可得到特征周期 ： 其中： 为有效峰值加速度， 为有效峰值速度。,对选定的实录地震波，首先求EPV、EPA,在MIDAS程序中提供将地震波转换为各种长周期谱的功能（工具地震波数据生成器，生成后保存为SGS文件），用户可以利用保存的SGS文件（文本格式文件）根据上面所述方法计算EPV、EPA,设计加速度时程的确定（选用实录波）,a、 1978年美国ATC-3规范中的定义求EPA、EPV（频段固定）； b、 1990年中国地震烈度区划图求EPA、EPV（频段不固定）； 详细过程参见资料MIDAS/Civil 2006桥梁抗震设计功能说明,二、确定实录波的特征周期,1、确定E

9、PV、EPA,1、幅值调整为0.5464 2、阻尼比输入0.05 3、输入长周期到10秒 4、勾选X坐标对数化在,设计加速度时程的确定（选用实录波）,二、确定实录波的特征周期,2、求EPA,1、幅值调整为0.5464 2、阻尼比输入0.05 3、输入长周期到10秒 4、勾选X坐标对数化在,设计加速度时程的确定（选用实录波）,二、确定实录波的特征周期,3、求EPV,设计加速度时程的确定（选用实录波）,采用1978年美国ATC-3规范中的定义求EPA、EPV（频段固定）；,二、确定实录波的特征周期,设计加速度时程的确定（选用实录波）,该桥址场地特征周期为0.45s，与实录波特征周期0.519比较接

10、近，故是录波的特征周期符合要求。,三、比较实录波的特征周期与桥址特征周期,设计加速度时程的确定（选用实录波）,双指标选波采用两个频段控制：一是对地震记录加速度反应谱值在 平台段的均值进行控制，要求所选地震记录加速度谱在该段的均值与设计反应谱相差不超过10-20%；二是对结构基本周期T1附近 段加速度反应谱均值进行控制，要求与设计反应谱相差不超过10-20%。,四、双指标控制,设计加速度时程的确定（选用实录波）,四、双指标控制,设计加速度时程的确定（选用实录波）,经比较：用0.5464系数调整了峰值的1940, El Centro Site, 270 Deg实录波生成的长周期加速度反应谱符合E2

11、设计加速度反应谱的双指标控制。,四、双指标控制,设计加速度时程的确定（选用实录波）,五、持时,持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值 的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个之间的时段长度，k一般取0.30.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的510倍。,设计加速度时程的确定（选用实录波）,六、与设计反应谱计算结果比较,公路桥梁抗震设计细则：,建筑抗震设计规范GB50011_2001条文说明：,对桥

12、梁结构，也可采用基底剪力结果比较,设计加速度时程的确定（选用实录波）,六、与设计反应谱基底剪力比较,设计反应谱基底剪力：,设计加速度时程的确定（选用实录波）,六、与设计反应谱基底剪力比较,时程基底正向剪力最大值：,设计加速度时程的确定（选用实录波）,六、与设计反应谱基底剪力比较,时程基底负向剪力最大值：,设计加速度时程的确定（选用实录波）,六、与设计反应谱基底剪力比较,某墩柱时程基底剪力：,设计加速度时程的确定（选用实录波）,七、最终确定所选波是否符合条件,根据以上各方面的控制比较，说明程序提供的1940, El Centro Site, 270 Deg实录波经用0.5464系数调整了峰值后适

13、合作为本桥E2地震作用下的设计加速度时程。,设计加速度时程的确定（选用实录波）,八、用户导入其它地震波或自定义地震波,fn.thd. * UNIT,M,KN *TYPE,ACCEL *DATA 0.0000, -0.0047 0.0200, -0.0057 0.0400, -0.0070 0.0600, -0.0084 0.0800, -0.0061 0.1000, -0.0063 0.1200, -0.0090,*SGSw *TITLE, Earthquake Record *TITLE, *X-AXIS, Time (sec) *Y-AXIS, Ground Accel. (g) *UNI

14、T&TYPE, GRAV, ACCEL *FLAGS, 0, 0 *DATA 0.0000, -0.0047 0.0200, -0.0057 0.0400, -0.0070 0.0600, -0.0084 0.0800, -0.0061 0.1000, -0.0063 0.1200, -0.0090 *ENDDATA,设计加速度时程的确定（选用实录波）,九、按以上原则继续选波,最终选择出符合条件的多条实录地震波,2、时程分析中恒载效应的考虑,时程分析中恒载效应的考虑,一、时程分析中考虑恒载效应的必须性,根据在桥梁动力分析时，一般取成桥阶段分析，此时自重恒载已经对结构变形，内力产生了影响。在动力

15、分析时，必须考虑自重恒载的初始效应。,时程分析中恒载效应的考虑,二、Civil时程分析中考虑恒载效应,在midas Civil中，做时程分析时通过“程度荷载工况加载顺序”对话框考虑恒载效应，当前时程荷载工况可在前次荷载工况（可以是时程荷载、静力荷载、最后一个施工阶段荷载、初始内力状态）作用下的位移、速度、加速度、内力状态下继续分析。详细参见MIDAS/Civil 2006 桥梁抗震设计功能说明,二、Civil时程分析中考虑恒载效应,考虑恒载效应,非线性振型叠加法：接续非线性振型叠加法,静力法,非线性直接积分法,对于线性时程分析，其时程结果和静力结果是可以进行叠加的，本例主要讨论非线性时程分析情

16、况。在Civil时程分析中，做接续分析时，只能接续相同类型的分析工况,时程分析中恒载效应的考虑,非线性直接积分法,二、Civil时程分析中考虑恒载效应,非线性振型叠加法： （1）定义一个斜坡类型的无量纲加速度时程函数如图，在相对结构第一周期较长（如10倍）的时间段上，从0到1线性增加，且在相等的时间段上保持恒定。（2）定义一个非线性振型叠加法分析工况如图，分析时间为“RAMP”函数持续时间，振型阻尼输入高阻尼比：0.999，其它默认。（3）接续动力非线性振型叠加法分析工况。,时程分析中恒载效应的考虑,二、Civil时程分析中考虑恒载效应,时程分析中恒载效应的考虑,1、避开了结构基本周期的长时间加载 2、高阻尼使结构后续振动迅速衰减 3、无量纲加速度,二、Civil时程分析中考虑恒载效应,时程分析中恒载效应的考虑,直接积分法： （a）与振型叠加法一样定义函数，接续直接积分法分析； （b）使用静力法。 （1）定义一个斜坡类型的无量纲函数。（2）定义非线性静力法分析工况，分