性能抗震分析（精选十篇）
性能抗震分析 篇1
对于传统的抗震结构, 小震时结构处于弹性变形阶段, 中、大震时结构进入弹塑性阶段[1]。地震能量主要由结构构件的塑性变形来消耗。而隔震结构, 隔震装置具有变化的水平刚度, 在小震作用下具有足够的水平刚度, 在中大震时, 隔震装置的水平刚度变小, 使隔震结构的自振周期变长, 远离上部结构的自振周期和场地卓越周期, 从而减小了输入到结构的地震能量。由于隔震装置先于上部结构进入塑性阶段, 地震能量主要由隔震层的塑性变形和阻尼消耗, 因而在中大震时, 上部结构可基本保持弹性而不会发生严重的破坏。
基础隔震是指在建筑物上部结构与基础之间设置隔震层, 以延长整个结构体系的自振周期、增大阻尼、减小输入上部结构的地震作用[2]。
本文从结构隔震的基本原理出发, 采用非线性时程分析方法分析框架—核心筒结构进行隔震设计后的抗震性能。
2 隔震的基本原理
2.1 隔震结构运动方程分析[3]
设结构的质量为m, 刚度为k, 阻尼为c, 地面水平加速度为, 则结构在地震作用下的运动方程如下:
将式 (1) 两边同时除以m, 将隔震结构的固有频率定义为ωn, 阻尼比定义为ξ, 则:
因此, 可以将式 (1) 转化为:
式中, ω为地震动的振动频率, 并假设:
将式 (4) 、式 (6) , 式 (7) 、式 (8) 代入式 (3) 得:
式中, μ为隔震结构加速度的衰减比。当时, μ<1, 结构的加速度响应衰减, β越小, 说明隔震结构的振动频率小于地震动频率越多, 隔震结构的减震效果就越好。但是当β大到一定值时, μ会随着ξ的增大而增大, 故在进行隔震结构的设计时, 要合理地选择隔震结构的刚度和阻尼。
2.2 隔震结构的能量方程分析[3,4]
在地震作用下多自由度的运动微分方程:
对式 (12) 两边在相对位移下进行积分:
左边各项分别为:
弹性应变能+滞回耗能:
右边项为地震输入能:
由上面几个式子可以看出, 要减小结构的滞回耗能可以通过增加动能和弹性应变能, 增加阻尼耗能, 减小地震输入能等方式实现。但是增加动能和弹性应变能需要增大结构的刚度, 即增大结构构件的截面尺寸, 这种方法不经济。而基础安装隔震装置是通过减小地震输入能并增加阻尼耗能, 从而减小结构的滞回耗能保护主体结构不产生破坏。
3 根据具体结构分析基底隔震结构抗震性能
该工程位于四川省, 抗震烈度为8度, 地震加速度0.2g, 场地土类别Ⅱ类。
结构为地上18层框架-核心筒结构。
3.1 结构周期
隔震与非隔震结构的周期对比如表1所示。
从表1中可以看出, 隔震后相比隔震前基本周期由原来的1.52s延长至4.24s。
3.2地震计算层间剪力
地震作用下层间剪力对比如图1、图2所示。
3.3 水平减震系数
地震作用下隔震结构的水平向减震系数如表2所示。
从表2可以看出, 在小震作用下隔震结构的水平减震系数最大为85.52%, 在大震作用下隔震结构的水平减震系数最大为25.80%, 可见在大震作用隔震支座的隔震效果更为明显。
3.4 罕遇地震作用下层间位移 (见图3、图4) 。
3.5 罕遇地震作用下能量
罕遇地震作用下能量图如图5、图6所示。
4 结语
1) 隔震结构与非隔震结构相比, 隔震支座的水平刚度远小于上部结构的水平刚度, 在地震力作用下, 结构的振动周期因此延长, 由此达到“以柔克刚”的效果。
2) 采用隔震设计后, 大大降低了结构的楼层剪力。
3) 采用隔震设计后, 有效地减少了上部结构的层间位移, 隔震层以上结构运动以整体平动为主。
4) 隔震结构地震输入能量主要由隔震支座吸收耗散, 因此大大减少了输入上部结构的地震作用, 从而减小结构的滞回耗能。
摘要：从隔震的基本原理出发, 阐述了隔震结构的抗震性能, 并运用非线性时程分析方法对具体结构进行分析对比, 揭示了隔震结构在抵抗水平地震作用中的良好性能。
关键词：隔震,抗震性能,非线性时程分析
参考文献
[1]GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].
[2]党育, 杜永峰, 李慧.基础隔震结构设计及施工指南[M].北京:中国水利水电出版社, 知识产权出版社, 2007.
[3]金建敏, 周福霖, 谭平.铅芯橡胶支座微分型恢复力模型屈服前刚度的研究[J].工程力学, 2010 (10) :7-13.
大跨径斜拉拱桥抗震性能分析 篇2
大跨径斜拉拱桥抗震性能分析
本文以一种新颖钢管混凝土拱桥一斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究时象,通过有限元软件建立空间结构有限元模型,并运用反应谱法对该桥的.空间地震响应进行分析,计算结果表明斜拉拱桥具有良好的抗震性能.
作 者：朱建方 彭河星 作者单位：济南市市政工程设计研究院有限责任公司,山东,济南,250101刊 名：城市建设与商业网点英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN年，卷(期)：“”(25)分类号：关键词：斜拉拱桥 反应谱法 有限元
钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 篇3
【关键词】钢筋混凝土；框架结构；抗震性能
1、引言
钢筋混凝土框架结构是指由钢筋混凝土梁和柱连接而成，共同构成承重体系的建筑结构，该结构建筑的墙体都为自承重墙，仅起到分隔和围护的作用。钢筋混凝土框架结构因其具有平面布置灵活和抗震性能好等优点，在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。但是，近几年我国地震频繁发生，暴露出我国很多钢筋混凝土框架结构的基础设施与建筑物的抗震性能依然较差，震害比较严重，造成了人员伤亡和经济损失。因此，分析钢筋混凝土框架结构的特点及造成震害的原因，并以此为基础提出科学合理的抗震措施，对完善我国钢筋混凝土框架结构的抗震设计，优化我国钢筋混凝土框架结构建筑的抗震性能，减少地震造成的损失具有十分重要的意义。
2、钢筋混凝土框架结构的特点及震害分析
2.1钢筋混凝土框架结构的特点
钢筋混凝土框架结构的特点是自重比较轻，具有较好的抗震性能。其主要构件是柱和梁，分别承受使用过程中的竖向荷载与水平荷载，其屋盖和楼板的荷载经过板传给梁，又由梁传给柱，再由柱传给基础。通过合理的设计，钢筋混凝土框架结构能够具有良好的延性性能，有效耗散地震造成的输入能量。但同时也具有明显的缺点，就是其侧向刚度较小导致抵抗水平荷载的能力较低，在地震作用下水平变形较大，进而造成非结构构件的破坏。当建筑结构较低时，水平变形以剪切变形为主，由钢筋混凝土框架柱的弯曲变形与节点转角引起；当建筑结构较高时，水平变形则表现为弯剪型，过大的水平位移引起较大的P-△效应，使结构损伤更为严重，甚至出现极少数倒塌现象[1]。
2.2钢筋混凝土框架结构的震害分析
总的来说，钢筋混凝土框架结构的震害分为柱、梁及梁柱节点等结构构件破坏和填充墙等非结构构件破坏两类。
（1）钢筋混凝土框架柱的破坏 一般情况下，地震对钢筋混凝土框架柱的破坏重于梁，柱顶端的破坏重于柱底，角柱的破坏重于中柱和边柱，短柱的破坏重于一般柱。由于钢筋混凝土框架柱的两端弯矩较大，故柱的两端极易发生弯剪破坏，形成水平裂缝和斜裂缝，有时甚至形成交叉裂缝，并进一步导致箍筋严重扭曲而崩断。而在柱底部分的水平裂缝处，局部混凝土会被压碎，进而导致纵向受力的钢筋发生屈曲暴露出柱体表面。
（2）钢筋混凝土框架梁的破坏 钢筋混凝土框架梁的破坏一般发生在梁端，其主要原因是梁端部分的剪力和弯矩都比较大，而且在地震中会反复受力。另外，在梁端处的钢筋端部常出现锚固不好、纵筋和箍筋配筋不足等情况，这些原因都会导致梁端纵向钢筋屈服，形成垂直裂缝或交叉裂缝，使梁端在地震中被严重破坏。总的来说，地震对钢筋混凝土框架梁的破坏没有柱的破坏严重，并且属于框架结构的局部破坏，故通常不会引起建筑的整体倒塌。
（3）钢筋混凝土梁柱节点的破坏 在地震中，钢筋混凝土梁柱节点是最易被破坏的区域之一，其主要包括剪切破坏与钢筋锚固破坏。造成梁柱节点易被破坏的主要原因有：一是梁柱节点区域的箍筋绑扎十分困难，故在施工时经常出现箍筋配置不足或未设箍筋的情况[2]；二是梁柱节点处箍筋的绑扎不牢固，导致在振捣混凝土时箍筋下滑至柱顶区域；三是梁柱节点核芯区的钢筋过密，导致节点处的混凝土浇筑质量下降。这些原因都会降低梁柱节点的抗剪能力，造成震害。
（4）填充墙体的破坏
钢筋混凝土框架结构中的填充墙体多为砖砌体，只用于分割和围护空间，与框架结构缺乏有效连接，其具有承载力低、刚度大、变形性能差和抗剪强度低等特点。因此，在地震水平作用力下，填充墙体极易沿柱周边出现斜裂缝和交叉裂缝，并且这种破坏发生的早且严重。
3、提高钢筋混凝土框架结构抗震性能的措施
3.1合理设计钢筋混凝土框架结构的构造
在进行钢筋混凝土框架结构设计时，必须对其抗震性进行充分的考虑，合理的设计方案应具有良好的承载力、稳定性、刚度及延性等特点。由于在地震中不规则建筑平面极易导致局部和扭转振动的发生，而不规则建筑立面极易导致建筑物应力变形集中以及局部振动过度等现象，因此，在进行钢筋混凝土框架结构设计时，应合理布置构造柱、梁、楼梯以及窗间墙等构件，保证抗侧力构件的对称；同时应使纵横墙及上下墙对齐，保证竖向抗侧力、刚度及质量的均匀。另外，应重视“强柱弱梁、强节点弱锚固、强剪弱弯”的设计原则，并严格限制框架结构的轴压比，提高钢筋混凝土框架结构的延性，减少钢筋混凝土柱的脆性受压破坏，有效提高建筑物的抗震性能。
3.2严格管理钢筋混凝土框架结构的施工
（1）施工原材料的选择 在钢筋混凝土框架结构中，钢筋的性能和混凝土的强度等级都直接关系到建筑的抗震性能。为了实现钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁、强剪弱弯”的要求，应注意控制钢筋的屈服强度、实际抗拉强度以及强度标准值间的关系，避免超强过多，使钢筋充分发挥其延性性能。为了减少钢筋混凝土框架梁柱的柱轴压比及剪压比，应适当提高混凝土的强度等级，有效提高框架结构的整体延性。
（2）钢筋的制作与安装 在地震时，钢筋混凝土框架柱或梁端的截面会出现弹塑性状态，可能导致纵向钢筋伸入梁柱节点的锚固在钢筋与混凝土间的粘结破坏中失效[3]，因此必须确保其锚固长度和锚固形式的可靠性。另外，框架节点的箍筋可有效约束混凝土和纵向受压钢筋，防止纵向钢筋被压屈，所以在加工时，必须保证其平直段的长度符合要求；在现场绑扎时，梁、柱交接处及梁上有集中荷载处必须使用箍筋，不可漏放，特别是核心区还应按加密要求布置。
（3）混凝土的浇注 钢筋混凝土框架的不同部位对混凝土强度等级的要求是不同的，因此在浇筑时，必须严格检查混凝土的强度等级及其浇筑顺序，防止高等级混凝土部位被注入低等级混凝土。在验收时，必须加强对节点核心区及构造柱的混凝土试块留置，以便控制强度质量；同时还应注意混凝土的振捣及养护。
（4）填充墙体的加固 在地震中，砌体强度不足的填充墙体会出现压裂、压碎、拉裂和剪断等现象，有的甚至会倒塌。因此，应该对填充墙体采取设置水平拉结筋和混凝土连系构件等加固措施，提高填充墙体的抗震性能。
4、结束语
本文通过对钢筋混凝土框架结构特点及震害的分析，从设计和施工两方面得出了一些优化其抗震性能的措施。但由于不同地区的地震特点不同，对钢筋混凝土框架结构的抗震设计方法和抗震措施的实施也要区分对待，选择各地更为适合的抗震设防方法，这就需要相关的工作人员不断努力研究，不断优化抗震措施来有效减少地震对我国的损害。
参考文献
[1]张婧，高衡山.钢筋混凝土框架结构的抗震分析及施工质量的控制措施[J].科学之友，2012（8）.
[2]崔海涛.建筑框架结构设计中的抗震技术综述[J].科技创业家，2012（2）.
系杆拱桥抗震性能分析 篇4
系杆拱桥是由拱、系杆、吊杆和桥面系梁板等协同工作的组合结构体系, 以系杆 (或系梁) 承受拱脚的水平推力为主要特征, 是一种具有良好发展前景的大跨度桥梁结构。拱桥中的吊杆可采用竖向吊杆、倾斜吊杆或网状吊杆, 本文分析系杆拱桥的动力特性及其地震响应, 研究吊杆形式对系杆拱桥抗震性能的影响。
1 动力特性分析
系杆拱桥吊杆的典型布置有竖吊杆、无交叉斜吊杆和网状斜吊杆三种形式。为分析不同吊杆布置形式对应系杆拱桥的动力特性, 以某下承式系杆拱桥为例, 建立有限元模型, 对比分析采用网状吊杆和竖吊杆时, 系杆拱桥动力特性的差异。梁全长100 m, 计算跨长为96 m, 矢高f=19.2 m, 吊杆间距8 m, 双拱面, 拱上风撑有5道, 桥梁全宽17.1 m, 拱间距14.7 m。拱轴线为悬链线, 悬链线方程为 (拱肋平面) :
式中:k=ln (m+姨m2-1) m=1.167。
拱肋与系梁刚度比 (EI拱肋/EI系梁=1/5) , 属于刚性梁刚性拱构造, 分析模型见图1。
由于系杆拱桥为拱梁组合体系, 其结构受力较为复杂, 其动力问题较难通过微分方程求解, 为此, 应借助于有限元数值分析手段。自由振动的动力平衡方程为:
式中, [M]和[K]分别为结构的质量矩阵和刚度矩阵;{δ}和{δ}分别表示结构的加速度和位移列阵
令位移解的形式为:
其中{φ}是与时间无关的阵型向量, 可得:
令其系数行列式为0, 可求得广义特征值问题的n个特征根, 它是结构固有圆频率的平方:0≤ω12≤ω22≤…≤ωn2, 其对应的向量模特为:{φ1}, {φ2}…{φn}经计算得两种桥型的前五阶振型及对应频率如下表1所示:
从表中可以看出两种吊杆形式的前五阶振型特性相同, 一阶振型都是对称侧向挠曲振动, 说明此拱桥的侧向刚度较弱。对于侧向振动, 两者没有明显的差别, 振型的频率几乎相同;但是对于平面内的竖向挠曲振动, 网状吊杆振型的频率要明显高于竖吊杆的情况, 说明网状吊杆系杆拱桥的刚度较大。
2 抗震性能分析
目前, 桥梁的地震反应分析一般都采用反应谱法或是时程分析法。本文采用时程分析法对2个模型的地震反应规律进行研究。时程分析法是根据选定的地震波和结构动力特性, 对动力方程直接积分, 采用逐步积分的方法, 计算地震过程中每一时刻结构的位移、速度和加速度反应值。
地震作用下多自由度结构在地震作用下的振动方程用矩阵形式可表达为:
本文的地震动加速度反应选择El-centro波, 按八度设防, 纵向和横向地震动峰值加速度均调整为0.3 g, 而竖向地震动加速度峰值则取水平地震动的一半。
网状吊杆拱顶竖向弯矩时程曲线如图2所示, 其最大弯矩为2 058 kN.m (2.36 s) , 最小弯矩为-2 910 kN.m (3.46 s) 。竖吊杆拱顶竖向弯矩时程曲线如图3所示, 其最大弯矩为2 691 kN.m (4.88 s) , 最小弯矩为-3 300 kN.m (5.11 s) 。
由于系杆拱桥在地震作用下的弯矩包络图形状主要与结构本身的特性有关, 受外部地震波的输入影响较小, 因此在其他波作用下也有相同的受力特性。这里就不再对其他波的地震响应进行讨论。
4 结论
由关键截面的最大地震响应发现, 网状吊杆拱肋和系梁的竖向地震反应明显小于竖吊杆的情况, 横桥向的地震反应则没有明显的差别。由于网状吊杆的高刚度小变形特性, 使得其在高铁建设中得到广泛的应用。
参考文献
抗震性能现状调研报告精品 篇5
【篇一】抗震性能现状调研报告
5月中旬以来，市人大教科文卫委员会在常委会邹川宁副主任的带领下，对我市防震减灾工作情况进行了调研，听取了市地震局的情况汇报，实地察看了市地震监测台(站)、地震应急指挥中心、应急储备仓库、武警支队地震灾害紧急救援队、沧口公园地震避难场所等，召开了市地震局、市应急办、市人防办、市民政局等六部门参加的座谈会，并对全市十区(市)的防震减灾工作开展了书面调研。6月8日，王文华主任带领常委会部分组成人员对该项工作进行了视察，听取了市政府的工作汇报。
一、基本情况
近年来，各级政府以全面提升综合防震减灾能力为目标，不断强化责任意识，全市的地震监测预报、震害防御和应急救援三大工作体系建设全面推进，防震减灾能力有了较大提高。一是政府重视，防震减灾制度体系不断完善。全市成立防震救灾指挥部，定期召开工作会议，严格落实24小时震情值班、震情会商制度，形成群测群防网络体系。把防震减灾规划列入国民经济和社会发展总体规划，积极做好全市地震台网规划，完善各区(市)地震监测系统;健全地震监测数据共享体制，推进青岛市行政区域观测数据共享工作。二是加强基础建设，地震预报水平不断提高。全市加强监测基础设施和信息化改造，完成通信线路升级为光纤传输;设立测震、强震、微观前兆台网16处，动物、水井等宏观观测点125处，全市地震监测、震情速报和地震预测能力持续提高。三是突出抗震设防，震害防御能力得到加强。积极推进地震小区划工作，对环胶州湾区域进行研究，提出抗震减灾设施要求，把好重大工程、易产生次生灾害建设工程安全关口，加强对胶东机场、地铁1号线等工程项目的地震安全评审，全市创建地震安全示范社区11个、省级地震安全示范社区25个。四是完善应急救援体系，地震应急处置能力逐步提高。全市完善应急预案体系，强化演练机制，加强地震应急物资储备，配置高标准地震灾害紧急救援车辆，成立了百人专业救援队伍;投资1500万元建成全省第一处国标一类沧口地震应急避难场所。推进市级应急指挥大厅建设，实现与各区(市)应急指挥中心互联互通。加强地震现场应急工作队建设，定期培训市地震灾害紧急救援队、志愿者队伍，以实战演练促进地震应急能力提高，我市专业应急救援队建设经验在全国进行推广。五是加强宣传教育，社会防震减灾意识不断增强。围绕“科学减灾、依法应对”主题制定防震减灾宣传方案，组织中小学师生、社区群众、机关干部、企业员工参加地震应急救援、疏散演练活动，作客《网络问政》、《行风在线》、《民生在线》开展宣传，增强了全社会的防灾减灾意识。
二、存在问题
我市地质构造复杂，面临的地震形势比较严峻，防震减灾的能力与水平仍然不适应经济社会安全发展需要，主要表现在：
(一)地震应急工作亟待完善。尽管全市制定了地震应急预案，但应急指挥技术系统仍不够健全;基础数据库信息量不能满足应对较大地震发生时的预测要求。部门职责不够明晰，整体协调、联动响应机制尚不完善，政府部门各负其责，齐抓共管的工作格局尚未形成。交通、电力、通信等基础设施和学校、医院等人员密集场所，以及可能发生次生灾害的化工产品生产经营单位，重点区域的应急准备水平不高，各类应急资源共享和联动机制有待提高。
(二)地震灾害综合防御工作需要加强。我市城区人口密集，建成区居住小区建设密度普遍较大，公共活动场所面积较小，地震应急避难场所建设滞后，与《地震应急避难场所管理办法》中规定的人均1.5平米的建设要求存在较大差距，且现有的大多数避难场所存在基础设施配建不全、设备老化、指示标识不清等突出问题。应急物资储备布局不甚合理、储备量不足，物资调用、补偿和保障机制有待完善。部分区市建筑物和生命线工程总体抗震能力没有明确评估，农村民居抗震性能参差不齐，城市避震疏散体系不完善。
(三)宣传教育的针对性和实效性需要增强。各级政府组织开展地震应急知识的宣传普及活动和必要的地震应急救援演练不够，各类应急救援队伍协同作战的合力还需磨合。社会公众对防震减灾的重要性有初步认识，但普遍缺乏防灾知识及自救、互救技能，政府提供的专业性指导培训需进一步提高针对性和实效性。
三、建议意见
防震减灾工作事关人民群众的生命财产安全，事关社会稳定和经济的全面协调可持续发展，是城市公共安全的重要组成部分，也是一项具有艰巨性和长期性的重要工作。为进一步做好全市防震减灾工作，应着力加强以下工作：
(一)提高认识，科学规划，积极推进基础工程建设。全市上下要进一步提高对防震减灾工作重要性的认识，认真贯彻《**市“十三五”防震减灾规划》，积极推进青岛市地震安全示范城市创建工作。一是要按照中央和省的要求，尽快把我市的防震减灾工作纳入全市科学发展观综合考核体系中，使这项工作始终摆上日程、抓在手上，不断取得成效。二是要适时开展全市中小学校、医院、大中型水库、大型桥梁、重大次生灾害源等重点建筑物和重要基础设施抗震性能普查，开展农村危房抗震技术鉴定，科学评估各类建筑物和生命线系统的抗震能力，并采取有效措施，防患于未然。三是根据全市人口分布情况，整合公园、绿地、空旷场地和大型体育场馆等基础条件，合理布局应急避难场所和避震疏散通道，建立完善城市避震疏散体系。要积极推广沧口公园应急避难场所建设的经验，分期分类推进应急避难场所建设，解决好规模偏小、数量不足的现实困难。四是全面分析全市地形地貌、社会经济发展现状和发展趋势，整合各个部门的有效资源，尽快建立和完善详尽完备的地震应急数据库，对数据适时进行更新优化，保障数据完整、真实、有效。高标准完成中国地震局青岛防灾市级项目建设，积极推进山洞洞体综合观测试验场、地震烈度速报及预警系统建设。
(二)明确职责，加强协同，进一步提高应急指挥合力。一是要按照《防震减灾法》要求，明确相关部门的工作职责，建立健全防震减灾成员单位联席会议制度，定期召开会议，加强沟通协调，及时研究解决存在的困难和问题，形成政府统一领导、各部门齐抓共管的工作格局。二是加大投入力度，注重人才培养，提高地震宏观测报网、地震灾情速报网、地震知识宣传网和乡镇防震减灾助理员的“三网一员”队伍素质。研究制定支持群测群防工作的政策措施，建立稳定的经费渠道，引导公民积极参与群测群防活动，提高全社会参与防震减灾工作的主动性。三是建立与城市规模相适应的地震应急救援专业队伍，加强与卫生、消防、危险品、海事、人民防空等专业抢险救援队伍的联动机制建设，继续推进地震救援志愿者队伍建设，提高各类专业救援队伍和救援志愿者队伍的救援能力，形成社会基础广泛、协调统一的地震灾害救助力量。
(三)突出重点，提高实效，全面推进地震应急能力建设。一是要继续抓好地震监测预报、震灾预防、地震紧急救援三大工作体系建设，推进信息化和高科技应用，加强地震应急指挥场所以及地震灾害预测与应急指挥信息技术系统建设，强化预测软件功能，提高地震应急指挥运行效率和工作实效。二是建立全市统一的地震应急物资调用平台和相应的管理与调用制度，合理布局应急救援储备仓库，完善政府主导、社会参与的地震应急物资统一调用机制和物资储备体系。三是规范地震行政审批服务窗口工作程序，组织相关部门对重大工程抗震设防要求进行集中专项检查，确保抗震设防要求的全面落实，继续加大地震行政执法力度，确保重大建设工程地震安全。
(四)加强宣传，注重实效，提高全社会防震减灾意识和应急避震能力。一是不断创新防震减灾宣传形式，丰富宣传内容，健全完善防震减灾宣传教育长效机制，充分利用“5.12国家防灾减灾日”、“7.28唐山大地震纪念日”、“科普宣传周”等有利时段，通过信息产业部门、新闻媒体、大众广告等单位进行全面有效的防震减灾知识普及宣传工作。二是积极探索全民参与防震减灾实战演练的新模式，增加防震演练的群众参与度，提高人民群众面对震害发生时的自救、互救技能，提升应急避震能力。三是积极开展防震减灾示范创建活动，推进国家、省、市、区地震科普示范学校、地震安全示范社区和地震安全示范企业的建设，切实增强全民防震减灾意识，提升防震减灾工作的自觉性和责任感。
【篇二】抗震性能现状调研报告
我县是我省地震重点监视防御区之一，全县所有的乡镇场区都在六度设防区内。我县境内有多条活动断裂带穿过，近十年来，我县发生过数次4.0级以上地震，特别是11月26日发生了5.7级的中强破坏性地震，全县因震灾死亡5人，伤247人，受灾人口29.3万人，占总人口的83.7%，倒房1077户6122间，学校受损131所，需维修加固卫生院3所，需重建卫生院7所，需维修加固“三院”9所，需重建“三院”12所，此外，还有供水、供电、通讯、桥梁、公路、水利、广电网络等公用建设工程设施也遭到严重破坏。全县因灾直接经济损失近20亿元。
一、抗震设防是减轻地震灾害的有效途径
地震预报是世界性科学难题，目前，仍处于探索阶段。对破坏性地震的发震时间、地点、强度的预报现状难以满足社会的需求。成功的地震预报，可以不同程度的减少人员伤亡，而难以避免建筑物的倒塌破坏和经济损失。
我国是地震灾害最为严重的国家之一，我县也遭受过5.7级地震的袭击。11.26地震中，建筑物的破坏和倒塌是导致人员伤亡和经济损失的主要原因。查明地下结构及活断层的位置，确定合理的抗震设防要求，进行合理的规划和抗震设防，提高建筑物抗御地震的能力，是有效减轻地震灾害的重要途径之一。
震例表明，一次7级左右地震在美国、日本等发达国家一般会导致几十人死亡，在中等发达国家一般会导致几百人的死亡，而在经济落后、人口稠密的国家可能会导致近千人甚至几千人的死亡，造成差异的直接原因是经济发达国家更加重视建设工程的抗震设防。
为防御与减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，保障社会主义经济建设顺利进行，针对我国的地震形势和灾害现状，党和政府制定了“预防为主”的地震工作指导方针。
《防震减灾法》对建设工程的抗震设防明确规定，“新建、改建、扩建建设工程，必须达到抗震设防要求”、“一般建设工程必须按照国家颁布的地震烈度或地震动参数区划图规定的抗震设防要求，进行抗震设防”、“重大建设工程和可能产生严重次生灾害的建设工程，必须进行地震安全性评价工作，并依据评价结果，确定抗震设防要求”、“建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工”等，确立了抗震设防和地震安全性评价基本法律制度。
二、政府要高度重视建设工程抗震设防
防震减灾是一项社会公益性事业，是国家经济建设和社会稳定的有力保障，是一项长期而艰巨的工作，需要全社会的共同支持和配合。居安思危、未雨绸缪、防患于未然，做好防震减灾工作是“三个代表”和“以人为本”的充分体现，建设工程的抗震设防是防震减灾的重要组成部分，是各级政府义不容辞的责任。
《防震减灾法》明确规定：“建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工”。建设工程抗震设防涉及地震、计划、国土、建设等多个部门和选址、抗震设防要求的确定、抗震设计、施工等多个环节，需要各行业各部门按照职责分工、密切配合和协作，共同做好建设工程抗震设防工作。
建设工程必须进行抗震设防。不符合抗震设防标准的工程，不得进行建设;不符合抗震设防标准的现有建(构)筑物及工程设施等，必须进行抗震加固;对具有地震危害性大，次生灾害严重，而又不值得加固的建(构)筑物及工程设施等，应拆除重建;未达到抗震设防标准的工作，不得交付使用或进行产权转让。未经抗震设防或虽经抗震设防，但其所依据的设防烈度和设防标准与现行的设防烈度和设防标准不一致的;已经抗震设防，但因进行改造、加层、装修、安装更换设备或改变使用性质而可能导致抗震能力下降的;经过破坏性地震、洪水等自然灾害或所处自然条件发生变化，出现局部倒塌、裂缝或其它可能导致抗震能力严重受损的以上所有建设工程都必须进行抗震性能鉴定。通过采取抗震实施和技术，达到抗震设防要求;通过抗震鉴定，确保建设工程的抗震性能。
三、积极推进农村民居抗震设防
农村地区生命财产安全和社会发展面临严重的地震灾害威胁。由于农村地区社会和经济发展水平较低，防灾减灾意识淡薄，缺乏必要的防震知识，国家又未将农村地区的建房纳入建设管理，大多数房屋未经正规设计、正规施工，村镇房屋抗震能力普遍低下，不设防的农村民居直接危及人民生命财产安全。
11.26地震中农村损失最为严重，倒塌房屋也最多。在灾后重建中，我县结合新农村建设启动了农村抗震设防安居示范工程。这是一个起点，我们在以后要进一步加强地震安全农村居民建设信息技术网和技术培训与咨询服务网的建设，要加大对农村建房的抗震设防的管理，达到抗震设防要求，提高农村的综合防震减灾能力。同时也为扎实推进社会主义新农村建设，促进城乡协调发展奠定基础。
四、落实科学发展观，加强执法监督管理
据地震部门提供的地震趋势预测分析，我国未来几年仍将处在地震活跃期，地震形势不容乐观。因此，搞好工程建设、城乡建设的抗震设防管理工作是各级地震、建设部门的一项重要任务，它直接关系到国家和人民生命财产的安全，关系到社会稳定，责任重大，各级地震、建设行政主管部门和各有关部门决不能掉以轻心。
但是我县的建设工程抗震设防存在很多问题，如防震减灾事业没有纳入规划;管理不规范，抗震设防没有真正纳入基本建设审批程序，主要表现在政策界限不清，执法责任不明;建设市场管理混乱，缺乏应有的约束机制;建设单位负责人员安全意识差，震灾防御法制意识淡薄;工作重点不突出，缺乏必要的政府管理职能，使震灾预防的重要工程性措施没有得到真正落实。
为使我县加强加快建设工程抗震设防的管理，保护九江县广大人民群众的生命和财产安全，必须将抗震设防纳入基本建设审批程序，建立健全地方性法律法规，依法将抗震设防纳入政府行政审批。将防震减灾工作纳入地我县国民经济和社会发展规划和计划，保证我县防震减灾事业持续健康发展。为落实科学发展观，构建我县和谐社会，建设新九江实现新的跨越提供有力保障。
【篇三】抗震性能现状调研报告
长期以来，由于国家防震减灾法和省防震减灾条例等法律法规宏观要求多，而实际操作较差，缺乏法律强制要求，全面社会缺乏防震减灾意识和知识，加之经济相对落后，我市农村民居和村镇公共设施包括中小学校抗震设防十分落后，不设防的农村民居及农村公共设施成为危害农民生命造成重大伤亡的重要隐患。当前全市人民正在市委、市政府的带领下，加快发展。要实现科学发展，打造“三个**”，实现追赶跨越的目标。构建和谐**，从“以人为本”的科学发展观出发，从防震减灾的角度针对**市实际，加强农村民居抗震设防工作尤为重要。XX年5•12汶川8.0级大地震给我们留下了血的教训，逐步提高农村抗震能力是我们当前迫切需要开展的一项重要工作。
一、现状
**是一个人口610万，面积1.53万平方公里的农业大市，绝大多数人口在农村，经济欠发达。**市地处郯庐断裂带和扬铜地震带交汇处，存在发生破坏性地震的地质构造背景。XX年九江5.7级地震，虽然震级不大，烈度不高，但对震中当地广大农村民居却造成了很大的破坏，死亡的12人均系农村民居倒塌造成。经调研，**市大部分农村民居没有设防，存在重大安全隐患。
1、抗震性能好的钢混结构较少。至XX年全市农村现有116.44万户，拥有1户住宅的140.4万户，2处住宅的5.09万户。住房类型主要为楼房，楼房74.09万户，平房42.36万户，平均每户面积为140.4㎡。住宅主要为砖木和砖混结构。砖混结构64.7万户，占55.6%，砖木结构34.53万户，占29.7%。钢筋混凝土结构14.11万户，占12.1%，其它3.08万户，占2.6%。
2、我市相当大部分住宅基础处理不符合抗震设防要求。有的房屋尽管选在开阔平坦、土质坚硬均匀的场地上，但对基础的处理不符合抗震要求。如有的在打过夯的地面上直接往上垒墙;有的即使挖地漕也不按设计规范要求处理基础，抗震性能仍较差。
3、大部分房屋选用的建材质量不合格。在调查的所有砖木结构房屋中，大部分砌墙体用砂浆不符合要求，有的用石灰掺土代替砂浆，有的砂浆配比不符合要求，有一部分房屋选用旧砖、劣质砖或新旧砖混杂砌墙，使墙体强度明显降低。有的用旧木材或已经腐朽变质的木材做梁柱，地震时房屋容易产生局部失稳而倒塌。
4、大部分住宅的设计或施工不太合理。譬如，房屋高度与宽度之比不符合抗震要求，抗震横墙的间距与房屋的类别不相匹配，房屋各个构件之间缺少可靠的连结，整体性差。有的砖混房屋尽管设计了圈梁、构造柱，但由于设计不合理或施工不符合要求，也达不到抗设防的要求。在被调查的房屋中，还有一部分旧砖木结构或土墙房屋年久失修，有的出现地基下陷、墙体裂缝、屋顶塌陷。据调查，这些危房目前大部分还在被利用，或住人或存放物品和牲畜。这类房屋如果遇到中强地震就会墙倒屋塌，将造成大量的人员和牲畜伤亡。
二、原因
导致目前农村民居抗震性能较差的主要原因有以下几方面：
1、广大农民的防震减灾意识不强，农村住宅防震、抗震知识贫乏。他们在建房时往往只考虑美观、气派、宽敞、舒适，而不考虑抗震因素。有的盲目攀比，建设的房屋太高、太宽。有的设计不合理，不符合抗震设防要求，导致一部分住宅存有安全隐患。
2、我市大部分农村经济相对落后，农民收入偏低，经济不宽裕。他们在建房时只追求面积，不讲求质量。施工工匠没有经正规培训，同时在采购建筑材料时，贪图便宜，购买了一些假冒伪劣建筑材料。
性能抗震分析 篇6
【关键词】PBSD；抗震；动力分析
1引言
随着地震界科学家对此理论的关注，比如欧洲、日本，他们对此理论进行了多方面的研究。随着我国抗震工程的研究，我国学者也开始了此理论的研究。学者一致认为，根据我国的国情，抗震设计规范需要顺应国际发展趋势。
2现行抗震规范的不足
以强度和承载力是我国现行结构抗震设计方法的基础，主要用弹性方法和震动作用下的位移和内力，同时，进行位移验算是防止破坏非结构件。结构措施的运用获得结构延性和耗能量。随着抗震理论的不断发展，以及实际震害的基础上，结构抗震理论仍然存在很多不足。
（l）承载力和强度为基础的设计方法是现行抗震设计的主要方法，但是，科学家对震害的调研分析发现，在震动的有些时段，造成结构控制破坏的主要因素并不是内力，而是位移或者速度等。
（2）在抗震设计理论中，对地震作用的定量规定并没有考虑发生地震的随机性和结构反应的随机性。
（3）雖然我们对地震危险性的估计比较充足，但是对近场的强震效应估计不足，很容易造成出人意料的震害，在现有的抗震规范中，缺少反应谱曲线，比如不同阻尼比的反应曲线。
（4）在现有规范中，在划分场地类别时，存在明显的跳跃性。对于划分场地的分类方法，需要进行改进和调整。
（5）在现有规范中，抗震的验算缺少扭转的造成的影响，在调查研究中发现，很多建筑是由于扭矩原因造成的破坏。
3 PBSD的研究内容
基于性能的抗震设计不仅是结构抗震设计的主要发展，而且是工程抗震史上的一个重要里程碑。PBSD的主要研究内容是：地震设防水准的确定、结构抗震的设计、分析以及性能目标。
3.1 地震的设防水准
在工程设计中，根据设防环境和设防目标，并考虑实际的社会经济条件从而确定的设防参数就是地震设防水准，也可是说根据预防对象而选择的烈度。简而言之，对于未来的场地可能遇到的地震大小就是地震设防水准。根据实际情况，可能出现的不同等级的地震参数，其中有：峰值加速度、加速反应谱以及地震速度和位移时程曲线。上述提到的地震参数就是所谓的地震设防水准。地震设防等级如表1。
3.2 抗震性能的目标
将地震设防期望和水准达到一定的期望和水准就是结构性能目标，反应了再特定书记水准先对建筑物破坏的最大程度。性能目标的建立需要综合可虑建筑物的结构、特征、效益、投资以及震后重建等问题。一般最低标准都是规范性能给出的，根据业主的要求采用更高的建设结构水准。
3.3 PBSD的分析方法
抗震性能分析方法有线性静力、线性动力、非线性静力以及非线性动力分析法四类，下面简要的介绍几种分析法：
线性静力分析法引进了修正系数R，构件的界面设计适用这种方法，R就是将地面运动（弹性反应谱表示）折减到构件的设计中。R值与结构延性、强度以及赘余度有关，对这三个因素的标定方法进行研究，可以提供一个标准的风险水准，适用于各种建筑类型。
非线性静力分析法是20世界80年代提出的，该方法不仅计算简单，而且对弹塑性性能进行考虑，是实现PBSD的重要方法。此方法又名静力弹塑性分析法，它的主要用途对新建结构进行检验、对结构的性能进行评估。
非线性动力分析法在机构设计中可以得到较为准确的结果，但是存在较大计算量、较复杂的模型建立、整理分析结构要求高、结果的准确性由地面运动的合理性决定，因此，这种方法比较适合应用于重要的建筑结构。
3.4 PBSD设计方法
抗震设计方法是PBSD的主要内容，对PBSD的实现具有非常重要的意义。PBSD的设计方法主要有：基于位移、综合、能力、基于可靠度的设计方法。下面分别介绍上述的设计方法：
基于位移的设计方法：建筑物的抗震性能通过位移设计指标来控制。该方法是由美国学者提出的，桥梁的抗震设计是最早的应用领域。Mohele最早将基于性能的抗震设计理论应用于建筑结构设计。在早起的应用过程中，基于性能的抗震设计理论在抗震设计中的功能是进行定量分析，在预期的地震作用下，保证结构的塑性变形能力符合变形要求，也就是对层间位移角的限制在结构地震作用下得到控制。在总体上对层间位移角和结构位移进行控制是该方法的核心思想。
与传统的抗震设计方法（基于强度和承载力）相比，基于位移的设计方法是一个全新的方法。它的基本思想是：首先将结构的目标位移进行确定，其次根据目标位移利用数值迭代法求出结构的屈服位移，经过反复计算，最终满足精度要求。换言之，传统的设计的顺序是：位移通过承载力计算、构建刚度、强度是设计变量；基于抗震设计方法的顺序是计算承载力位移，设计的最终结构是构件的强度、配筋和刚度的呢过。
从总体上对结构位移、层间位移角进行控制是基于位移的抗震设计方法的特点，便于实现基于性能的抗震设计方法，因此PBSD的重要环节是基于位移的抗震设计。
综合设计法由USA学者提出，并被Vision2000委员会所采纳。综合设计法的实行过程是：首先由业主确定他的最低性能目标，然后评价场地的适宜性，再设计综合数值和总体概念，最后将各种构件的尺寸进行确定。
能力设计也是由USA学者提出，其主要应用领域是桥梁结构。能力设计介于基于位移和传统设计法之间，其基本思想是确定一个合理的界限强度，位于非延性和延性破坏模式之间，延性设计的概念是强度。
基于性能的可靠度设计法是文义归等（USA学者）人提出的，此方法是将基于性能的设计与可靠度相结合，提出了概念一致危险性反应谱。
4 PBSD的特点
抗震设计规范的重要发展方向是基于性能的抗震设计理论，此理论改变了现有方式和理念，其特点如下所述：
（1）传统的单一设防目标是生命安全，而PBSD的设防目标转为财产损失和生命安全，通过此方更加具体体现了多级设防理念。大震、中震、小震是PBSD的描述形式，但是它最优方案的确定，是以投资-效益分析以及各种影响因素为基础的。PBSD是多重目标的宏观定性向具体量化的过度，设计者可以根据设计需求确定所需的性能目标。
（2）个性设计理念凸显，社会和业主可以根据实际投资能力和需求选择结构的抗震目标，社会和业主的需求得到了最大限度的满足；设计人员和工程师可以根据业主的需求选择不同的设计方法和措施，工作人员的灵活性和主动性更强。
（3）有益于建筑结构创新，经过充足的论证可以采用新的结构体系、新材料、新技术（在现行规范中未规定），也可以选择新型材料和结构控制技术，便于运用和推广新材料和新技术。
（4）选择好设计目标后，可以对未来的抗震能力做预测，这与传统的设计方法有很大的区别。
5 结束语
综上所述，进入21世纪以来，PBSD已经成为抗震设计规范的大趋势，随着PBSD的，在建筑结构地震响应方面的观点，工程设计人员与业主的差距不断缩小，明确的表述了建筑结构行为。但是，随着PBSD的运用，设计更加复杂。通过各种设计和分析方法实现结构性能提出的要求和标准。
参考文献
[1]杨志勇，何若全.高层钢结构弹塑性抗震分析静动力综合法.建筑结构学报，2003，24（3）：25-32
[2]王亚勇.关于设计反应谱、时程法和能量方法的探讨闭.建筑结构学报，2000，21（l）：21一28.
高层单塔建筑抗震性能分析 篇7
关键词：单塔结构,抗震,性能分析
1 建筑结构侧移概述
侧移是高层结构设计中的重要影响因素, 侧移△=f (H4) 。为了控制建筑结构的侧移, 就必须控制水平荷载下的建筑物侧移, 这就需要提高建筑物的强度, 刚度和抗侧移能力, 根据相关规范规定, 层间侧移与楼层间最大位移层高之比为△U/h。
建筑结构的侧移与很多因素有关, 会随着高度的增加以四次方成正比而迅速增加, 建筑结构的侧移在高层建筑设计中成为关键。
(1) 侧移过大会使墙柱产生裂缝, 难以满足结构的耐久性, 不利于防潮、防腐蚀。
(2) 结构的附加内力会因为结构侧移而产生P-Δ效应, 而结构设计都是按照地震小震计算, 高层建筑结构在水平力下一般情况下会发生扭转, Δu的一般会在边角部位产生最大值。
2 高层单塔建筑适应结构体系
我国高层单塔结构都采用钢筋混凝土结构或钢结构, 钢筋混凝土高层住宅常用的结构体系有框架核心筒, 框架-剪力墙, 剪力墙, 筒中筒结构。
剪力墙结构又称为抗震墙, 截面高度大, 相对墙厚较小, 依照结构受力有多种形态, 一般设置在平面剪切变形较大的部位或者薄弱部位, 剪力墙结构能够集承重、抗风、抗震于一体, 抗震性能良好, 具有较强抗击地震的能力。
框架-剪力墙结构是又一种高层建筑的常用结构, 剪力墙分担大部分剪力, 柱子钢筋均匀, 主侧向刚度小, 侧移较大, 全剪力墙结构无法满足大开间的要求, 框架结构刚好满足这点。
框架核心筒结构是利用建筑内部的电梯井, 配电箱等布置成筒体结构, 主要抵抗建筑的主要结构构件, 筒体布置密柱或实体墙, 其抗震能力可以和框剪结构比美, 加上其平面的规则性和抗侧力作用, 力学性能往往优于框剪结构。
3 PKPM抗震实例分析
3.1 实例简介
本工程为北京市某高层单塔结构, 地下一层, 地上二十层, 层高2.8m, 建筑总高度57m, 建筑隔墙为200厚混凝土砌块, 内墙为200厚剪力墙, 屋面防水等级二级, 使用年限20年, 抗震设防为乙类, 地震加速度0.1g, 设计地震分组为二组, 抗震烈度7度, 建筑结构阻尼比0.05。除特别之处使用短肢剪力墙之外, 其余剪力墙抗震等级为二级, 基本风压0.7 KN/m2, 风载体系数1.3。本工程采用的梁板混凝土为C25~C30, 剪力墙混凝土为C25~C45, 非承重墙用蒸压加气混凝土, 地基基础设计等级为乙级, 桩基础。
3.2 荷载取值
根据建筑结构荷载规范规定, 利用PKPM模拟框架结构, 框剪结构, 剪力墙结构需要的荷载如下:卧室、餐厅荷载取值1.5k Nm2, 楼梯取2.0 k N/m, 阳台荷载取值2.5k N/m2;屋面活载取0.7。 (2) 对于非承重的部位, 如暗梁, 墙体横载取值则参照相关的设计规范。墙体的恒载计算砖砌体按200厚计算, 容重13, 梁板钢筋按照尺寸取值25, 楼面面层选择块料面层计算, 顶板容重取值25, 楼梯设计按照横载和活荷载, 板厚按0输入, 阳台设计及规范计算分别集中在相应的节点上, 屋面恒载按5计算, 活载0.7。地震烈度按照北京设计要求规范, 抗震等级为11级, 抗震烈度为8度地震。
3.3 结果分析
该曲线是21层结构, 从图上也可以看出, 在6层以前, 框架核心筒结构的层间位移角最小, 但其出现曲折线, 在11层, 框架核心筒结构再次出现折线, 16层以后, 框架核心筒的位移曲线逐渐失去优势, 没有剪力墙结构层间位移角小。框架结构曲线自始至终变化平滑, 但层间位移角相比其他两种结构一直是最大的, 剪力墙结构在6层左右层间位移角失去优势, 但始终优于框架剪力墙结构, 16层以后, 相比框架核心筒结构也有较大优势。
根据X方向最大楼层位移曲线, 如图所示, 位移结构层间位移和最大层间位移角得出的结构曲线, 显而易见, 对于21层的建筑而言, 剪力墙结构的位移明显要比框架核心筒和框架剪力墙结构要小的多。
在最大楼层位移曲线上, 剪力墙结构的位移曲线整体平滑, 相对于框架核心筒结构有着明显的优势, 曲线平滑, 说明结构本身没有明显的薄弱层, 两方案中又以剪力墙结构的位移为最小。柱子在剪力墙结构中呈现弯曲形状, 而在框剪结构中是弯剪曲线。
层间位移角是反应受力和建筑变形的重要指标, 根据其变化趋势, 我们看出层间位移角对于框剪结构为最大, 在这种情况下, 无论是安全性还是整体性, 剪力墙都有明显的优势。
由上述结果表明, 剪力墙结构在此建筑抗震性能设计上具有较好的受力情况, 因此, 本建筑物最适应的是剪力墙结构。当然, 建筑抗震设计还有综合考虑多方面的因素, 比如成本和经济效益, 但就结构体系来说, 明显剪力墙结构最好。
4 结论
本文通过对位移层间角的描述, 论述了位移层间角对建筑结构选型的重要性, 通过PKPM结构设计软件, 从理论上验证了剪力墙结构相比其他结构的优势, 为结构选型提供了理论上的支持和参考。当然, 结构选型是一个复杂的工程, 还要兼顾风荷载, 地震荷载和其他各个方面的因素, 尤其是经济成本的制约, 这就要求我们在结构选型中, 应该从多方面进行分析, 尽可能的优化建筑结构类型。
参考文献
[1]张殿林, 高层建筑结构体系选型及分析[J].黑龙江科技信息, 2011, (23) :12~18
[2]金来建, 高层建筑结构方案比较研究[D].清华大学, 2004
[3]韩通, 高层建筑结构方案的形成方式与创新途径[D].厦门大学, 2009
基于推倒分析的桥梁抗震性能评估 篇8
1 推倒分析方法的基本原理与假设
推倒分析方法是基于性能/位移评价现有结构和设计新结构的一种方法。推倒分析是结构分析模型在一个沿结构高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下,直至结构模型控制点达到目标位移或是结构倾覆为止的过程。推倒分析可用于建筑物的抗震鉴定和加固,以及对新建结构的抗震设计和性能评价。它可以对设计的地震运动作用在结构体系和它的组件上的抗震需求提供充足的信息。推倒分析方法基于以下两个基本假设:1)结构的响应受单一振型控制,因此,可以将多自由度体系的弹塑性反应用等效的单自由度体系的响应来表达。2)结构沿高度的变形由形状向量中表示。在整个地震反应过程中,不管结构变形大小,中始终保持不变。
从实际的情况出发,这种假设存在不合理性,但是大多数的研究表明,对于响应以第一振型为主的结构,该方法可以得到结构较为合理的最大地震反应。该方法首先假定结构的变形为:
u=utφ (1)
将式(1)代入结构地震运动方程,得到:
式(2)为单自由度体系的地震响应运动方程。若令:
并在式(3)两侧同乘中,最后得到如下的运动方程:
如果已知多自由度结构体系的变形形状向量切,结构的地震响应可从式(4)的单自由度体系振动方程计算得到。而单自由度结构的地震响应可以采用能量一定原则、位移一定原则等简略算法近似得到,所以整个计算过程将非常简单。
2 推倒分析方法的实施步骤
1)建立结构的计算模型,确定结构各单元的恢复力模型,对结构进行推倒分析,得到底部剪力与顶端位移关系曲线,具体操作过程为:a.建立结构的计算模型;b.对结构施加重力荷载,分析结构在自重作用下的内力情况;确定结构上施加的侧向力模式,通常采用结构基本振型形式作侧向力的分布模式;c.计算单元内力,并对横向荷载与垂直的重力荷载引起的内力进行组合;d.判断单元是否达到屈服(自定义或位移屈服准则);e.记录施加总的侧向力与结构控制点的水平位移,通常取最大水平位移的点为控制点;f.对于已经屈服的单元,将其刚度折减或置零,对结构施加新的侧向力增量,使得另一个或另一组单元屈服;g.迭加荷载增量和控制位置,直至结构顶点位移足够大或塑性铰足够多,或是达到预定的破坏极限状态;h.绘制基础剪力—顶部位移关系曲线,即推倒分析曲线。在现有的计算程序中,步骤e～步骤h都在程序内部直接运行了,分析时只需要确定荷载的模式、增量,逐级施加荷载即可。
2)由上一步分析得到的描述结构抵抗侧向力荷载能力的能力曲线,由得到的抵抗侧向力荷载能力曲线计算结构在相应地震荷载等级下的位移,即目标位移。
3)在目标位移下,评价结构的性能及抗震能力。
3 基于推倒分析的抗震能力评价准则
推倒方法本身包含两个方面的内容:计算结构的能力曲线,计算结构的目标位移及结果的评价。第一方面内容的中心问题是静力弹塑性分析中采用的结构模型和加载方式;第二方面内容的中心问题则是如何确定结构在预定水平地震作用下的反应,目前可分为以ATC-40为代表的能力谱法和以FEMA356为代表的非线性静力方法。CSM的表现形式是对弹性反应谱进行修正,而NSP则是直接利用各种系数对弹性反应谱的计算位移值进行调整,二者在理论上是一致的。
基于结构行为设计使用推倒分析包括形成结构近似需求和能力曲线并确定曲线交点。需求曲线基于反应谱曲线,能力曲线基于推倒分析。在推倒分析中,结构在逐渐增加的荷载作用下,其抗侧能力不断变化,这条曲线我们可以看作是表征结构抗侧能力的曲线。将需求曲线与抗侧能力曲线绘制在一张图表中,如果近似需求曲线与能力曲线有交点,则称此交点为性能点。利用性能点能够得到结构在用需求曲线表征的地震作用下结构底部剪力和位移。通过比较结构在性能点的行为与预先定义的容许准则,判断设计目标是否达到。
推倒分析基于ATC-40和FEMA356中对钢结构、钢筋混凝土结构、砌体结构及木结构建筑物以其性能表现为基准的抗震评价方法。它主要是依照不同的地震等级与不同的建筑物性能表现等级而制定出不同的修复目标。地震大小等级是指建筑物在使用年限中可能遇到的地震灾害,建筑物性能等级则代表建筑物在受地震作用后可维持的功能,共分四级:正常使用、可立即使用、生命安全、建筑物不倒塌,以达到大震不倒,中震可修,小震不坏的原则。
在利用推倒分析得到了结构荷载—位移曲线后,可以通过种方法进行结构抗震能力评价:1)用规范规定的容许层间位移角,检验结构承载力曲线上对应层剪力的位移角是否符合要求2)用层承载力曲线相应的恢复力模型,按时程分析校核非线性层间变形是否符合规范限值的要求。3)建立ADRS谱和能力谱将两条曲线放在同一个图上,得出交汇点的位移值,同目标位移进行比较,检验是否满足弹塑性变形验算要求。
摘要：对如何在桥梁抗震能力评估中运用推倒分析进行了介绍,指出推倒分析应用于桥梁结构的抗震能力评价,可以简化计算过程,从整体上把握结构各构件的破坏过程,了解桥梁结构抗震的薄弱环节并采取相应的工程措施加以改善。
关键词：桥梁,推倒分析,抗震能力评估
参考文献
[1]王东升,冯启民.桥梁震害预测方法[J].自然灾害学报,2001,110(4):16-17.
[2]章在墉.地震危险性分析及其应用[M].上海:同济大学出版社,1995.
[3]冯峻辉,闰贵平.地震工程中的静力弹塑性推倒分析法[J].贵州工业大学学报,2003,23(2):99-100.
高铁桥梁空心桥墩抗震性能数值分析 篇9
中国高铁的发展起步于21世纪初, 因其快速、舒适、准时、运量大等特点在交通运输领域得到广泛应用。伴随着京津、沪杭城际、京沪高铁等线路的投入使用, 中国已成为世界上高速铁路运营里程最长的国家。我国地处于环太平洋地震带上, 是一个地震多发的国家。因此, 高铁桥墩作为高铁桥梁的主要抗侧力构件, 其抗震性能的优劣至关重要[1]。
目前高速铁路桥墩常见的截面形状为矩形截面和圆端形截面[2]。其中圆端形截面具有较好的力学性能, 表现为其横向刚度大, 截面长宽比适中;在反复荷载作用 (如地震荷载) 下, 不会因为应力集中而发生局部破坏。同时较之矩形截面, 圆端形无棱角, 极大减小了桥下水流压力和对桥墩基础的冲刷作用。相关领域学者对圆端形桥墩的稳定性问题[3]也进行了较为全面的研究。针对既有的研究而言, 研究重点大都集中在无轴向压力下桥墩的抗震性能, 但在实际工程中, 高铁桥墩均处于不同的轴压作用下, 因此通过大型有限元分析软件ABAQUS和ANSYS进行不同参数的分析比较具有重要意义。
1 模型建立
1.1 模型参数
有限元数值模拟[4]中主要考虑四个因素的影响:剪跨比、轴压比、纵筋率和配箍率。具体参数如表1所示。考虑到对比性试验[5]的可靠性, 混凝土标号统一采用C40, 空心桥墩的壁厚统一取值为120 mm。为与今后试验数据对比, 模型建立采用相似比为1∶10的缩尺模型, 桥墩墩高为3 m~5 m。
1.2 混凝土塑性损伤本构
ABAQUS中混凝土本构模型采用塑性损伤模型[6,7]。损伤概念最初是由Dougill提出的, 随着塑性力学和损伤力学的引入, 混凝土塑性损伤模型不断细化, 可以较好的模拟混凝土准脆性材料在反复荷载作用下的力学行为。
该模型采用有效应力和硬化变量来描述:
拉伸开裂应变见图1, 压缩非弹性应变见图2。
1.3 钢筋本构
在有限元中, 钢筋本构简化模型主要有理想弹塑性模型、双折线硬化模型和三线型模型[8]。其中双折线形式的钢筋本构曲线在兼顾表达形式简洁的前提下反映了钢筋硬化特性, 有利于有限元计算的收敛, 故本文采用双折线模型的钢筋应力—应变关系。
1.4 有限元模型
ABAQUS包括Standard和Explicit两个求解模块[9]。前者采用隐式算法对非线性的静力和动力问题进行求解;后者主要针对动力问题 (尤其是冲击甚至爆炸问题) 进行显式算法的求解, 求解效率较高。对于特殊材料, ABAQUS还提供了不同接口满足需求。
ANSYS模型分为分离式和整体式两种。本文采用分离式有限元模型。混凝土采用Solid65单元, 钢筋采用Link8单元, 未考虑混凝土与钢筋之间的粘结滑移效应。在加载梁端设置刚性垫块, 防止应力集中, 保证计算结果收敛。
本文拟采用软件ABAQUS/Standard 6.11模块及ANSYS软件完成圆端形空心桥墩模型在反复荷载作用下的抗震性能分析。以ABAQUS的建模为例, 圆端形空心桥墩混凝土单元拟采用Sweep (扫掠) 网格划分技术[9]、Advancing Front算法 (进阶算法) , 获得具有规则形状的六面体网格, 加快计算机收敛速度并能够提高求解精度。针对模型, 采用ABAQUS与ANSYS进行计算结果对照, 可验证有限元模拟结果的准确性。
2 有限元模拟结果
本文利用大型非线性有限元软件ABAQUS和ANSYS进行了六种不同工况下的数值模拟分析。其中工况1, 2 (工况3, 4及工况5, 6) 的墩高相等, 通过对轴压比、剪跨比、配箍率等参数的不同设置, 比较数值模拟结果并获得具有指导意义的结论。
有限元数值模拟中模型网格划分图如图3所示。
在墩顶建立实心的长方体加载区域, 便于荷载施加, 而墩身形状采用圆端形, 模拟空心桥墩的实际受力状态。
试件一与试件三的骨架曲线如图4, 图5所示, 从图4, 图5数值模拟结果可以看出, ABAQUS与ANSYS计算结果数值相近, 相互印证了计算结果的可靠性。根据不同试件的计算结果可以计算得到每个试件的延性系数[10]。
分析可知:
1) 轴压比对桥墩的延性性能影响较大, 轴压比增大, 延性系数减小。当轴压比超过一定限值时, 延性会发生明显的下降。
2) 配箍率对桥墩的延性性能影响显著, 当配箍率增大时, 可以显著看到墩柱的延性性能、滞回特性以及耗能能力的提升, 故合理的配箍率对高铁桥墩的抗震性能有重要作用。
3) 桥墩的截面形状会影响其延性性能, 空心截面桥墩具有更好的抗震性能。同时桥墩在空心截面的前提下, 空心圆端形截面较矩形截面相比延性性能更佳。
4) 剪跨比对于桥墩的破坏形态起重要作用。试件分析中, 在相同的截面设计前提下, 剪跨比不同损伤的发展历程不同。
从图6, 图7试件的荷载—位移曲线模拟结果可以看出, 使用混凝土塑性损伤本构及钢筋非线性本构关系的模拟效果良好, 可以反映构件在反复荷载作用下的刚度退化及耗能性能的改变, 对比分析进一步验证了轴压比、剪跨比、配箍率对桥墩延性性能的重要影响。
3 结论与展望
本文通过大型有限元分析软件ABAQUS和ANSYS对高铁空心桥墩进行分析计算。得出轴压比、剪跨比、截面形状和配箍率对桥墩的延性系数有显著影响:延性随轴压比增大而降低, 随配箍率增大而提高, 剪跨比影响桥墩的破坏形态, 从而影响结构的抗震性能[11], 除此之外, 空心圆端形截面较之矩形截面具有更好的延性性能。
桥墩的抗震性能对研究高铁桥梁行车安全性至关重要。基于试验现象与数值模拟结果, 从本质出发, 研究地震荷载作用下桥墩的损伤机理, 充分利用桥墩弹塑性材料性能进行结构经时行为分析和结构全寿命预测具有广阔前景和重要意义。
摘要：运用ABAQUS和ANSYS有限元软件, 对比分析了不同工况下高铁桥梁空心桥墩的抗震性能, 指出轴力、配箍率、截面形式及剪跨比是影响空心桥墩延性和破坏形态的重要因素, 为高速铁路桥梁的地震弹塑性响应分析提供参考。
新京航运河大桥抗震性能分析 篇10
新京航运河大桥立面布置如图1所示。
目前抗震设计有2个设计思路: 延性设计和减隔振设计, 同时, 为保证桥梁结构的经济性和抗震的安全性, 一般采用延性设计, 即允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态, 在预期的部位 (通常选择在墩顶和墩底) 出现塑性铰以耗散能量[1], 但不允许出现剪切破坏。计算时需验证E1地震作用下截面的承载能力和E2地震作用下墩柱出现塑性铰的变形能力。
本桥下部结构的墩柱很矮, 仅3.6 m。按计算, 并考虑到上下部结构的美观协调, 桥墩至少需要3.0 m×6.5 m截面。按照新的JTG/T B02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》 (以下简称《细则》) 第7.3.2条, 对于计算长度与矩形截面计算方向的尺寸之比<2.5 (或计算长度与圆形截面直径之比<2.5) 的矮墩, 顺桥向和横桥向E2地震作用效应和永久作用效应组合后, 应按现行的公路桥涵设计规范相关规定验算桥墩的强度。
本桥在概念设计阶段采用反应谱计算方法, 对本桥的抗震性能作初步评价, 确定采用减隔振设计方法, 在墩柱间设E型钢阻尼器, 以消耗掉地震中产生的大部分能量。在详细设计阶段采用非线性动态时程分析方法, 确定E型钢阻尼器的屈服位移和极限位移、屈服强度和极限强度。
1概念设计
1.1结构建模
设计采用MIDAS计算程序, 用空间三维梁单元离散桥梁结构的主梁、桥墩、承台, 桩基边界条件用承台底6个自由度的弹簧刚度模拟桩土相互作用。
1.2抗震模型中的特征参数[2]
1) 模型中梁体和墩柱采用空间杆系单元模拟, 单元质量采用集中质量代表。
2) 不考虑活动支座的摩擦刚度, 支座在地震作用中不发生破坏。
3) 抗震设防类别B类, 抗震重要性系数为0.5 (E1) 和1.7 (E2) , 抗震设防烈度7度, 设计基本地震加速度值0.10g。
4) 根据土层平均剪切波速, 场地类别为Ⅳ类, 特征周期为0.9 s。
5) 混凝土结构的阻尼比系数取0.05 s。
6) 使用LANCZOS迭代方法进行特征值分析。
1.3计算结果分析
经反应谱方法计算, 其最不利截面一般出现在墩底。固定墩墩底计算结果见表1。
横向抗震分析: 本桥中墩竖向力合计85 000 kN, 拟采用2个50 000 kN支座, 支座设计水平力15%, 支座摩阻力6%。两支座中间设ϕ400 mm钢抗剪销 (见图2) , 可承受剪力15 710 kN, 加上支座水平阻力, 共计承受剪力26 210 kN, 大于其横向剪力。按照E2地震作用计算出的弯矩、剪力设计值和永久作用效应组合后, 按现行JTG D63—2007《公路桥涵地基与基础设计规范》 (以下简称《规范》) 对桩基进行计算, 单桩承载力9 000 kN, 32根桩基满足承载力要求。
纵向抗震分析: 按照E2地震作用计算出的弯矩、剪力设计值和永久作用效应组合后, 按现行《规范》对桩基进行计算, 拟采用ϕ1 500 mm钻孔灌注桩, 桩长90 m, 单桩承载力9 000 kN, 则需桩基48根, 而常规力计算仅需要32根。因此, 对本工程有必要采用纵向减隔震措施, 将地震产生的巨大能力吸收掉一部分, 减少对墩底的弯矩和剪力。目前国内外常用的减隔振装置有[3]: 分层橡胶支座、铅芯橡胶支座、滑动摩擦型减隔振支座、高阻尼橡胶支座、钢阻尼器和油阻尼器。
结合本桥空间相对较小、支座吨位很大、在地震作用下须产生很大纵向水平力的特点, 并综合阻尼器减震效果、制造及维护成本, 最终选用弹塑性阻尼器方案。选定安装在墩顶和梁底间。
2减隔振设计
2.1钢阻尼器结构和参数
E型钢阻尼器由多片 (4～8片) E型钢阻尼元件通过连接板、销轴等部件并联组成。阻尼元件钢材为SA516Gr.70钢 (国际标准号为ASME SA-20/SA-20M) , 力学性能:冲击测试 (-40 ℃) ≥31 J; 扯断伸长率≥21%; 抗拉强度为486～620 MPa; 屈服应力≥260 MPa。E型钢弹塑性阻尼器见图3。
2.2工作原理
E型钢阻尼元件通常被安装在具有相对运动关系的2个物体之间, 中间孔用销子固定在物体上, 外侧的2个孔用销子安装在另一物体上。原型及力学模型见图4。E型钢板厚为S; 屈服强度为σy。
b为E型钢的横截面的宽度; h为E型钢的力臂; b1为中间臂的平均宽度; b2为侧臂的平均宽度; l为E阻尼元直段长度
E型钢的原型可简化为两边铰支、中间简支的梁模型[见图4a) ]。中间支座上作用力为Fp[见图4b) ]。采用结构力学中的力法求解力学模型, 可得到弯矩图[见图4c) ]。设计时一般要求h>10b, 则轴力对E型钢的影响<5%, 故理论公式推导只考虑弯矩的作用。
横截面的屈服弯矩My和塑性弯矩Mp分别为
显然, 作用在中间臂的最大承载力可以由弯矩除以力臂得到; 相应的屈服力Fy和塑性力Fp为
式中:s为决定屈服位置曲线形状的屈服指数。
E型阻尼元件的工作原理, 就是通过元件在大地震力作用下发生弹塑性大变形, 从而将大部分地震能量吸收掉, 而将上部结构传递至桥墩的地震力保持在一定的水平内, 保证了桥墩和桩基的安全, 达到减振的目的。弹塑性阻尼器能够在温度变化、收缩、徐变等慢速荷载发生时对结构提供约束, 从而可以不必设置固定支座。
3E型钢阻尼器非线性动力时程分析
3.1E型钢阻尼器数学模型
E型钢阻尼器的数学模型如图5所示。
E型钢阻尼器的滞回曲线可用方程描述:
式中:r为屈服后的切线刚度与初期弹性刚度之比; k为结构屈服前的初期弹性刚度; d为位移量, mm; Fy为结构的屈服强度;α、β为滞回循环参数, 即决定恢复力曲线形状的参数。r、k、Fy由实验确定, α、β用于计算s。
3.2弹塑性阻尼器恢复模型
为了简化计算, 弹塑性阻尼器滞回曲线可采用双线性强化模型 (见图6) 。其中, k为屈服刚度, x为屈服位移, F为屈服力, 屈后强度比为0.01。
从图6可知, 弹塑性阻尼器屈服力参数选取不同, 其对结构响应也不相同。因此, 需对结构阻尼器的情况进行结构响应分析, 即对弹塑性阻尼器屈服力参数进行敏感性分析, 研究参数变化对结构响应的变化规律, 为阻尼器的参数设计提供依据。
对于标准的阻尼支座产品, E型钢板的平面尺寸具有特定的规格, 屈服位移均取20 mm, 极限位移均取200 mm, 极限荷载则为屈服荷载的1.15倍。成型的阻尼支座荷载—位移关系见图7, 仅由屈服荷载参数唯一确定, 参数设计中只需要选择合适的屈服荷载, 并验算其位移需求即可。
3.3计算使用的地震波
根据抗震细则要求, 设计基本地震动加速度为0.10g, 场地特征周期为Ⅳ类场地 (Tg=0.9 s) , 重要性系数Ci=1.7, 场地系数Cs取1.4; E2作用的地震波峰值为331.5 cm/s2。
计算采用的3条人工波均是根据《细则》人工合成的。
3.4分析结果
本设计屈服荷载分别按12 000 kN、16 000 kN、20 000 kN计算, 得到位移如表2所示。
由此, 本桥在18号桥墩选用4个屈服力为4 200 kN的E型钢阻尼器 (单幅桥) 。阻尼器性能参数: 屈服力Fy为4 200 kN时, 屈服位移为20 mm; 极限力Fd为4 800 kN时, 极限位移为200 mm。
4结语
2008年公布的《细则》, 采用两水平设防、两阶段设计的抗震设计方法。本桥按照新《规范》分别进行了概念设计和详细设计。在概念设计阶段, 本桥建立采用空间三维梁单元离散桥梁结构的主梁、桥墩、承台, 桩基边界条件用承台底6个自由度的弹簧刚度模拟桩土相互作用, 采用反应谱方法计算, 对结构地震荷载有初步评价。另外, 由于本桥墩柱很矮, 结构在E2地震荷载作用下水平力和弯矩均较大, 且按照规范要求不允许立柱发生塑性破坏, 因此对本桥进行了减隔振设计。本桥选用了在国内有过应用先例的E型钢弹塑性阻尼器作为减震设备, 在E2地震作用下通过E型钢阻尼器发生弹塑性大变形, 增加全桥的振动周期, 从而将大部分地震能量吸收掉, 将上部结构传递至桥墩的地震力保持在一定的水平内, 保证了桥墩和桩基的安全, 达到减振的目的。
摘要：根据JTG/T B02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》, 新京航运河大桥主墩高仅3.6 m, 属于矮墩, 其地震结构的频率很高, 在E2的地震作用下混凝土又不允许出现塑性破环, 因此, 必须进行减隔振设计。该桥选用了在国内有过应用先例的E型钢弹塑性阻尼器作为减震设备。在地震发生时E型钢阻尼器发生弹塑性变形, 从而将输入桥梁结构的大部分地震能量吸收掉, 将上部结构传递至桥墩的地震力保持在一定的水平内, 保证了桥墩和桩基的安全, 达到减振的目的。
关键词：大跨度预应力连续梁桥,新京航运河大桥,减隔震设计,E型钢阻尼器
参考文献
[1]范立础, 卓卫东.桥梁延性抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2001.
[2]谢旭.桥梁结构地震相应分析与抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2006.
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