钢桥抗震与损伤控制设计指南 基础篇PDF电子书下载

1 性能化设计的基本观点 1

1.1 序言 1

1.2 引进性能化设计的背景与趋势 1

1.3 性能化设计的基本流程 2

1.4 性能化设计的优点和缺点 4

1.5 要求性能矩阵 4

1.6 要求性能的等级化 5

1.7 一般、中级表述的要求性能的示例 6

1.8 要求性能的高级表述方法与种类 6

1.8.1 表述方法 6

1.8.2 基本性能 7

1.8.3 极限状态 8

1.9 性能校验形式 9

1.9.1 校验形式的分类 9

1.9.2 校验形式的研究现状 9

1.9.3 本指南中所采用的校验形式 10

1.10 符合性判断规定 11

1.11 生命周期成本、环境影响与设计使用期限 12

1.11.1 生命周期成本（LCC） 12

1.11.2 环境影响（LCCO2） 12

1.11.3 设计使用期限 13

1.12 小结 13

2 性能校验型抗震和损伤控制设计方法概论 16

2.1 序言 16

2.2 抗震要求性能的一般和中级表述 19

2.2.1 设计地震动 19

2.2.2 基本性能与极限状态 21

2.2.3 抗震要求性能的一般和中级表述 21

2.3 抗震要求性能的高级表述（抗震性能校验法） 22

2.3.1 桥墩、允许出现塑性变形的上部结构 23

2.3.2 桥墩锚固部 30

2.3.3 支座 31

2.3.4 桩基础 32

2.3.5 防坠桥装置 33

2.3.6 损伤控制阻尼器 34

2.4 分项系数 34

2.4.1 考虑强度分析模型不确定性的系数γb1 35

2.4.2 考虑极限状态特性等因素的系数γb2 35

2.4.3 考虑结构分析模型不确定性的系数γa 36

2.4.4 分项系数的建议值 37

2.5 钢结构性能校验型抗震和损伤控制设计法的建议方案 38

2.5.1 抗震要求性能矩阵 38

2.5.2 构件健全度矩阵以及健全度校验法矩阵 40

2.5.3 所建议的抗震、损伤控制设计法的流程 43

2.6 小结 44

Appendix 1 限值的计算方法 50

1 单柱式钢桥墩的限值确定公式 50

2 板与短柱的变形性能评估 53

3 对承受剪力的板件及梁的变形性能评估 55

4 小结 56

［参考资料1］ 56

［参考资料2］ 57

Appendix 2 用于计算非线性反应的经验法则 58

1 位移校验法（Displacement-based approach） 58

2 固有承载力法（Force-based approach） 61

3 小结 63

Appendix 3 根据最大反应应变实施的“地震后可使用性”校验 63

1 序言 63

2 钢桥墩的地震反应分析 63

3 分析结果 65

［参考资料］ 67

3 设计地震动 68

3.1 序言 68

3.2 表层地基的动力分析方法 69

3.3 地震动确定方法 71

3.3.1 震源、传播路径、地基三个特性 71

3.3.2 经验评估法 72

3.3.3 半经验评估法 73

3.3.4 理论评估法 74

3.3.5 今后面向设计的地震动评估方法 75

3.4 本指南中使用的偶遇地震 76

3.5 小结 79

4 钢材 82

4.1 序言 82

4.1.1 背景 82

4.1.2 钢材特性与抗震性能 82

4.2 强度特性的影响 83

4.2.1 钢材的强度特性参数 83

4.2.2 屈服应力、拉伸强度、延伸率、屈强比 83

4.2.3 强度匹配 85

4.3 钢材板厚拉伸特性的影响（RAZ的影响） 86

4.4 韧性的影响 87

4.4.1 土木建筑结构上发生的脆性破坏 87

4.4.2 断裂力学参数与破坏韧性值 88

4.4.3 主要的破坏韧性试验法 89

4.4.4 地震时发生的脆性破坏 90

4.4.5 建筑领域脆性破坏的相关研究 91

4.4.6 桥墩用钢材所要求的韧性 92

4.5 新型钢材 95

4.5.1 结构所要求的性能与钢材性能 95

4.5.2 SN钢 95

4.5.3 LYP钢（低屈服钢） 98

4.5.4 BHS(Bridge High performance Steel) 99

4.6 小结 100

5 材料本构模型 103

5.1 序言 103

5.2 抗震分析中采用的本构模型分类 103

5.3 钢材的本构模型 104

5.3.1 应力—应变关系 104

5.3.2 等向强化法则与随动强化法则 105

5.3.3 考虑滞回特性的高精度本构模型 106

5.3.4 考虑薄壁钢结构构件局部屈曲特性的本构模型 110

5.3.5 钢板的剪应力—剪应变关系 110

5.3.6 钢材弯矩—曲率关系（M-φ关系） 111

5.4 混凝土的本构模型 111

5.4.1 填充混凝土 111

5.4.2 钢筋混凝土 114

5.4.3 桩构件 117

5.5 钢筋的本构模型 117

5.6 小结 117

6 抗震分析法 121

6.1 序言 121

6.2 特征值分析 123

6.3 静力分析 124

6.3.1 常遇地震时的抗震设计中采用的分析方法 124

6.3.2 偶遇地震时的抗震设计中采用的分析方法 125

6.4 静力反复分析（准静力分析） 126

6.5 反应谱分析（对于常遇地震的抗震设计） 127

6.6 时程反应分析 128

6.6.1 对于常遇地震的抗震设计 128

6.6.2 对于偶遇地震的抗震设计 128

6.6.3 静力与动力组合法（位移校验法） 129

6.7 小结 130

Appendix 1 模态分析法 131

Appendix 2 非线性动力分析方法的原理 132

7 抗震校验法 135

7.1 序言 135

7.2 Pushover分析 135

7.2.1 底部固定的桥墩 135

7.2.2 底部为弹簧支座的桥墩 138

7.2.3 具有橡胶或隔震支座的桥墩 138

7.3 位移校验法 139

7.3.1 概要 139

7.3.2 单自由度体系结构 140

7.3.3 多自由度长方形刚构桥墩 141

7.3.4 适用于更加复杂钢桥的方法 144

7.3.5 验证精确度 144

7.3.6 位移校验法的适用限制 146

7.4 应变校验法 148

7.5 抗震校验法的实例 149

7.5.1 目标桥墩以及设计条件 149

7.5.2 常遇地震动下的抗震设计（图2.5.3中的①） 150

7.5.3 地基条件、设计地震动输入的设定（图2.5.3中的②） 150

7.5.4 按照结构重要性确定抗震性能水准（图2.5.3中的③） 150

7.5.5 确定构件健全度（图2.5.3中的④） 150

7.5.6 分项系数的设定（图2.5.3中的⑤） 150

7.5.7 结构分析模型（图2.5.3中的⑥） 151

7.5.8 特征值分析（图2.5.3中的⑦） 152

7.5.9 阻尼（图2.5.3中的⑧） 152

7.5.10 基本模态是否占主导地位的判断（图2.5.3中的⑨） 152

7.5.11 位移校验法（图2.5.3中的⑩） 153

7.5.12 应变校验法（图2.5.3中的（11）） 154

7.5.13 小结 156

7.6 各种桥梁形式中校验适用位置的示例 157

7.6.1 钢桥墩以及高架桥 157

7.6.2 拱桥 157

7.6.3 桁架桥 158

7.6.4 斜拉桥 158

7.7 小结 158

［参考资料1］ 160

［参考资料2］ 162

Appendix 采用壳单元进行校验的实例 163

1 概要 163

2 采用壳单元进行Pushover分析 164

3 变形性能校验 165

4 小结 166

8 阻尼的考虑方法 167

8.1 钢桥抗震性能中的阻尼 167

8.1.1 阻尼的基本原理 167

8.1.2 抗震分析中的阻尼特性 167

8.2 比例阻尼 168

8.2.1 比例阻尼的种类与设定方法 168

8.2.2 模态阻尼比 169

8.3 非比例阻尼及其设定方法 170

8.4 钢桥抗震分析时的阻尼设定实例 171

8.4.1 比例阻尼矩阵的设定方法 171

8.4.2 Rayleigh型阻尼矩阵设定的注意事项 173

8.5 小结 173

9 构成单元和建模 175

9.1 序言 175

9.2 上部结构 175

9.2.1 概要 175

9.2.2 不考虑塑性变形的上部结构建模 175

9.2.3 考虑到材料非线性的桥面板及梁的模型 178

9.3 支座 180

9.3.1 支座的种类和结构概况 181

9.3.2 功能分离型的支座 185

9.3.3 支座的建模 187

9.3.4 钢支座的建模 189

Appendix 1 橡胶支座的建模 194

Appendix 2 橡胶支座反复滞回特性的建模 198

9.4 桥墩 200

9.4.1 钢桥墩的建模 200

9.4.2 转角处的建模 204

9.5 锚固部 205

9.5.1 对应常遇地震动的模型 206

9.5.2 对应偶遇地震动的模型 206

9.6 防坠桥连结结构 210

9.6.1 分类 210

9.6.2 结构和功能 211

9.6.3 建模 212

9.7 地基及基础 214

9.7.1 地基及基础结构的建模分类 214

9.7.2 反应值分析计算的建模概要 215

9.7.3 地震时固有水平承载力校验分析模型的概况 221

9.7.4 推定地基及基础地震时动力的数值分析法的注意事项 222

9.8 总结和展望 222

9.8.1 上部结构 222

9.8.2 支座 223

9.8.3 桥墩 223

9.8.4 锚部 224

9.8.5 防坠桥连结结构 224

9.8.6 基础及地基 224

10 损伤控制与隔震结构 231

10.1 序言 231

10.2 损伤控制与隔震结构的基本概念 232

10.3 损伤控制、隔震结构的现状 233

10.3.1 半主动损伤控制 234

10.3.2 被动损伤控制 235

10.4 滞回型阻尼器 235

10.4.1 剪切屈服型阻尼器 236

10.4.2 弯曲屈服型阻尼器 237

10.4.3 轴向屈服型阻尼器（防屈曲支撑构件） 238

10.5 滞回型阻尼器的分析模型 239

10.5.1 防屈曲支撑 239

10.5.2 剪力板 241

10.6 损伤控制、隔震结构的设计方法 242

10.6.1 研究、设计步骤 243

10.6.2 地震反应值校验中的必要性能 244

10.7 实际桥梁的应用实例 246

10.7.1 大跨度钢桁架桥的损伤控制设计 246

10.7.2 采用防屈曲支撑技术的上承式拱桥 251

10.8 小结 256

Appendix 防屈曲支撑（BRB）的整体屈曲 258

第11章 利用构造细节提高抗震性能 261

11.1 钢桥墩 261

11.1.1 抗震技术中重要的构造细节 261

11.1.2 事例 261

11.2 上部结构 265

11.2.1 抗震技术中的重要构造细节 265

11.2.2 事例 265

12 抗震加固方法 270

12.1 钢桥墩 270

12.1.1 基本思路和加固方法 270

12.1.2 事例 272

12.2 上部结构 274

12.2.1 基本思路 274

12.2.2 事例 274

附录Ⅰ 关键词语的解释 279

1 性能校验型设计法 279

2 性能校验型抗震设计法 281

3 抗震校验法 282

4 抗震分析法 284

5 抗震实验法 286

附录Ⅱ 符号说明 287

1 下标 287

2 行列式与向量的表示 288

3 力，荷载，力矩 288

4 应力和应变 289

5 挠度与位移 290

6 质量，阻尼，速度，加速度 291

7 几何变量 292

8 材料系数 293

9 其他 294