《抗震专题培训》PPT课件.ppt

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1、目录,二、结构动力学概念,四、模态分析（振型分析）,三、空间动力分析模型,一、前言,1.地震及桥梁震害分析32.08公路桥梁抗震设计细则推出 4,五、反应谱分析,六、时程分析,目录,八、结合08抗震规范进行桥梁抗震设计,七、08公路常规桥梁抗震设计流程,1.桥梁概况72.有限元模型73.抗震分析方法114.E1反应谱分析75.Mander本构和MPhi曲线76.荷载组合247.结合08抗震规范进行桥梁抗震设计248.E2时程分析24,1.7度及7度以上地区常规桥梁总体设计流程32.7度及7度以上地区常规桥梁结构构件抗震设计流程 4,一、前言,随着社会经济飞速发展、科技进步日新月异，人口分布逐渐

2、密集于城市。地震作为一种严重自然灾害不仅因其巨大能量释放而造成大量地面构筑物和各种设施的破坏与倒塌，且次生灾害中因交通及其它设施的毁坏而造成的间接经济损失更是十分巨大。我国是一个多地震的国家，最近二十多年来，桥梁建设快速发展，各种型式的桥梁大量涌现。如何确保桥梁在可能发生的地震作用下安全可靠地运行，最大限度地避免人员伤亡，减轻震灾带来的经济损失，且设计又不过于保守，成为工程界及其关注的问题。为了能够有效的进行新桥设计和确定现有桥梁的加固措施，有必要对潜在的问题领域有一个清楚的了解。而加深这种了解的最好办法就是对地震中已经发生的桥梁失效及破坏进行系统地研究和分类。常言道“前车之鉴，后世之师”，这

3、句话对桥梁抗震设计尤为适用。因而进行桥梁震害调查分析，对发展桥梁抗震设计原理和设计细节是非常必要的。分析桥梁震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施的科学依据。鉴于现有的大量震害实例及有关资料(范立础，卓卫东，2001)总结，可将桥梁震害的具体表现形式可分为以下几种情况:,板式橡胶支座剪切破坏,1.地震及桥梁震害,1)支撑连接部件(支座)的震害:支座作为支撑连接部件在地震中损坏极为常见，如阪神地震中支座损坏的比例达到调查总数的28%,支座的破坏会改变力的传递方式，从而对结构其他部位的抗震性能产生影响。支座破坏形式主要有支座位移;锚固螺栓拔出、剪断;活动支座脱落等。,支座滑动

4、、破坏及梁体位移,2)上部结构移位震害 所谓上部结构移位震害即桥梁上部结构的纵向、横向、及扭转发生的移位造成的震害。这种震害比较常见，一般来说设置伸缩缝的地方容易发生。这种震害的具体表现形式之一是梁间开脱、错位、或顶撞;另一种表现形式就是大位移使上部结构超出了墩、台的支持面导致落梁。资料表明，顺桥向落梁情形远多于横桥向，它约占全部落梁总数的80%-90%(西山兽伸等，1983)。顺桥向落梁时，梁端撞击桥墩侧壁，这种冲击作用对下部结构会造成很大影响，因为落梁的能量比梁在墩顶发生振动时的能量具有压倒性优势。如，日本福井地震时就发现了落梁冲撞桥墩而使墩身倾斜的现象。桥梁上部结构的破坏很多都是碰撞、落

5、梁兼而有之。日本福井地震中的板垣桥落梁震害就是一个例子:所有的梁都朝左岸方向产生了位移，梁的右岸端在墩顶处脱落并下坠。事后调查，原因之一是由于左岸桥台胸墙在地震中被剪断倒塌，右岸胸墙没有破坏，迫使梁向左岸移动;另外一个原因是该桥的钢筋混凝土梁在两端支座只安装了油毛毡，而且墩顶宽只有1.2米，从而产生了很大的震害。,3）下部结构的震害 下部结构指桥墩、桥台和基础。下部结构及基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起。根据大量震害实例，长细比较大的柔性墩多为弯曲破坏，即延性破坏，表现为:混凝土

6、的开裂、压溃、钢筋裸露与压弯，并会产生很大的塑性变形。这种破坏主要是由于约束箍筋配设不足、纵向钢筋搭接或焊接不牢等引起墩的延性不足；长细比小的粗矮桥墩多为剪切破坏，即脆性破坏，表现为：混凝土大裂缝、钢筋切断等。这种破坏主要是由于墩柱剪切强度不足引起。桥台的震害，除地基承载力失效(如砂土液化、边坡滑移等)引发的桥台倾覆、滑移外，还表现为上部结构的顶撞破坏。基础破坏也是主要震害现象，主要是由于场地土的液化导致的倾覆、不均匀沉陷，或者由于上部结构惯性力影响引起的桩基剪切、弯曲破坏等。基础的破坏带有很大的隐蔽性，震后不易发现，往往通过上部结构的震害体现出来，而且不易修复。,大量震害综合分析表明，引发桥

7、梁震害原因主要可大致归为以下三种:a.所发生的地震强度超过了抗震设防标准;b.桥梁场地对抗震不利，地震引起地基失效、变形或边坡滑移;c.人为原因造成桥梁结构设计、施工不当，使桥梁结构本身抗震能力不足。,剪切破坏,弯曲破坏,公路工程抗震设计规范(J丁J 004-89)是单一水准强度抗震设计，仅仅使用烈度来描述地震作用强度，很多方面的规定过于笼统、模糊。例如，通过引入综合影响系数来折减地震力后采用弹性抗震设计，其隐含的意思是允许结构进入塑性，对结构的延性性能有相应的要求，但在设计上又没有进行必要的延性抗震设计，其延性能力能否满足要求是不确定的，这也是原规范存在的一个较大缺陷。根据交通部关于下达19

8、99年度建设标准、规范、定额等编制、修订工作计划的通知(交通部公路发199982号)，由重庆交通科研设计院组织对公路工程抗震设计规范(JTJ 004-89)桥梁抗震设计部分进行修订，编写(公路桥梁抗震设计细则。修订后的公路桥梁抗震设计细则共有11章、4个附录。修订的主要内容包括:(1)扩大了适用范围，增加了非规则桥梁的抗震设计内容;对斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150m的特大跨径梁桥和拱桥，给出了抗震设计原则和有关规定;增加了减隔震桥梁的设计原则和有关规定。(2)修订了相应的设防标准和设防目标，采用了两水平设防、两阶段设计的抗震设计思想，由单一的强度抗震设计修改为强度和变形双重指标控制的抗震设

9、计。(3)补充、细化了场地和地基部分的有关规定。(4)修订了地震作用部分，修订了水平设计加速度反应谱，反应谱周期由Ss增加到lOs，增加了场地系数、阻尼调整系数、竖向设计加速度反应谱等内容，增加了地震作用分量组合、设计地震动时程等有关规定，取消了综合影响系数。补充修订了地震土压力计算公式。(5)增加了桥梁延性抗震设计和能力保护原则的有关规定，增加了延性构造细节设计的有关规定。(6)增加了抗震分析建模原则和抗震分析方法等有关规定。(7)修订了抗震措施的有关规定。随着新规范的推出，工程师急迫需要具备桥梁抗震分析与设计的能力。Midas Civil不但具备强大的桥梁抗震分析功能（包括振型分析、反应谱

10、分析、时程分析、边界非线性分析、静力弹塑性分析以及动力弹塑性分析），而且还新增了与规范相结合的抗震设计验算功能，可以很好地辅助工程师进行桥梁抗震设计。,2.08公路桥梁抗震设计细则推出,二、结构动力学概念,结构动力学问题在两个重要的方面不同于它的静荷载问题：1、荷载是随着时间变化的，因此结构的反应也是随着时间变化的；2、因为有阻尼和加速度，所以产生了粘滞阻尼力和惯性力，也正是这个原因，我们做动力分析要模拟阻尼和质量。,经典物理学告诉我们：我们所在的物理世界是一个动态的世界，静止只是相对的，荷载作用过程及结构的响应本质是一个动态的过程。在结构动力分析和设计中，需要解决的威胁结构安全的主要因素地震

11、作用和风作用，也是典型的动力问题，因此对结构进行动力分析是必要的。,b.结构动力平衡方程,弹性力,粘滞阻尼力,惯性力,a.结构静力平衡方程,弹性力,自由振动：指F(t)=0的情况，F(t)0的振动为强迫振动。无阻尼振动：指C=0的情况。无阻尼自由振动：指C=0且F(t)=0的情况，无阻尼自由振动方程就是一般特征值分析方程。简谐荷载：F(t)可用简谐函数表示，简谐荷载作用下的振动为简谐振动。非简谐周期荷载：F(t)为周期性荷载，但是无法用简谐函数表示，如动水压力。任意荷载：F(t)为随机荷载（无规律），如地震作用，随机荷载作用下的振动为随机振动。冲击荷载：F(t)的大小在短时间内急剧加大或减小，

12、冲击后结构将处于自由振动状态。,三、空间动力分析模型,1、在E1和E2地震作用下，一般情况下应首先建立桥梁结构的空间动力计算模型。计算模型应反映实际桥梁结构的动力特性。2、桥梁结构动力计算模型应能正确反映桥梁上部结构、下部结构、支座和地基的刚度、质量分布及阻尼特性，从而保证在E1和E2地震作用下引起的惯性力和主要振型能得到反映。一般情况下，桥梁结构的动力计算模型应满足下列要求:1）计算模型中的梁体和墩柱可采用空间杆系单元模拟，单元质量可采用集中质量代表;墩柱和梁体的单元划分应反映结构的实际动力特性。2）支座单元应反映支座的力学特性。3）混凝土结构的阻尼比可取为0.05;进行时程分析时，可采用瑞

13、利阻尼。（非线性分析时采用瑞利阻尼，Midas中组阻尼比的运用。）4）计算模型应考虑相邻结构和边界条件的影响。3、在E1和E2地震作用下采用的模型 在El地震作用下，宜采用总体空间模型计算桥梁的地震反应；在E2地震作用下，可采用局部空间模型计算。总体和局部空间模型应满足以下要求:1）总体空间模型宜包括所有桥梁结构及其连接方式，通过对总体空间模型的分析确定结构的空间藕联地震反应特性和地震最不利输人方向。2）局部空间模型应根据总体模型的计算结果，取出部分桥梁结构进行计算，局部模型应考虑相邻结构和边界条件的影响。,对于地震作用，结构动力方程可以表述如下：,4、规则桥梁可按08抗震细则第6.7节的要求

14、选用简化计算模型。5、进行直线桥梁地震反应分析时，可分别考虑沿顺桥向和横桥向两个水平方向地震输人;进行曲线桥梁地震反应分析时，可分别沿相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向地震输人用曲梁单元时，只需计算一联两端连线(割线)和垂直割线方向的地震输人，以确定最不利地震水平输人方向。6、进行非线性时程分析时，墩柱可采用钢筋混凝土弹塑性空间梁柱单元。7、抗震分析时应考虑支座的影响。板式橡胶支座可用线性弹簧单元模拟；活动盆式支座可用双线性理想弹塑性弹簧单元模拟。8、建立桥梁抗震分析模型应考虑桩土的共同作用，桩土的共同作用可用等代土弹簧模拟，等代土弹簧的刚度可采用表征土介质弹性值的m参数来计算。

15、9、墩柱的计算长度与矩形截面短边尺寸之比大于8时，或墩柱的计算长度与圆形截面直径之比大于6时，应考虑P-效应。,四、模态分析（振型分析）,在一般的有限元分析中，由于系统的自由度很多，同时在研究系统的响应时，往往只需要了解少数较低的特征值及相应的特征向量，因此在有限元分析中，发展了一些适应上述特点而效率较高的解法（子空间迭代法）。midas Civil中除了提供精确的特征向量法分析外，还提供了与荷载相关的Ritz向量分析法。多重Ritz向量能用于线性和非线性结构的动力分析。与精确特征向量法相比，多重Ritz向量法用更少的时间可产生更精确的结果。,1.子空间迭代法（wilson著作结构静力与动力分

16、析）,子空间迭代法是求解大型矩阵特征值问题的最常用最有效的方法之一，它适合于求解部分特征值解，被广泛应用于结构动力学的有限元分析中。子空间迭代法是假设r个起始向量（采用移频法，通过特征值的移动和已收敛的特征向量的移出，使r保持在较小的数值，从而显著提高计算效率和改进收敛速度）同时进行迭代（通过求解减缩广义特征值问题）以求得矩阵的前p（r）个特征值和特征向量。（如果r不是足够大，一方面可能漏掉可能激起的振型；另一方面又可能引入不可能激起的振型）。,结构动力特性分析方法,Lanczos方法和Ritz向量法的共同特点是直接生成一组Lanczos向量或者Ritz向量，对运动方程进行缩减，然后求解缩减了

17、的运动方程的特征值问题，避免了迭代步骤（采用直接叠加法），从而具有更高的计算效率。Lanczos法和Ritz向量法本质上一致，但是在实际计算中，由于计算机的截断误差和舍入误差，导致数值上的不稳定性（例如虚假的多重特征值现象），因此妨碍了Lanczos方法的实际应用。20世纪70年代以后，很多研究工作者提出了不少Lanczos向量的重正交技术以调高其算法的稳定性，Ritz向量法从这个意义上说可以是这种，但由于他改变了成Lanczos向量的算法公式，导致以后求解的不是对角矩阵的特征值问题，而是一般矩阵特征值问题。,2.Lanczos方法,多重Ritz向量法认可结构动态响应是空间荷载分布的函数，考虑

18、动力荷载的空间分布（当定义了初始向量后，第一个向量块的静态响应就来源于该初始荷载向量），可以避免漏掉可能激起的振型和引入不可能激起的振型，能够显著提高计算效率。在计算结构动力响应时，用相同数目的振型进行叠加，Ritz向量直接叠加法可以有比子空间迭代法更高的精度，这是由于后者包含了实际不被激起的振型。子空间迭代法求出结构的前r阶振型，而Ritz向量直接叠加法求出的是和激发荷载向量直接相关的振型。因此用振型分解反应谱法和振型叠加法进行结构动力分析时，一般建议采用Ritz向量法进行结构的振型分析。程序允许在三个自由方向的加速度、静力荷载工况和内嵌非线性连接荷载中选择初始向量，可以指定任意数量的初始向

19、量。对于非线性连接荷载，当模型中有非线性连接单元时，该项自动选择为非线性连接的单元数量。如果没有非线性连接单元，则该项为0。如果没有非线性连接单元，各非线性连接的初始荷载工况包含的初始向量数量的数值将不发生作用。,3.多重Ritz向量法（求解的是一般矩阵特征值问题）,由图可以清楚的发现：多重Ritz向量法和另外2种分析方法得到的振型图是大不相同的。通过模态查看，可以发现多重Ritz向量法所有振型都是对称的（荷载作用是对称的），因为它考虑了空间荷载分布状态及动力贡献，所以他忽略了所有反对称振型。对于反对称振型，并不是由荷载激发的，荷载在这些振型的动力贡献为零。,4.子空间迭代法、Lanczos法

20、和多重Ritz向量法算例比较,子空间迭代法,多重Ritz向量法,Lanczos法,五、反应谱分析,地震作用反应谱分析本质上是一种拟动力分析，它首先使用动力方法计算质点地震响应，并使用统计的方法形成反应谱曲线，然后再使用静力方法进行结构分析。时程分析的不足恰好是反应谱分析方法的优点，光滑设计反应谱是地震运动的平均值，它仅包括计算每个振型中的位移和构件力的最大值，因此不需要对于多条地震波进行复杂计算。并且结构反应谱分析所给出的结构响应信息可以很方便的应用于结构设计，避免了对整个时间范围内结构响应的处理。1、反应谱概念 所谓的“反应谱”就是单自由度弹性体系在给定的地震作用下，某个最大反应量（位移、速

21、度、加速度）与体系自振周期 的关系曲线。将一个地震波时程输入一个单自由度体系，得到一个结构反应（位移、速度、加速度）的时程，取绝对值最大值，就得到反应谱上的一个点。2、设计加速度反应谱 不同的地震波时程曲线对应不同的反应谱。为此，必须根据同一场地上所得到的强震时地面运动加速度记录 分别计算出它的反应谱曲线，然后将这些谱曲线进行统计分析，求出其中最有代表性的平均反应谱曲线作为设计依据，通常称这样的谱曲线为抗震设计反应谱。抗震规范给出的设计反应谱不仅考虑了建筑场地类别的影响，也考虑了震级、震中距及阻尼比的影响。3、振型分解反应谱分析 反应谱理论认为结构物可简化为多自由度体系，其地震反应可按振型分解

22、为多个单自由度体系的组合，而每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。其基本假定为：（1）结构物的地震反应是弹性的，可以采用叠加原理进行振型组合；（2）结构物各支承处的地震动完全相同，基础与地基间无相互作用；,（3）结构物最不利反应为其最大的地震反应，而与其他动力反应参数（如达到最大值附近的次数或频率）无关；（4）地震动过程是平稳随机过程。以上假设中，第（1）、（2）项是振型叠加法的基本要求，第（3）项是需要采用反应谱分析法的前提，而第（4）项是振型分解反应谱理论的自身要求。振型分解反应谱分析的计算流程大致如下：1、进行振型分析，计算结构的固有周期，要注意的是要分析的固有周期数量要够，才能保

23、证叠加后的分析结果有足够的精度（与实际地震反应相比）；2、计算各振型的阻尼，即各固有周期对应的振型的阻尼；3、由计算得到的振型的周期、阻尼在规范提供的设计反应谱中查找对应的地震影响系数(各振型的地震影响系数)；4、利用振型、地震影响系数、节点等效质量计算各振型在各质点的引起的惯性力；5、利用公式（惯性力），计算各质点在各振型惯性力作用下的位移，以及其它响应（内力、应力等）；6、选择振型组合方法(SRSS、CQC、ABS)，获得最后的结果。,（四）振型组合方法 1、完全平方根组合法（CQC法）（随机振动理论为基础，考虑了振型阻尼引起的邻近振型间的静态耦合效应）由wilson等人在1981年提出，

24、也是目前国家和地区规范应用最广泛的组合方式。CQC法用于振型密集型结构，如考虑平移扭转耦连振动的线性结构系统。2、平方和开方法（SRSS法）假设所有最大模态在统计上都是相互独立的，通过求各参与组合的振型的平方和的平方根。不考虑各振型间的耦合效应。SRSS法用于主要振型的周期均不相近的场合，如串联多自由度体系。3、ABS法 将各振型所产生的作用效应的绝对值求和，由于结构的各振型最大地震反应并不发生在同一时刻，因此该计算结果过于保守。,六、时程分析,建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）的条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续

25、时间要符合规定。,1.选取地震加速度时程曲线,建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）的条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组（震中距离、震级大小）和场地类别（场地条件）应与要分析的结构物所处场地的相同，简单的说两者的特征周期Tg()值应接近或相同。加速度有效峰值按建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）中的表采用。有效峰值加速度:有效峰值速度:持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间

26、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。,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.

27、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。在MIDAS程序中提供将地震波转换为拟加速度反应谱和拟速度反应谱的功能（工具地震波数据生成器，生成后保存为SGS文件），用户可利用保存的SGS文件（文本格式文件）根据上面所述方法计算Sv、Sa、Tg。通过Tg值可判断该地震波是否适合当地场地类别和地震设计分组，然后将抗震规范中表中的EPA值与Sa相比求出调整系数，将其代入到地震波调整系数中。将地震波转换为拟加速度反应谱和拟速度反应谱时注意周期范围要到6秒（建筑抗震规范规定）。建筑抗震设计规范条中规定，采用时程分析方法时，应按照场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际

28、强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。所谓“在统计意义上相符”指的是，其平均影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在各周期点上相差不大于20%。在MIDAS程序中，可选取两组实际强震记录生成两个SGS文件（调整Sa后的），然后将一组人工模拟的加速度时程曲线也保存为SGS文件，将三个SGS文件的数值取平均后与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线相比较看是否满足“在统计意义上相符”，由此也可判断选取的地震波是否合适。,2.关于分析类型选项,目前有线性和非线性两个选项。该选项将直接影响分析过

29、程中结构刚度矩阵的构成。非线性选项一般用于定义了非弹性铰的动力弹塑性分析和在一般连接中定义了非线性连接(非线性边界)的结构动力分析中。当定义了非弹性铰或在一般连接中定义了非线性连接(非线性边界)，但是在时程分析工况对话框中的分析类型中选择了“线性”时，动力分析中将不考虑非弹性铰或非线性连接的非线性特点，仅取其特性中的线性特征部分进行分析。只受压(或只受拉)单元、只受压(或只受拉)边界在动力分析中将转换为既能受压也能受拉的单元或边界进行分析。如果要考虑只受压(或只受拉)单元、只受压(或只受拉)边界的非线性特征进行动力分析应该使用边界条件一般连接中的间隙和钩来模拟。,3.关于 计算方法选项,1、振

30、型叠加法 适用于线弹性结构的地震反应分析，也可以求解仅含有边界非线性的非线性 地震反应分析。地震运动方程是二阶常系数微分方程组，采用振型坐标对微分方程组解耦，使其成为每个振型独立微分方程，然后对每个振型（实际上常取前几阶振型）运用杜哈梅积分进行求解，一般可采用分段积分法。其基本思想是利用结构自由振动的振型，将结构的动力学方程组转化成对应广义坐标的非耦合方程，然后单独求解各方程。2、直接积分法 用数值积分法求解线性或非线性地震运动方程，直接求得结构的地震反应时程的方法。一般有中心差分法、常加速度法、线性加速度法、Newmark-法、Wilson-法等。,4.关于时程类型选项,当选择直接积分法时(

31、特别是用户自行输入Newmark时间积分参数时)，要慎重选择时间步长、参数和，因为这将影响到分析的精度和稳定性。时间步长t的选择，注意：（1）外部作用的变化过程（2）体系自振周期。必须足以准确描述外部作用的时间变化过程，必须能反映结构反应的周期变化。例如取t=T/10。,5.关于加载顺序选项,当前时程荷载工况要在前次荷载工况（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，则在定义TH2时要选择“接续前次”选项。1、荷载工况选项 在荷载工况列表中可选择的前次荷载工况有TH（时程荷载）、ST（静力荷载）、CS（最后一个施工阶段荷载）。

32、当前次荷载工况为时程荷载时（例如前次为TH1、当前为TH2），并且要想按照TH1-TH2的顺序进行连续分析时，TH1和TH2的“分析类型”和“分析方法”的选项的选择需要一致。,当前次荷载工况为ST（静力荷载）或CS（最后一个施工阶段荷载）时，且定义了非弹性铰要对时程荷载做动力分析时，如果静力荷载本身的大小超出了致使产生结构弹性变形的范围，会造成当前的时程荷载工况分析的结果不准确。因为静力荷载的分析是在弹性分析，其内力结果是弹性分析的结果，但是这个内力结果实际上超出了产生弹塑性铰的内力，即这时的内力状态是不真实的。所以要注意ST（静力荷载）或CS（最后一个施工阶段荷载）的荷载要在弹性范围内。当前

33、次荷载工况为时程荷载时，不存在要求前次时程荷载工况的结果处于弹性阶段的要求。因为前次时程荷载分析的非线性结果是准确的，而当前时程荷载工况是在前次时程荷载工况的位移、速度、加速度、内力状态下继续分析。2、初始单元内力表格选项 该选项可定义时程分析的初始条件（内力、初始几何刚度）。一般可用于在初始恒荷载作用下地震作用的弹塑性时程分析，即先做静力分析获得结构的初始内力，程序会使用该内力状态构成结构的初始刚度矩阵，然后做时程分析。同荷载工况选项中的说明一样，内力表格中的内力值要在弹性范围内。生成初始单元内力表格的方法参见联机帮助说明。3、累加位移/速度/加速度结果 不选此项时，查看本荷载工况的结果时只

34、输出本荷载工况作用的结果；选择此项时，查看本荷载工况的结果时包含了前次荷载工况最终步骤的影响。程序只要选择了加载顺序选项，程序计算当前荷载工况时就会考虑前次荷载工况的影响，该选项不选时，仅是为了方便用户想查看不受前次荷载工况影响的当前荷载工况作用结果。所以该选项仅影响结果的输出，不影响内部计算过程。4、保持最终步骤荷载不变 保持前次荷载工况最终步骤时的荷载不变，加到本次荷载工况各荷载时间步骤中。,6.阻尼计算方法,阻尼矩阵的生成方法比较多样，程序目前提供的组尼计算方法如下：（1）直接输入各振型阻尼（2）质量和刚度因子法（一般称为瑞利阻尼）（3）应变能因子法（4）单元质量和刚度因子法 其中在分析

35、方法选项中选择“振型叠加法”时将不必构成结构总体阻尼矩阵，按各振型进行求解方程。直接输入振型阻尼：直接输入各振型的阻尼，所有振型也可以采用相同的阻尼。在分析方法选项中选择“直接积分法”时，将构成结构的总体阻尼矩阵。质量和刚度因子法（瑞利阻尼）：，程序中可直接输入a0和a1，也可以通过输入两阶振型的阻尼比来计算a0和a1，计算公式如下：。工程上一般在a0和a1时使用的阻尼比相等，但要注意的是两阶自振频率的取值。确定瑞利阻尼的原则是：选择的用于确定常数a0和a1的两阶自振频率要覆盖结构分析中感兴趣的频段。感兴趣的频段的确定要根据作用于结构上的外荷载的频率成分和结构的动力特性综合考虑。应变能比例法：

36、根据用户在“组阻尼比”（材料和截面特性）中指定的阻尼比计算各模态的阻尼比，大部分结构的阻尼矩阵会是一种非典型的阻尼，故无法分离各模态。所以为了在进行动力分析时反映各单元不同的阻尼特性，使用变形能量的概念来计算各模态的阻尼比。单元质量和刚度因子法：只有定义了组阻尼时才起作用。根据用户定义的组阻尼程序会自动构成结构总体阻尼矩阵。定义组阻尼时，使用不同材料的单元要分别定义为不同得结构组，并给出不同的阻尼比。,7.关于非线性分析控制参数中的“更新阻尼矩阵”选项,该选项只有同时选择下列选项时才会被激活。“分析类型”选择“非线性”，“分析方法”选择“直接积分法”，“阻尼计算方法”选择“质量和刚度因子”法或

37、“单元质量和刚度因子”法。这是因为使用“质量和刚度因子”法或“单元质量和刚度因子”法计算阻尼矩阵时，阻尼值与刚度矩阵相关，而产生非弹性铰时结构的刚度矩阵将发生变化。程序默认选项为“否”，即不更新阻尼矩阵，是为了使非线性分析更容易收敛。,8.非线性分析迭代控制中“容许不收敛”选项,一般其他程序当分析过程不收敛时将退出分析。但是有时用户需要看前面已经收敛步骤的结果，所以本程序增加了该选项，即使分析过程中不收敛也让分析继续进行下去。,七、08公路常规桥梁抗震设计流程,1.7度及7度以上地区常规桥梁总体设计流程,规则桥梁,非规则桥梁,2.7度及7度以上地区常规桥梁结构构件设计流程,八、结合08抗震规范

38、进行桥梁抗震设计,1.桥梁概况,本桥是高速公路上一座跨越V型沟谷的大型桥梁。主桥上部结构为（55+100+100+55）米预应力混凝土连续刚构;主桥下部结构为空心墩,最大墩高93米。通过本例题重点介绍midas Civil软件在桥梁抗震设计中的应用。,采用有限元程序MADIS对该桥进行抗震计算，按照该桥实际设计中梁段块件的划分进行桥梁有限单元划分。本计算中没有考虑桩土共同作用，同时由于主要计算桥墩，所以忽略承台的作用，增加桥墩刚度，计算结果偏安全。桥梁的主梁采用C55号混凝土，主桥桥墩采用C50号混凝土，二期横载为10cm沥青混凝土，8cm混凝土桥面铺装，程序可自动将荷载转化为集中质量。过渡墩

39、的支座为GPZ(II)4.0DX，我们为了安全期间，认为顺桥向为自由活动，过渡墩的地震力也由有主墩承担，而横桥向为限制约束。,2.有限元模型,桥梁有限元模型,桥梁有限元模型,桥梁有限元模型,根据规范，E1为小震，采用反映谱计算方法；E2为大震，采用时程分析法（此桥为非规则桥梁）。,3.抗震分析方法,参考抗震评估报告，该场地为类场地。抗震设防烈度为7度，场地分区特征周期Tg=0.45s，场地系数Cs=1.0,阻尼调整系数 Cd=1.00，抗震重要性系数Ci=0.5,水平向设计基本地震动加速度峰值为0.1g.,4.E1反应谱分析,荷载 反应谱分析数据 反应谱函数,荷载 反应分析数据 反应谱荷载工况

40、,5.Mander本构和MPhi曲线,结果 荷载组合,6.荷载组合,公路桥梁抗震设计应考虑以下作用:1、永久作用：包括结构重力(恒载)、预应力、土压力、水压力。2、地震作用：包括地震动的作用和地震土压力、水压力等。3.4.2作用效应组合应包括永久作用效应十地震作用效应，组合方式应包括各种效应的最不利组合。,抗震设计操作流程：RC设计参数 RC设计材料 RC设计截面配筋 钢筋混凝土抗震设计构件类型 RC设计计算书输出内容。,设计 RC设计RC设计参数,设计 RC设计RC设计材料,7.结合08抗震规范进行桥梁抗震设计验算,设计 RC设计RC设计截面钢筋,设计 RC设计钢筋混凝土抗震设计构件类型,设计 运行RC设计抗震设计,通过树形菜单中的表格，点击使用阶段正截面抗裂验算，弹出相应表格。,设计 RC设计输出RC设计计算书,设计基本资料,设计验算文本内容,设计验算表格,