第四章 桥梁抗震设计
1、 公路桥抗震设计
1、桥梁抗震设计理论的发展
桥梁震害
震害机理、原因分析
对策 （选线、设计、措施）
✓ 解析 ✓ 实验
抗震设计理 论的发展
抗震标准规范
1、桥梁抗震设计理论的发展
地震反应分析方法
静力计算 算
动力计
✓反应谱分析 ✓弹性动力时程分析 ✓非线性时程分析 ✓静力弹塑性分析
第一阶段： E1地震作用下的弹性抗震设计； 第二阶段： E2地震作用下的弹塑性抗震设计，采用 延性抗震设计方法， 并引入能力保护设计原则。 地震作用部分的修订，反应谱周期到10秒，并给出了 场地修正系数；给出了时程地震波的选用原则。
2.2 新规范要点
增加了桥梁抗震分析建模原则和抗震分析方法 增加桥梁减隔震设计，增加了局部细节设计和 抗震构造措施内容 尽可能吸收了美国、日本现行抗震设计规范的 理念和方法，吸取了近十年桥梁震害的教训， 弥补了89规范的不足。
采用两水平设防、两阶段设计的思想
7 抗震重要性系数
桥梁分类
A类 B类 C类 D类
E1
E2
重要性 系数
1.0
重现期 475年
重要性 系数
1.7
0.43(0.5) 75年（100年） 1.3(1.7)
0.34
50年
1.0
0.23
25年
重现期
2000年 1000年 （2000年）
475年
高速公路、一级公路上大桥、特大桥，重要性系数取括号内的值
当采用时程分析法时，应同时输入三个方向分量的一组地震动 时程计算地震作用效应。
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入。
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多方向地震输入，以确定最不利地震水平
输入方向。 地震作用可以用设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计
实测地震记录的积累 计算分析理论的提高 对结构损伤破坏过程的深刻认识
1、桥梁抗震设计理论的发展
抗震设防方法
单水平设防 多级设防 多阶段设 计
✓ 小震不坏、中震可修、大震不倒 ✓ 两阶段或三阶段设计：强度设计、延性设计
地震的随机性和复杂性 经济因素
1、桥梁抗震设计理论的发展
抗震设计方法
表3.2.2 抗震设防烈度和水平向设计基本地震动加速度值A
抗震设防烈度 A
6
7
8
9
0.05g 0.10（0.15）g 0.20（0.3）g 0.40g
10 地震作用
10.1 一般规定
➢ 桥梁结构地震作用考虑的原则
➢ 一般情况下，公路桥梁可只考虑水平向地震作用， 直线桥可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用。
2.1 旧规范的局限性
采用综合影响系数考虑结构进入塑性 （延性），但塑性铰保证延性的细节构 造不明确，综合影响系数取值模糊并且 明显不合理。 对于墩柱抗剪、基础抗震设计和验算没 有规定，实际应用时存在错误，没有引 入能力保护设计的思想。
2.2 新规范要点
取消了综合影响系数：采用两水平设防，两阶段设计， 并给出了明确的性能目标。
➢ 设防烈度为8度和9度时的拱式结构、长悬臂桥梁 结构和大跨度结构，以及竖向作用引起的地震效 应很重要时，应同时考虑顺桥向X、横桥向Y和 竖向Z的地震作用。
➢ 地震作用分量组合
➢ 采用反应谱法或功率谱法同时考虑三个正交方向 的地震作用时，可分别单独计算各方向地震作用 产生的最大效应，然后组合。
10 地震作用
4、细则适用范围
适用于单跨跨径不超过150m的混凝土梁 桥、圬工或混凝土拱桥（常规桥梁） 斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150m的 特大跨径梁桥、拱桥可以参照抗震设计 原则进行设计（特殊桥梁） 适用于抗震设防烈度6~9度地区的公路桥 设计，大于9度应作专门研究
5 桥梁抗震设防分类
6 抗震设防目标
要点
通过抗震重要性系数调整设计地震动参数，不 同抗震分类桥梁对应的E1、E2地震作用的重 现期不同
两水平设防、两阶段设计
桥梁分类 A类
E1 不应发生损伤
B类
同上
C类
同上
D类
同上
E2 有限损伤
不倒塌或产生严重损伤，临时 加固后可满足应急交通
同上
D类桥梁一水平设防、一水平设计
8 抗震设计过程
抗震概念设计：桥位场地选择、合理的
地震动功谱表达。
10 地震作用
10.2 设计加速度反应谱
➢水平设计加速度反应谱
S Smax
SSSm maa(xx5.5T0.45)
T0.1s 0.1sTTg
Sma(xTg /T)
TTg
0 0.1 Tg
给出的是S谱值，不同于原来的动力放大系数谱值 最大周期10秒
大于段都是以1的斜率下降
➢水平设计加速度反应谱最大值
10 地震作用
➢场地特征周期 ➢ 场地特征周期，按场址位置在《中国地震动反应谱特 征周期区划图》上读取后，根据场地类别，按下表取值。
10 地震作用
➢阻尼调整系数
10 地震作用
➢竖向设计加速度反应谱
◇竖向设计加速度反应谱由水平设计加速度反应谱乘以下 式给出的竖向/水平谱比函数R
结构选型与布置、恰当的抗震体系
抗震验算与设计： E1作用下，强度设计（分析、强度验算
）
E2作用下，延性设计（分析、变形验算
）
抗震构造措施
9、抗震设计总流程图
9、常规桥梁总体设计流程
9、常规桥梁结构构件抗震设计流程
9、常规桥梁结构构件抗震设计流程
10 地震作用
反应谱取值：按E1和E2地震重要性系数 乘设计基本地震动加速度峰值A
✓ 强度设计 ✓ 抗震结构
延性设计 减隔震结构
主动/半主动控制
2、公路桥梁抗震设计规范
《公路工程抗震设计规范》（004-89） 桥梁抗震设计部分内容废止 《公路桥梁抗震设计细则》（ B02-012008）
2.1 旧规范的局限性
采用的设防水准均为50年基准期10%超越概率， 重要结构物的设防等级用重要性系数来体现。 单一水准设防，采用基于强度一阶段设计；弹 性地震力采用综合影响系数折减考虑结构进入 塑性的性能。
10 T(s)
10 地震作用
➢公路工程抗震设计规范（ 004-89）中给出动 力放大系数β谱


ug

u max
ug max
➢建筑抗震设计规范（ 50011-2001）中给出水 平地震影响系数 α 谱
ku g maxu g u max源自gu g max
10 地震作用