抗震设计方法精选(九篇)

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第1篇：抗震设计方法范文

关键词：桥梁；抗震；设计

近年来，自然灾害频发，特别是地震，不仅给人们带来了巨大的灾难，也给经济造成了难以估计的损失。地震过后，我们除了救灾工作外，还必须进行深刻的反思，怎样才能有效预防地震，怎样才能将地震带来的伤害和损失降到最低。

1 地震对桥梁的破坏性

当发生地震时，首当其冲受到破坏的就是地基，特别是对于地基在斜坡和土质松软地段上的桥梁工程的破坏最大。所以，在选择地基时要谨慎对待，综合考虑后再做决定。地震产生后，桥梁的破坏形式也有所不同，一般表现为以下几点。

桥台的椎体和墩身铺户开裂，还出现了滑移现象。

桥墩的台身发生位移，支座的锚栓被剪断，甚至会导致落梁现象的产生。

桥墩台身开始断裂，使桥梁有坍塌的倾向。

沙土在河水的冲刷下，被液化，致使桥墩开始下沉。

2 桥梁抗震设计的原则

只有在结构上将强度、刚度和延性等指标完美的结合，才能设计出合理的抗震方案，才能做到真正意义上的抗震设防，但是想要做到这一点，却非常困难，需要工程师做到不墨守成规，在了解影响结构地震因素的基础上，进行大胆的创新。与此同时，还要遵循以下原则：

2.1 选择适当的场地

选择桥梁建设地址时，必须要选择一个抗震力强的地方，而且所选择的地方场地要足够坚硬，如果桥梁的地基不牢固，在地震发生时怎么可能做到屹立不倒。但是需要注意的是不仅不能选择松软土地或不稳定的坡地，对可能会受到其周边影响的地区也不能选择，因为在危害面前，是不允许“万一”情况出现的。

2.2 注意结构上的对称

在抗震方面，对称性的结构刚度与不等跨桥梁相比更具有优势，对地震灾害的防控也更加有效，比如说：如果桥梁墩在高度上差距比较明显的话，会使高度较低的桥墩受到水平震力的危害，也会使桥孔跨度较大的桥墩受到很大的地震力。因此，在桥梁的防震设计上，要注意桥体结构的对称性，尽量避免使用跨度较大的桥型。

2.3 注重桥梁的整体性

桥梁的整体性至关重要，如果桥梁的整体性不好，不仅使结构的空间作用得不到较好的发挥，也会在地震时，使结构的构件以及非结构的构件被震落。所以，要尽量的保证上部结构是连续的，同时还要采用有助于提高整体性的连接方式，并且在各个连接点设置减震措施，以便使桥梁在稳定性方面得到提高。此外，为了避免突发状况的产生，在结构的布置上要最大限度的做到尺寸，质量和刚度均匀、对称。

2.4 设置多道抗震防线

为了将危险扼杀在摇篮里，在桥梁抗震设计上要设置多道防线，使桥梁能够多方面的抵抗地震侧向力，在遇到较强的地震时，如果第一道防线被破坏，还有第二道防线可以支撑，甚至有第三道、第四道。这样给桥梁的安全性、稳固性提供了强有力的保障，可以在最大程度上避免桥梁倒塌的现象。

3 桥梁抗震设计方法

3.1 基于性能的抗震设计

这种设计方法是指在不同概率地震下，结构的性能能够达到一组预定的目标，是抗震设计的总体思想。其目的是在强度较大地震后，能够将人的伤亡情况和财产的损失控制在所预先设定的目标内，同时震后，结构的功能也依然可以继续维持。其特点如下。

打破原来以宏观定性的目标为主的局面，逐渐向量化的多重目标转化。

抗震设计目标不再局限于保障人民生命财产安全，而是多目标、多层次的来进行抗震方面的设计，力求最大限度的做到不同风险水平的地震作用下满足不同的性能目标，给人民的安全带来更大的保障。

3.2 基于位移的设计方法

基本位移的设计方法虽然很早就被提了出来，但是直到现在才有所发展，成为可以应用于桥梁抗震上的设计方法。它是在结构强度不足的基础上提出的，而导致强度不足的原因是：许多规范由于经济等因素的制约，在设计地震作用时，允许结构物质发生可塑性屈服变形，这种情况下，只能改变结构性能的衡量指标，从而选择比较合适的脆性结构或不允许发生非弹性影响的构件。这种设计方法将结构的变形和构件发生的变化设置为变量，最终的设计结果以构件的强度为参数。

3.3 多阶段设计方法

为了最大限度上保证人民群众的生命安全，降低震后的经济损失，在设防水准方面，要不断地进行革新。其中所要考虑到的因素有很多，比如说：地震的产生机理、地震的特殊性能还有在地震的强力作用下各类结构的动力特征、构件能力等。这都需要我们在研究中不断总结教训，积累经验，改变原来的单一设防水准，转为双水准或三水准，原来的一阶段设计转为两阶段、三阶段，甚至会转变为更多的水准，更多的阶段。

3.4 延性设计

基于上文，单纯的强度作为衡量标准，来进行抗震的设计其实并不合理。在地震的强力作用下，桥梁的结构是可以通过自身的变形来进行耗能的，这样依然可以达到抗震、减震的目的。例如：一个比较高大的桥墩，在地震的作用下，桥墩墩底的混凝土在塑性上已经被破坏了，但是其所配置的抗剪钢筋足够用来抵抗地震力，使桥墩没有坍塌。同时，在桥墩底部形成了塑性铰，在转动过程中消耗了地震的能量，使主要结构没有受到实质性的破坏，对主要结构进行了有效的保护。这体现的就是延性设计的概念，通过曲率系数和延性系数的控制对结构延性变形进行控制。

若想降低地震的危害，需要对其破坏性进行掌控，最大限度的将地震的破坏控制在预定部位范围中，这就需要在抗震设计中，重视能力设计思想，在桥梁内部建立合理的强度等级配置。这样才能保证桥梁的稳固性，在发生地震时，也能降低损失。同时在配筋设计上要谨慎对待，选择合适的塑性铰位置，以桥墩较大的桥梁为例，塑性铰的这位置一般在桥墩的墩底或墩顶。做到以上所说的，就能在一定程度上保证结构的延性和抗震能力。

4 结束语

随着经济的不断发展，对桥梁设计的要求会越来越多，难度也越来越大，对桥梁的质量要求也会越来越高，虽然不能阻止的地震的发生，但可以将地震的伤害降到最低。所以，桥梁设计人员要深入桥梁抗震设计的研究中，在借鉴其他地区的先进抗震技术经验的基础上，遵循桥梁抗震设计原则，采用适当的设计方法，使桥梁的设计在质量上得到最大限度的保证。

参考文献

[1]徐小卫.桥梁结构抗震设计方法研究[J].科技风，2011（11）：158.

[2]范立础，王君杰.桥梁抗震设计规范的现状与发展趋势[J].地震工程与工程振动，2001（02）：70-77.

[3]曹春义.探讨桥梁结构抗震设计[J].中国建筑金属结构，2013（20）：161.

第2篇：抗震设计方法范文

关键词：公路路线；抗震设计；减隔震设计；挡土墙

中图分类号：X734文献标识码： A

1.引言

我国的地震问题十分严重，尤其是在汶川地震发生之后，我国的相关部门都加强了公路抗震方面的要求。1989版的《公路工程抗震设计规范》和公路抗震研究，并不能很好地帮助我国灾区的重建工程好发展，需要更新的技术来支持【1】。在汶川地震发生之后，交通部就开始了灾区公路数据的调查，这一调查最终形成了公路抗震指南，这是对我国抗震设计进行指挥的行业标准。所以，针对现代化公路抗震的相关理论和现实需要，对抗震设计的方法进行了研究，希望对当前的抗震问题提供参考。

2.抗震设计的方法研究

公路的组成中，节点和线段是必不可少的部分。公路的节点多、线路长，覆盖面积很大，这就让抗震预案的编制工作任务加大，工程量增加，如果在公路抗震预案以及抗震设计中，能够预先对公路网的路线进行掌握，针对性的对各种路线进行抗震设计，通过不同的措施来进行抗震工作，这样就能够保障抗震的重点地段，也能够对普通的路段的抵抗性增强。这样就能够保障抗震的重点工作的科学性和实用性。所以，在进行抗震设计的过程中，必须对路线进行深入地研究【2】。

2.1 公路路线抗震重要度

公路网络中很多的路线在抗震中是重点路线，根据统计学科学分析的方法建立数学模型，将抗震过程中对路线抗震有影响的各种指标进行综合和转化，最终形成代表性的指标，在这个指标的基础上对路线抗震程度进行准确的标识。

在对公路路线进行抗震程度的标准过程中，最主要的方法是主要成分分析法来进行研究，这种方法操作十分简单，非常适合在实践中对已有经验进行验证。

2.2抗震设防的主要方法

2.2.1 抗震概念设计

在国际上，各个发达国家对于抗震都十分重视，因此对抗震的概念设计研究也相对深入。在对国外先进的抗震理念以及抗震的规范都进行借鉴的基础上，不断地完善我国现行的抗震规范和标准。在公路抗震结构设计有两个十分重要的问题，就是参数设计和概念设计的问题【3】。所谓抗震概念设计就是在概念上对总体的抗震工程进行决策；而参数设计则是对地震作用相爱的构件承受的强度进行计算和验算。二者在抗震过程中都是必不可少的，通过将两者加以结合的方式，极大地推进了抗震设计的成效。抗震设计必须重视抗震概念的设计，而在抗震的过程中又必须对抗震的工作进行指导，要对各种抗震思想合理应用，在应用的过程中需要符合实际情况，这样让计算工作和抗震工作都不至于盲目进行。因为在抗震的过程中存在很多的不确定性因素和突况，同时结构计算模型的假设也与实际的情况存在出入，在计算和理论上无法做到完全与实际相吻合。因此，在实际的抗震设计中，不能单纯地依靠数值的计算来对抗震的情况进行衡量。要真正做到减震，就必须在公路施工中注意下列情况：

(1)在公路的建设中要选择好的体系和材料，材料需要具备较强的延性。在抗震结构设计中要形成延性结构，通过结构的变形能力来加强抗震能力，让公路在强震影响下也能够忍受塑性变形而不会坍塌，从而达到经济合理的目标。

(2)在公路抗震施工中，需要减轻自身重量，因为如果烈度和场地条件允许，建筑物的质量就是决定地震灾害程度的关键。

(3)在公路建设中，抗震结构不能太大，结构不能太柔软，同时要符合位移限值的要求，因此设计结构上要最大程度将周期与场地土卓越周期避开，最好是大于卓越周期。

(4)在抗震设计中必须对混凝土结构构件进行合理的选择，对于构件的尺寸、配筋以及箍筋都要重视【4】。只有这样才能不断地增强公路结构中的整体性，不同的构件之间在连接上，也需要对其可靠程度进行检查，构建节点的承载力必须高于构件承载力，同时对应力相对集中的地方要多加注意。

(5)在路基基础的承载和刚度要求上更是要互相适应，同时确保路基基础能够对抗滑移转动。

2.2.2延性抗震设计

延性抗震的概念是在半个世纪前提出的，经过了半个世纪的发展，这一概念已经成为了抗震的设计规范。我国在2008年的抗震细则中也对这一概念进行了规定。在细则中增加了延性设计的有关规定，目的是通过这一概念提高我国公路结构非弹性变形的能力，防止结构在地震中坍塌。在08年汶川地震中，就出现了很多脆破坏的情况，这些情况说明了延性设计的作用。

对延性概念进行推广，在概率意义方面，抗震结构的延性能力增强，超过了对地震预期的弹性变形。单纯从理论上来说，延性需求的获得是需要通过弹塑性动力分析得到的，这样就会需要对非弹性变形问题进行研究，这就增加了抗震设计中的难度。

新西兰学者Park等在上个世纪提出了新的设计原则，就是能力保护原则，同时在新西兰最先对这个原则进行了应用。现在，新西兰已经成为能力设计方法应用最为深入的国家。在其他的国家，例如欧洲很多发达国家都将这一原则进行引入，先后在各个国家的抗震规范中进行了规定【5】。能力设计重视的是构件之间的安全度差异，然后在这种差异的基础上，发挥延性结构的作用，降低地震灾害。

能力保护的设计原则主要是在设计上改进结构，将构建承受的地震强度差异化，避免结构构件脆性问题。在能力保护设计原则基础上，延性抗震设计具有下列特点：

(1)在设计中需要对结构布局进行科学规划；

(2)对地震中会出现的塑性铰的位置进行选择，确保形成良好的塑性耗能机制；

(3)可以通过延性设计以及强度设计，增强潜在塑性铰位置的延性能力；

(4)通过适当的等级强度来防止预期会出现的脆性破坏模式，例如剪切破坏等，保证脆性构件和不适合用在耗能位置的构件不会出现在反应范围之内。

2.2.3减隔震设计

对公路进行减震设计目的是通过减震设置来提高对地震的对抗能力，将消能部件加入其中作为主要的抗震构件，同时也通过结构上的抗震设计来辅助抵抗地震的破坏。在这种方法中最大程度地降低结构承受的地震力和能量，延长结构周期，增加效能能力，从而达到减震的目的。表1对传统结构采用的延性抗震设计、减隔震设计以及结构控制进行了比较，从中可以看出它们的差别。

表1 不同抗震技术的基本机理比较

2.3公路挡土墙的抗震设计

我国的地质特征决定了我国是多山的国家，很多公路在修建的过程中必须进行挡土墙的修建，所以公路减震设计中，低挡土墙的设计十分重要。

作为地震频发的国家，日本队挡土墙就进行了很好的应用，日本采用M-O法计算主动和被动土压力。充分的考虑了填土容重、黏聚力和超载对抗针效果的作用，对挡土墙的设计加以衡量。

（5）在挡土墙的设计过程中，路基的处理更多的是使用碎石土、粘性土和不容易风化的石块材料，这时候应该注意压实度需要符合现在的规范要求。

如果在建设路基的过程中使用的是砂性土，那么就需要加固和压实。在对挡土墙的抗震能力和稳定能力的计算中，抗滑移稳定系数应该保持在kc≥1.3范围内，而抗倾覆稳定系数则应该在ko≥1.5范围内。

在建设高速公路和一级公路的时候，挡土墙的建设不能使用砌片石。如果是其他等级的公路建设，如果基本烈度大于8度的时候干砌片石挡土墙的高度必须低于5m，二如果烈度超过9度，高度就要低于3m。

3抗震设计的展望

随着我国抗震技术的发展，抗震技术的应用进入新阶段。目前在抗震设计工作中，ANSYS软件发挥着重大的作用，这一软件在分析能力上更加强大，界面呈现更加直观，已经在力学结构中得到广泛应用。可以说ANSYS的大量应用，为抗震设计与分析都带来了极大的便利性，推动了抗震技术的发展【6】。

4结语

我国位于欧亚地震带上，是多震的国家，而我国的地震有自身的特点：烈度高、分布广、震源浅、伤亡大。汶川地震带来的伤害是警钟，我们需要总结经验教训，而我国新的《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）的颁布推动着我国抗震设计的进一步发展，我国的抗震工作正向着新的高度迈进。

参考文献：

[1] 曾辉.论桥梁的抗震设计及其在我国的应用[J]. 科技资讯. 2011(02).

[2] 刘健新,赵国辉,李加武.汶川地震及中国公路桥梁抗震设计规范的变迁[J]. 交通科学与工程. 2012(01).

[3] 李贞新,杨富成,赵君黎,冯苠,邬都.公路桥梁抗震设计规范修订原则的初步设想及关键技术研究(含长大桥梁)[J]. 公路. 2013(05).

[4] W・ Phillip Yen,Richard A・ Pratt.新的美国公路桥抗震设计指导规范[J]. 公路. 2012(05).

[5] 殷鹏程,叶爱君.从中美规范比较探讨桥梁结构抗震体系[J]. 工程抗震与加固改造. 2011(03).

第3篇：抗震设计方法范文

关键词：桥梁；基于性能；建模；地震；有限元模型

中图分类号：U442.55 文献标识码：A

桥梁抗震设计中所采用的建模方法常常过于简化，诸多对结构动力特性影响很大的因素（边界非线性、材料弹塑性等）都难以得到真实的体现，也就无法计算出足够精确的桥梁地震响应结果[1].近年来，随着高性能计算技术和有限元分析技术的迅速发展，桥梁结构分析的计算效率和精确性得以大幅提高，进而促进了抗震设计理念和方法的新发展.精确的结构动力分析也日益被广大工程师所接受，尤其是基于性能的桥梁抗震设计理念[2]被提出以后，多阶段设计多水准设防的理念已经得到了实际应用和推广，对桥梁整体进行复杂的非线性分析显得越来越重要.

另一方面，AASHTO桥梁抗震设计指南[3]和我国桥梁抗震细则[4]都明确规定：桥梁抗震设计所采用的分析模型应准确地模拟各构件、耗能装置和连接装置的受力性能.然而，规范中对究竟该如何模拟桥梁的各构件并没有给出详细的说明，如此一来，桥梁工程师在做设计时采用不同的方法进行建模计算得到的结果差异往往很大.多年前著名的结构动力学专家李国豪院士也曾经说过：规范条文只使人知其然，而不知其所以然.由此可见，对桥梁抗震模型的建模方法进行研究是有意义的.

目前，国外在桥梁抗震建模方法方面做了很多研究工作，Ali和 AbdelGhaffar[5-6] 对橡胶支座和铅芯橡胶支座在地震作用下的力学模型进行详细的探讨，并且对采用被动控制的斜拉桥的整体有限元精确建模方法进行了研究.Légeron等[7]研究了混凝土构件在地震作用下的非线性力学现象并利用试验数据对其提出的损伤模型进行了验证.Aviram[8]等结合美国加州抗震规范，以规则梁桥为基础，提出了适用于加州桥梁抗震非线性分析的精确建模指导方针.总的来说，目前针对我国桥梁精确建模方法的研究工作还很少，因此，有必要在这方面进行探讨和研究.

本文将以我国常见的规则三跨连续梁桥为例，分析讨论其不同组成构件及非线性边界在桥梁抗震设计时常用的模拟方法.然后，分别采用3种方法建立结构的有限元动力分析模型，并输入相同的地震波进行非线性时程分析，通过其响应结果的比较分析得到适用于我国规则桥梁抗震设计的精确建模方法.

1桥梁整体模型

结构建模就是从结构体系的角度，根据结构几何形状对各构件进行单元划分并精确模拟其力学特性，使数值分析结果尽可能准确地反映结构的真实响应.传统的集中参数模型对于弹性反应谱分析以及以一阶振型为主的静力弹塑性分析能够起到较好的效果.然而，为了更好地体现基于性能的桥梁抗震设计思想，需要建立起全桥系统的精确动力分析模型（图1）.

对桥梁整体而言，上部结构在地震作用下出现塑性的可能性很小，可用弹性单元模拟.普通桥梁的长宽比（L/B）、跨高比（L/h）较大，在抗震设计和分析中没有必要用三维实体或板壳单元模拟，而只需用包含有刚度、质量分布和截面特性参数的单梁模拟即可.同时，考虑到能力保护设计原则，承台、基础、盖梁等也可用弹性梁单元模拟.桥墩一般用弹塑性梁柱单元模拟，其它边界条件可用各种线性或非线性连接单元来进行模拟.值得注意的是对桥墩基础的处理，非液化地基（岩石）和易液化地基（软土）要区别对待，如图1中1#墩和2#墩的边界模拟情况有所不同.

2墩柱非线性模拟

桥梁结构 “头重脚轻”的特点导致墩柱成为桥梁抗震设计中的关键部位.在基于位移的桥梁抗震设计中，墩柱均按延性构件进行设计[3]，我国抗震规范[4]明确指出：在E1地震作用下，结构在弹性范围内工作，基本不损伤；在E2地震作用下，延性构件（墩柱）可以发生损伤，产生弹塑性变形，消耗地震能量，但延性构件的塑性铰区域应具有足够的塑性变形能力.尽管全墩采用弹塑性纤维单元效果最佳，但从工程实用的角度，只需在预期塑性铰部位采用纤维单元模拟，而其它部位仍采用弹性单元处理，这样可大大提高计算效率且保证足够的精度，图2给出了规范[4]规定的预期塑性铰部位.

3.2桩土作用模拟

结构振动能量主要通过地基向周围土壤扩散，同时土与结构间的相互作用反过来又将影响结构的动力响应.桩土相互作用要根据持力层的地质情况来模拟：①岩石层上的基础：持力层的竖向刚度可取很大的值，侧向弹性刚度可参考相关规范计算；②土层上的基础：要根据地质勘察报告计算基底竖向刚度和基身侧向刚度.

值得注意的是，由于某些地区地质条件较差，桥梁选址无法避免液化土层区.处于液化土层区的桥梁基础，基础的柔性更大，桩土相互作用的精确模拟会更加困难，如图1中2#墩柱下的基础土层相互作用机制，由于该类情况的桩土相互作用十分复杂，本文暂不做深入研究.一般情况下的规则桥梁，可采用图5所示的三种模型来模拟桩土相作用，图中不同的刚度（K）值可参考相应的桥梁抗震设计规范计算.

3.3伸缩缝和挡块模拟

伸缩缝是一种在桥头能够开启和闭合的连接装置，平时能提供相邻梁端因温度变化和混凝土收缩、

徐变等因素引起的纵向自由伸缩位移.地震作用下相邻梁端在纵向可能会发生碰撞接触而产生相互作用力，因此，在实际抗震分析中，伸缩缝常用Gap单元模拟，其力位移关系如图6（a）所示.

横向挡块则是防止上部结构横向位移过大而设置的阻挡构件.横向挡块由弹塑性材料制作，在桥梁抗震建模时可用图7（b）所示的理想弹塑性滞回模型模拟.

3.4支座模拟

支座作为连接上部结构和桥墩（桥台）的重要构件，是有效传递地震力的重要部位.桥梁精确建模时要准确模拟支座的几何特性及力学性能，包括支座高度、三个平动方向线性或非线性刚度以及三个转动方向的线性或非线性的转动刚度等.在实际桥梁抗震设计中，常会用到以下三种类型的支座：①板式橡胶支座；②聚四氟乙烯滑板支座（活动盆式支座）；③铅芯橡胶支座. 三种支座的力与位移的滞回关系如图7所示.

5结构响应分析

根据算例桥址处地质条件，从 PEER强震数据库中选取合适的地震波记录，该地震波在两个正交方向的PGA分别为0.32 g和0.33 g.

5.1模态响应

桥梁的特征值分析采用Ritz向量法，即通过假定多自由度的振型形状来计算特征值.该方法可以避免计算不必要的振型且能够包含更多的高阶振型，因此，相比传统的特征向量法计算效率要高得多.为获得足够的计算精度，在本文中可使结构在横、纵两个方向的振型质量参与系数都达95%以上.3种模型的主要模态及其在两个方向的质量参与系数汇总如下表2所示.

由表2可知，3种模型的基本振动模态均为纵飘，对应的基本周期分别为1.871 s，1.91 s和1.967 s.且随着模型复杂程度的提高，结构基本模态的质量参与系数逐渐降低.3种模型的纵向（横向）的动力响应主要取决于第1（2）阶模态，集中质量模型仅需5阶模态便能使两个方向的质量参与系数达95%以上，而简化模型和精细化模型分别需18和50阶模态才能满足质量参与要求.这表明桥梁结构实际上是一个非常复杂的系统，存在着多种振动模态，过于简化的模型可能会忽略掉一些重要的模态而导致分析结果不够精确.

值得指出的是，精细化模型由于建立了桩基模型且由场地类型决定土弹簧刚度很大，导致了直到49和50阶才出现桩基参与的模态形式.

由图8可知，不同的建模方法在完全相同的地震动输入下的位移响应结果差异很大.并且随着结构建模复杂程度提高，墩顶最大位移逐渐减小.特别是简化后的集中参数模型，在纵桥向和横桥向的位移都偏大，这是由于当模型过于简化时，实际参与地震耗能的构件也相应减少了，进而导致由墩柱承担的地震力过大.由图9还可以发现，对于精细化模型而言，横向位移比纵向位移要小很多，这是由于该桥墩顶设置了横向弹塑性挡块，挡块破坏时的滞回耗能对墩柱横向响应起了保护作用.

5.3边界非线性响应

基于性能的桥梁抗震设计要求对不同构件的抗震能力进行验算，美国AASHTO[3]提出了合理抗震体系（RES）的概念，外国很多桥梁抗震设计已不仅仅局限于墩柱构件，而开始考虑对支座、挡块、限位装置等进行抗震设计，集中参数模型和传统的简化模型不能反映这类非线性构件的实际地震响应，然而，精细化建模方法则能充分发挥这方面的优势，如图9为从精细化模型中得到的边界非线性响应结果.

由图9可以看出，在大震作用下，板式橡胶支座在纵向表现出明显的滑动（图9（a）），正是由于板式支座的滑动耗能，使得精细化模型的墩顶纵向位移比两种简化模型要小得多.另外，无论是桥台处还是墩顶的横向挡块都发挥了其良好抗震性能（图9（c），（d）），墩顶处挡块的滞回耗能作用很好地保护了支座横桥向的弹性（9（b）），同时也在横桥向保护了墩柱的变形，这也正好解释了图8中墩顶横桥的位移小于纵桥向位移.

6 总结

本文系统地论述了规则桥梁抗震设计中实用的3种建模方法，并通过这些方法的对比研究得到如下结论：

1）集中参数模型和简化模型不足以准确反映桥梁结构在地震作用下的真实响应，可能使得墩柱的设计过于保守.而忽略支座等构件的非线性影响将无法有效地对连接单元（保险丝单元）进行抗震设计，往往会导致结构体系上的不合理.

2）在计算机性能大大提高的前提下，精细化的桥梁抗震模型能够较准确地反映桥梁在强震作用下的各类非线性响应，能更加适合于基于性能的桥梁抗震设计.

参考文献

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[7]LGERON F， PAULTRE P， MAZARS J. Damage mechanics modeling of nonlinear seismic behavior of concrete structures [J].J Struct Eng， 2005，131（6）：946-955.

[8]AVIRAM A， MACKIE K R， STOJADINOVI B. Guidelines for nonlinear analysis of bridge structures in california [R]. PEER Report. College of Engineering University of California， Berkeley. 2008. 7-55.

第4篇：抗震设计方法范文

关键词：桥梁 基础抗震设计 日本规范

一、引言

近十年来，世界相继发生了多次重大地震，1989年美国 Loma Prieta地震（M7.0）、1994年美国Northridge地震（M6.7)、1995年日本阪神地震（M7.2）、1999年土耳其伊比米特地震（M7.4）、1999年台湾集集地震（M7.6）等等。因此，专家们预测全球已进入一个新的地震活跃期。随着现代化城市人口的大量聚集和经济的高速发展，地震造成的损失越来越大。地震灾害不仅是大量地面构筑物和各种设施的破坏和倒塌，而且次生灾害中因交通及其他设施的毁坏造成的间接经济损失也十分巨大。以1995年日本版神地震为例，地震造成大量高速公路及高速铁路桥隧的毁坏，经济总损失高达1000亿美元。

近几次大地震造成的大量桥梁的破坏给了全世界桥梁抗震工作者惨痛的经验教训。各国研究机构纷纷重新对本国桥梁抗震规范进行反思，并进行了一系列的修订工作。日本1995年阪神地震后，对结构抗震的基本问题重新进行了大量的研究，并十分重视减振、耗能技术在结构抗震设计中的应用。桥梁、道路方面的抗震设计规范已经重新编写，并于1996年颁布实施。美国也相继在联邦公路局（FHWA）和加州交通部（CALTRANS）等的资助下开展了一系列的与桥梁抗震设计规范修订有关的研究工作，已经完成了ATC－18，ATC－32T和ATC-40等研究报告和技术指南。与旧规范相比，新规范或指南无论在设计思想，设计手法、设计程序和构造细节上都有很大的变化和深入。

中国现行《公路工程抗震设计规范》（JTJ004－89）在80年代中期开始修订，于1989年正式发行。随着中国如年代经济起飞，交通事业迅猛发展，特别是高速公路兴建、跨越大江，大河的大跨桥梁、大型立交工程以及城市中大量高架桥的兴建，规范已大大不能适应。但是目前所有国内的桥梁设计，对抗震设计均在设计书上标明的参照规范即是《公路工程抗震设计规范》和《铁道工程抗震设计规范》。与国外如日本、美国的同类规范相比，中国现行《公路工程抗震设计规范》水准远落后于国外同类规范。若不进行改进，则必将给中国不少桥梁工程留下地震隐患。

本文主要介绍了各国桥梁抗震设计规范中基础部分的抗震设计。基础部分对全桥的地震响应以及墩柱力的分布均有非常重要的影响。基础设计不当会导致桥梁墩柱在地震中发生剪断、变形过大不能使用等等，有时甚至是桩在根部直接剪断破坏。基础设计需要考虑的方面除了基础形式的选择以外还包括抗弯强度、抗剪强度桩基础连接部分的细部构造、锚固构造等方面。本文首先对中、美、日、欧洲、新西兰五国或地区抗震设计规范中有关基础的部分进行了一般性的比较。笔者认为，相对而言中国的规范在基础抗震设计方面较为粗糙、可操作性不强。而日本规范在这方面作的最为细致，技术也较为先进。因此，在随后的部分中详细介绍了日本抗震规范的基础设计方法。

二、主要国家桥梁抗震规范基础抗震设计的概况

本文将中国桥梁抗震规范与世界上的几种主要抗震规范（美国的AASHTO规范、Cal－tans规范、ATC32美国应用技术协会建议规范，新西兰规范NZ，欧洲规范EC8，日本规范JAPAN）进行基础抗震设计方面的比较。

中国桥梁抗震设计规范有关基础设计的部分十分笼统，只以若干定性的条款，从工程选址方面加以考虑，而对基础本身的抗震设计，特别是对于桩基础等轻型基础抗震设计重视不够。这方面，日本的桥梁抗震设计规范和准则规定得比较详细，是我们应当学乱之处。基于阪神地震的经验，地震后桥梁上部结构的修复和重建都比下部基础经济和省时、省力，因此桥梁基础的抗震能力的要求应比桥墩高。

三、日本桥粱基础抗震设计方法细节

1.按流程，先用震度法设计。震度法基本概念是把设计水平震度

Kh乘以结构Kh的计算方法如下：

其中Cz--地区调节系数；

Kh0--设计水平震度的标准值。

其中， δ是把抗震设计所确定的地基面以上的下部结构质量的80％或100％和该下部结构所支承的上部结构质量的 100％之和作为外力施加到结构上在上部结构惯性力作用点位置发生的位移。

2．用震度法设计以后，如果基础结构是桥台基础或者桥墩的扩大基础，不需要用地震时保有水平耐力法设计。这是因为设计桥台基础时，地震时动力压力的影响非常大，此外结构背面存在的主体也使结构不容易发生振劾。而对于扩大基础来说一般地基条件非常好，因此，地震时基础某些部位转动而产生非线变形可以消耗许多地震能量。

3．用地震时保有水平耐力法设计时，首先要判断基础水平耐力有没有超过桥墩的极限水平耐力。这是因为地震时保有水平耐力法的基本概念是尽量使地震时在桥墩而不是在基础出现的塑性铰。如果在基础出现塑性铰，发生损伤后，修复很困难。所以，我们要把基础的行为控制在屈服范围内。

如果基础水平耐力小于桥墩的极限水平耐力，则要判断桥墩在垂直于桥轴方向的抗震能力是不是足够大（按式（3))。因为如果桥墩在垂直于桥轴方向具有足够大的抗震能力（例如壁式桥墩），而且基础的塑性反应在容许范围以内，则基础的非线性行为能吸收大量的振动能量并且基础仍然是安全的。

桥墩的极限水平耐力Pu≥1.5KheW （3）

Khco--设计水平震度的标准值；

Cz--地区调节系数；

μa--容许塑性率；

W－一等价质量（ W=Wu十CpWp）；

Wu--振动单位的上部结构质量；

Wp--振动单位的桥墩质量；

Cp--等价质量系数（剪断破坏时1.0，剪断破坏以外是0.5）。

4．桥墩的极限水平耐力满足Pu≥1.5KheW时，对基础塑性率进行对照检查。虽然基础的非线行为能吸收大量振动能量，但是对于有的基础部件来说，可能会遭受过大的损伤。所以要控制基础的反应塑性率，按如下要求：

μFR≤μFL （4）

式中μFR--基础反应塑性率；

μFL--基础反应塑性率的限度。

5．发生液化时，要降低土质系数。随后的计算（对照和检查）同上述方法基本一致。

6．在地震时保有水平耐力法的流程中，最后是对基础水平位移、转角的对照和检查。要求是基础最大水平位移为40cm左右，基础最大容许转角为0.025rad左右。

第5篇：抗震设计方法范文

关键词：建筑结构；抗震设计；发展与展望

Abstract: The modern society continue develop, seismic design should not only prevent building collapse, also requires the use of the building and the importance of effective control of the destruction state. The seismic fortification goal put forward multi-level requirements. This paper introduces a plurality of seismic design, and the designs are compared.

Key words: building structure; seismic design; development and prospect

中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：

引言

就目前而言，建筑结构的地震反应可以用不同的变量来体现，具体在抗震设计过程中采用何种设计变量则要根据结构自身类型、地震反应特性、地震破坏模式等因素综合考虑。依据结构抗震设计变量的不同对结构抗震设计方法进行分类，大致可分为基于承载力的抗震设计法、基于位移的抗震设计方法、基于能量的抗震设计方法和基于损伤的抗震设计方法。

1、分析现代建筑结构抗震设计方法

1.1 基于承载力的结构抗震设计

基于承载力的抗震设计，建立在静力分析理论之上，以惯性力的形式来反映地震作用，并按弹性方法来计算结构地震作用效应的大小、进行结构弹性位移验算，把结构构件的强度是否达到特定的极限状态作为结构失效的准则。

1.1.1 设计地震作用的确定

在基于承载力的结构抗震设计方法中，设计地震作用取值由设防烈度的地面运动有效峰值加速度考虑放大效应和地震作用效应降低系数的综合影响后得来的，可以用如下公式表示：F = kβIG/R

式中：F—建筑结构总水平地震作用；

k—地震系数(不同地震分区所取的相当于设防烈度水准的地面运动有效峰值加速度或地面运动峰值加速度与重力加速度的比值，它反映了不同地区设防烈度地震的强弱)；β —动力放大系数(对应于不同周期的结构反应峰值加速度与地面运动有效峰值加速度或峰值加速度比值的拟合值，它反映了不同周期体系对地震作用的动力放大效应)；

I—建筑重要性系数；

R—地震作用降低系数；

G—结构重力荷载代表值（取恒载和可能与设计地震作用同时出现的活载之和）地震系数k 反映的是不同地区设防烈度地震的强弱，根据各地区不同的地震危险性将其细分为不同地震区域，并对每个地区根据统计结果按475 年重现期给出其地震系数。动力放大系数β 反映了不同周期弹性单自由度体系的动力放大效应。

1.2 基于能量的结构抗震设计

1.2.1 基于能量的抗震设计方法概述

由于能量分析的复杂性，基于能量抗震设计方法能够考虑结构滞形对结构破坏影响的这一特点对于实现基于性能的抗震设计理念很有意义，因此基于能量的抗震设计方法的研究对实现基于性能的抗震设计理念的进一步发展非常重要，成为了改进传统抗震设计方法的重要发展方向。

1.3 基于损伤的结构抗震设计

1.3.1 基于损伤的结构抗震设计的方法概述

由于损伤指数的计算以结构累积滞回耗能的计算为基础，而累积滞回耗能计算正是结构能量分析中的重点，所以也可以将基于损伤的设计方法视为能量法结合了性能设计思想的延伸应用方法。基于损伤的抗震设计就是反映结构损伤程度的损伤指数作为设计指标，选取适当的地震损伤模型计算出结构的损伤指数，验算其是否满足预定的损伤性能目标。

1.4 基于位移的结构抗震设计

1.4.1 基于位移的结构抗震设计概述

根据设计思路的不同，基于位移的结构抗震设计大致可分为三种方法：按延性系数设计方法、能力谱法、直接基于位移的设计方法。他们之间的差别在于：直接位移法和控制延性方法是依据位移目标进行结构设计的方法，而能力谱法则更多的是一种位移验算方法。

1.4.2 基于位移的结构抗震设计有待进一步解决的问题

① 按延性要求设计的方法、能力谱法和直接基于位移的方法都是用静力方法去解决在地震作用下的结构设计问题，没有考虑诸如地震持续时间、结构往复弹塑性变形和累积耗能等因素的影响。

② 更深入地研究表征结构性能状态的破损指标与结构位移的关系，有可能为确定结构的目标位移提供更完善和简便的方法。

③ 对能够应用于实际工程抗震设计的位移反应谱尤其是弹塑性位移反应谱的研究还有大量工作要做。

④ 基于位移的抗震设计中采用的静力弹塑性分析方法存在着如何选取合适的水平力分布模式和位移分布模式等问题。

1.5基于性能的结构抗震设计

1.5.1 基于结构性能抗震设计的研究现状和应用前景

基于结构性能的抗震设计理论尚不成熟，要广泛应用于设计还存在一定的困难，尚需对以下问题展开研究：

① 在地震危险性方面，要实现由烈度向地震动参数区划的过渡，按重现期或超越概率重新定义地震危险性水平。

② 在结构性能方面，以结构性能为基础提出抗震设防水准，定义不同结构的性能目标。对于结构“不坏”、“可修”、“不倒”等模糊的定义，采用量化数据或具体化的定性数据来描述，例如对结构和非结构构件破坏的数量和程度等。

③ 研究和建立结构功能失效标准和结构破坏标准，将目前的以分项系数表述的极限状态表达式过渡到以可靠度指标来描述。

2、比较结构抗震的设计方法

2.1 抗震抗震性能水平

结构抗震性能水准表示结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度，结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果，主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。对于不同等级的抗震性能，都应根据结构类型、结构体系、竖向和横向承载构件、结构变形等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。我国规范中的提法“不坏”、“可修”、“不倒”其实就是对结构在地震作用下的性能水平的描述，具体叙述为“小震”对应一般不受损坏或不需修理可继续使用水平；“中震”对应可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；“大震”对应不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这一提法已经包含了一定的性能设计思想，只是对性能水平的描述比较模糊，水平之间的界定不明确，在实际设计中很难实现对结构性能的有效控制。

2.2 结构的抗震性能目标

结构的抗震性能目标是指建筑物在各设计地震水准下期望达到的相应性态水准集合。三级性能目标与按重要性划分的三类建筑一一对应，取每级地震作用水准下的最低性能要求组合作为该类结构的规定最低性能水准目标。在一个或多个设计地震作用水准上选择更高的性能目标，虽然在一定程度上会提高建筑造价，却能减免以后可能会产生的损失。这种性能目标的制定方式充分体现了基于性能抗震设计的自主性和灵活性。

3、展望

抗震设计方法理论是一个非常庞大和复杂的课题，本文对这一理论的研究由于时间和能力的有限还不够深入和细致。在未来的研究中，还有许多方面需要进一步的探讨：

① 在对不同抗震设计方法里设计地震作用水准的确定和划分的进行比较时还应该对其所采用的地震危险性分析方法和地震动参数分区划分情况等方面进行分析和比较。

② 对取不同设计参数来进行设计的抗震方法待研究进一步成熟完善之后，应当就破坏准则、地震破坏模型以及各自实际设计应用中的控制效果进行更为详细深入的实例比较。

③ 对不同抗震设计方法的比较还处于设计目标和分析方法比较的阶段，今后还应扩展到对结构的整个生命周期的使用效果和投资效益比较，以综合权衡各方法的长处与缺陷。

参 考 文 献

[1] 龚思礼等.建筑抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.

[2] 王振宇,刘晶波.建筑结构地震损伤评估的研究进展[J].世界地震工程,2001,17

(3):31-35.

第6篇：抗震设计方法范文

【关键词】砌体建筑抗震设计加固

中图分类号：U457+.3文献标识码： A 文章编号：

砌体结构是以砌体为主制作的结构，它包括砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。分为无筋砌体结构和配筋砌体结构。砌体结构可以就地取材，具有很好的耐久性及较好的化学稳定性和大气稳定性，有较好的保温隔热性能。但是自重大、体积大，砌筑工作繁重。

1、多层砌体结构房屋在地震作用下的破坏分析

在地震作用影响下，结构类型和抗震措施不同，多层砌体结构房屋的破坏情况则不同。其破坏情况主要有以下两种：一是由构件连接不好而造成的破坏。有些结构构件由于连接不牢，支撑系统不完善，或者整体性差而导致破坏。二是由构件承载力不足而造成的破坏。当水平地震沿房屋纵向作用于房屋时，其主要是通过楼盖传至纵墙，然后再传至基础和地基。若窗间墙很宽，纵墙则以剪切破坏为主，若窗间墙很窄，纵墙则以压弯破坏为主；当水平地震沿房屋横向作用于房屋时，其主要通过楼盖传至横墙，然后再传至基础和地基，此时横墙承受剪切，当墙体内的剪力超过砌体抗剪承载力时，砌体、墙体就会产生交叉裂缝或者斜裂缝。

二、抗震设计

1、建筑体型和结构布置

（1）平、立面布置和防震缝的设置。多层砌体房屋的平、立面布置力求简单、规整；尽量减少平面上凹凸曲折、立面上的高低错落与局部的突出、错层；纵横墙要均匀、对称、贯通，避免水平地震作用下的扭转影响和鞭梢效应。

（2）承重结构的布置。多层砌体房屋的横向地震力主要由横墙承担，不仅要求横墙具有足够的承载力，而且楼盖必须具有足够的水平刚度，以便将地震力传给横墙。因此对横墙最大间距应加以限制，以使楼盖满足传递水平地震力所需的刚度要求。

（3）房屋的高度、层数及层高.多层砌体房屋的总高度和层数是业主和设计人员最关注的问题，但历次地震的宏观调查表明，房屋的总高度和层数与震害成正比。因此对房屋的高度和层数作为强制性条文加以限制。对医院、教学楼等横墙较少(同一楼层内开间大于4.2m的房屋占该层总面积的40%以上)的多层砌体，要适当降低总高度，减少层数；并规定多层砌体层高不宜超过3.6m，底框-抗震墙砌体房屋层高不应超过4.5m。

（4）房屋高宽比。抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承载力验算。为了使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力，对房屋的高宽比进行限制。

（5）楼梯间的布置。楼梯间空间刚度较差，不宜设在房屋的尽端或平面转角处。由于水平地震作用为横向和纵向2个方向，所以在多层砌体房屋转角处纵横2个墙面常出现斜裂缝。不仅房屋两端的2个外墙角容易发生破坏，而且平面上的其他凸出部位的外墙阴角同样容易破坏。楼梯间比较空敞，顶层外墙的无支承高度为一层半，在地震中的破坏比较严重，尤其是楼梯间设置在房屋尽端或房屋转角部位时其震害更为剧烈。

（6）对地基和基础的要求。同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基土上；同一结构单元宜采用同一类型的基础；基础底面宜埋设在同一标高上，如设置在同一标高处困难时，则基础圈梁应按1∶2的台阶逐步放坡过渡，高差不宜有过大的突变。在软弱地基上的房屋应在外墙及所有承重墙下增设圈梁以加强抵抗不均匀沉降和增强房屋基础部分的整体性。

2、钢筋混凝土构造柱、芯柱的设置

钢筋混凝土构造柱虽然对墙体的抗剪强度提高有限，约为10%~20%左右，提高幅度与墙高宽比、竖向压力和开洞情况有关，但对墙体的约束和防止墙体开裂后的散落起非常显著的作用。构造柱与圈梁一起形成带钢筋混凝土边框的抗侧力体系，大大增强了砌体结构的整体作用。构造柱一般应设置在震害较重、连接构造比较薄弱和易于应力集中的部位。

3、钢筋混凝土圈梁的设置

设置钢筋混凝土圈梁可以加强多层砖房纵横向各墙体与楼盖间连接，增强房屋的整体性和空间刚度。圈梁形同一个箍紧楼盖、屋盖的水平横箍;圈梁连同构造柱一起，不仅加强了楼屋盖、墙体的整体性与稳定性，还可以缓解因地震和其他因素引起的不均匀沉降对房屋带来的破坏。

三、加固技术与方法

1、高强钢丝网片抹压聚合物砂浆法

在墙体两侧裂缝出现处，垂直裂缝方向或构件开裂表面铺设高强钢丝网片、抹压20~30mm厚的聚合物砂浆的一种裂缝修补技术。其多适用于开裂不严重的门洞上方及窗洞四角等部位，墙面裂缝宽度通常不超过0.2mm，可以双面施工.施工技术上，要求铲除墙面原有抹灰层，剔凿灰缝砌筑砂浆10mm，清除浮灰，洒水湿润两边，抹压聚合物砂浆至规定厚度，其墙体裂缝修补示意图及实地墙体加固情况如图1所示。

图1高强钢丝网片抹压聚合物砂浆加固窗洞四角裂缝

2、压力灌浆配合钢筋网水泥砂浆面层加固法

去除原受损墙面抹灰层，采用专用灌浆设备或工艺，将裂缝修补专用胶、水泥乳胶砂浆或高强无收缩灌浆料等浆液在一定压力下注入砌体裂缝内；浆液固化后裂缝两侧重新粘结在一起，在开裂墙体表面绑扎直径φ4或φ6、间距200mm×200mm的钢筋网，与原构件固定，以提高墙体抗剪承载力和延性目的。此法主要针对裂缝较多但开裂不严重(裂缝宽度在0.2~1mm之间)、原砂浆强度等级不高于M2.5的墙体.施工时不用支模板，所需配筋量少。

图2 钢筋网水泥砂浆面层加固示意图

需要指出的是钢筋网水泥砂浆面层加固墙体的强度，主要是通过砂浆与旧墙体间的粘结形成的，并不是靠钢筋拉接而成.如果旧墙面清除不干净，就会影响两者之间的粘结效果。施工技术上特别强调，施工前必须铲除原有墙面再灌浆，待浆液凝固后才可绑扎钢筋网。抹灰层的砂浆强度等级宜采用M10，注意分层抹灰、养护。其墙面裂缝加固方法如图2所示。

3、钢筋混凝土面层加固法

此加固方法与钢筋网水泥砂浆面层加固法在加固思路上是一致的。待加固砖墙表面除去粉刷层后，单面或两面铺设钢筋网，间距宜为150~200mm，竖向钢筋可采用φ12，横向钢筋可采用φ6，然后喷射混凝土。此法主要针对开裂严重(裂缝宽度通常大于1 mm)、原砂浆强度等级不低于M2.5的墙体.施工时需要支模板，所需配筋量较多。钢筋网应与原结构有可靠连接，竖向钢筋应与楼板和屋面板连接，沿竖向贯通所有加固楼层。实地常见做法是以高于加固钢筋两个级别以上的(φ14~φ18)、间距为1 000 mm的钢筋加强楼板处的连接，底层钢筋网需锚固在基础上。水平钢筋亦应与原墙体有可靠连接，墙体两侧的钢筋网节点需间隔交错设置拉结筋。

4、新增钢筋混凝土构造柱和圈梁加固法

当砌体结构房屋的整体性不满足要求时，可采用外加钢筋混凝土构造柱连同圈梁加固。外加构造柱加固墙体后，抗剪强度提高不大，但其与圈梁共同作用，大大提高了墙体的延性和变形能力，对防止结构发生突然倒塌有显著的效果，是提高砌体结构抗震能力最有效的措施之一。外加构造柱设置的位置，应在房屋四角、纵横墙交接处、楼梯间四角及不规则平面转角处等应力集中的部位；外加构造柱应沿房屋全高设置，由底层设起，不得错位，与圈梁或钢拉杆连成封闭系统。外加构造柱、圈梁可通过设置拉结钢筋、销键、胀管螺栓或压浆锚杆与原墙体连接，新增圈梁和构造柱应与原构造柱、圈梁体系统形成整体。此法的施工难点主要集中在新增构造柱、圈梁与原有墙体的可靠连接、连接构件如何穿过原有楼板及新增构造柱基础施工等技术环节。

结束语

由于砌体结构具有就地取材、施工方便、造价低廉、良好的保温性能等优点，结合我国的基本国情，砌体结构仍是近期或相当一段时期内被广泛使用的结构形式。实践证明，按照国家规范正规设计、施工的砌体房屋同样具有良好的抗震性能。

参考文献

[1] 于红杰，姚艳红. 砌体结构抗震分析及防震措施[J]. 科技创新导报. 2009(01)

第7篇：抗震设计方法范文

关键词：基于性能；抗震设计；基于位移；基于能量；双参数模型

近年来，关于基于性能的抗震设计理论的各种研究和探讨在世界范围内广泛开展，其思想精髓已被地震工程界大多数人接受并掌握。从各国抗震规范修订的动向看，可以说基于性能的抗震设计是21世纪世界抗震设计规范的大潮流[1]。

基于性能的抗震设计理论，于20世纪90年代初由美国学者率先提出，主要思想是[2]：根据社会经济发展状况及业主的经济承受能力，　预先确定不同的性能水平，使设计的结构在设计使用期内遭受的不同水平地震作用下，能达到预期的目标性能水平，并使得结构在整个生命周期中费用达到最小。这一思想不同于以往的基于力的抗震设计或基于位移的抗震设计。因为力或位移是具体而明确的物理概念，而性能是一个宏观概念，不像力或位移可以直接作为设计参数，也可以直接应用到设计中去[2]。因此，各国研究者在遵循基于性能的抗震思想前提下，纷纷寻求以各种结构反应参数（如应力、力、位移、能量以及一些定义的破坏指标）来表征结构的破坏程度，并使之直接成为设计参数的方法。其中以基于位移的抗震设计和基于能量的抗震设计研究较多，并逐渐将二者结合起来。

1　基于位移的抗震设计

直接基于位移进行抗震设计，即采用结构位移作为性能指标。该方法先假定结构的整体侧移模式，并按照结构动力学的方法将实际的多自由度体系转化为等效单自由度体系，采用与最大位移d相对应的割线刚度Ke和等效阻尼比ξeq来代替实际结构[3]，确定出等效单自由度体系结构的弹塑性地震位移反应，再根据侧移模式反算出原多自由度体系各楼层的弹塑性地震位移反应，验算其是否符合限值要求。最具代表性的主要有Priestley和Cavil等人提出的基于位移的设计方法和日本2000版的抗震规范及美国在Fema中提出的基于位移的设计方法等[4]。

第8篇：抗震设计方法范文

关键词：高层建筑；抗震性能；理念；具体方法

Abstract: the world's population increased continuously, make the per capita living space gradually reduce, and then make the emergence of the high-rise building become an inevitable result. In recent years, such as earthquake disaster for high-rise building with the great damage and loss makes people have to of high-rise building in the design and construction of the construction of the seismic performance increase of consideration. This article describes and analyzes the structure of the high-rise building aseismic design of many of the idea of the foundation, and further puts forward the specific methods of seismic design.

Keywords: high building; Seismic performance; Ideas; The specific method

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

地震因为其高破坏力和高不确定性两个特征成为一种危害人类正常生活的重大自然灾害。同时也成为包括高层建筑在内的绝大部分建筑设计和施工项目都必需考虑的一个重要因素之一[1]。因为在人类的发展历史上，地震这一自然灾害给人们带来了巨大的经济财产和人身安全的损失，于是在很早以前抗震设计就成为了建筑结构设计里的一个重要考虑因素，而建筑结构的抗震设计理念和方法也随着历史的进步在不断的发展。虽然人类目前还无法准确预测地震灾害并确保建筑物在地震中免受损失和破坏，但是已经形成了一套比较完整的理论和方法体系，在一定程度上能做到“小震不坏，中震不修，大震不倒”，并尽大可能的做到了减少因地震建筑物倒塌而给人们生命和财产带来的的严重损失。

高层建筑结构抗震设计理念

一直以来，对于建筑物的抗震设计理念和方法的研究都是建筑结构设计中的一个必要考虑因素，而增强建筑物的抗震性能是理论研究者为之奋斗不懈的的目标。现有的抗震设计理念是经过以下几个重要的阶段而总结得来的。

一是刚性设计理念。这是人们应对地震这一自然灾害所总结和研究出的第一个设计的理念。当时的地震工程学者对地震和抗震理论知识的了解还很少，很贫乏。学者普遍认为建筑物在地震中损坏甚至倒塌的主要原因是因为建筑物的刚度不够，不能抵抗地震的巨大能量才会倒塌。按照这一设计理念人们在房屋的施工建设工程中就通过增加剪力墙的厚度和承重墙的钢筋和水泥的比例，以此来保证墙体结构有足够的刚度，从而时地基与整个主体建筑形成一个刚性的有机整体。但是这一理念有其自身所具备的局限性，因为强调对建筑物刚度的要求，使得建筑物在高度和跨度上的发展收到限制。

二是柔性设计理念。因为看到了刚性设计理念的先天性不足，在刚性设计理念之后，抗震设计专家和学者们又提出了一个与刚性设计理念全然不同的柔性设计理念。这一理念放弃了对建筑物刚性的追求并且利用柔性建筑在地震中建筑物可以有效的侧移和形变的优点来减少地震对建筑物的损害。事实表明，这一设计理念具备了刚性设计理念所无法具备的优势，并且在一些小的低等级的地震中能比较好的保证建筑物的完好[2]。但是也仅仅是限于应对低等级的地震，事实表明，当遇到较高等级的地震时，在这一设计理念的指导下所建设的房屋是没有任何抵抗力的。

三是结构控制设计理念。这一设计理念主要是通过对建筑物的控制结构的设置使已有的结构和新生的结构共同抵御地震。最近这些年以来，这一设计理念被广泛应用于桥梁和高层建筑物的抗震设计中。

第四个是性能设计理念。这一设计理念的主要思想是让建筑物在面对不同等级地震的时候能有不一样的与之对应的抗震能力与性能，体现了多级抗震设防的重要思想[3]。该理论是在之前刚性设计理念、柔性设计理念和结构控制设计理念的基础之上发展的全新的理论，因为其较大的抗震优势，使得它成为现阶段实际应用最为广泛的抗震设计理念。它具体表现为以下几个方面：①尽可能增加多道抗震防线。每一个抗震机构的体系都不是一个单一的体系，而一般都是右多个有良好延性的系统构成，而每一个分系统又是通过有较好延伸性能和柔性的构件相互连接配合作用的。比如说有剪力墙-框架体系是由具有良好延性的剪力墙和柔性较高的框架组成，而剪力墙又是分为双肢剪力墙和多肢剪力墙分体系。一般的，强地震都伴随着一系列的余震，这就要求建筑物节构具备抵抗强震的第一道防线之后还能有第二道，第三道防线来抵抗接下来的余震，只有这样，才能保证建筑物在强震之后仍旧能够不倒塌。这就要求每一楼层里的主要抗震耗能构建在强震中屈服后其他的辅助构建仍具有弹性性能，从而延长构件的“有效屈服时间”。 ②增强薄弱部位的抗震性能。构件的实际承受能力和计算承受能力是对构件合理布置的基础，当在实际地震过程中，构件的实际承受里高于计算承受力，也就是构件面临承受力的不定集中的情况，这时候就需要通过其他的与之相连的辅助构件对它的承受力完成转移[4]。在薄弱部位（很有可能出现力的集中的部位）增强抗震设计，提高其抗震性能，能够有效做到保证建筑物在地震中变形小，不倒塌。

二、高层建筑结构设计方法

对于建筑结构抗震设计，通常要考虑高层建筑物的刚度、强度，和延性，因为不仅要保证整体结构在地震中能够承受一定范围内的轴压力和剪力，同时还要做到在力过大的时候在允许结构有一定的变形但是不至于严重倒塌。这是抗震的主要内容，也是抗震的核心内容。而现在具体的设计方法有以下这些。

一是多采用强剪弱弯结构。建筑结构中的梁和柱子简剪力破坏比轴向扭力破坏所带来的后果要严重的多，所以在设计之中要增强粱柱和墙体的剪力弱化轴向弯力。另外与此类似的还应该多采用强柱弱梁和强节点弱构件的设计方法。

二是改善高层建筑结构均匀性设计。首先是高层建筑是一个三维结构，在地震中作用力的方向是任意的，使其侧向两轴在刚度上均匀是保证其抗震性和抗风性的重要因素[5]；然后是在沿竖直方向的层剪力刚性性能尽量不要发生突变；最后就是沿同一轴的各向抗侧力结构要避免出现刚度较大而延性较低的结构。

三是加强短柱抗震性能。①改善建筑物整个结构的抗震性能可以通过缩小短柱的截面积，增大剪跨比进而提高短柱的计算受压载重力的方式达到。具体的方法是增强混泥土的实际等级，降低其轴压比。②采用钢管混泥土的方式浇灌短柱。在由圆形钢管构成的构件体系里浇筑混泥土保证了混泥土能够在三个方向都能受到足够强度的压力，从而提高了混泥土本身的抗压能力和极限应力，进而在保证刚度和强度的前提下增强了其延性。③采用分体柱结构。这种方法是通过人为的将柱子的抗弯性能降低到其抗剪性能之下，从而用短柱在地震中的延性破坏代替它的水平断裂进而保证建筑物不易倒塌。

结语

随着社会和科技的进步和发展，专家学者对建筑物结构抗震设计的理念也在不断的更新进步，进步和先进的理念给我们带来的是可靠的结构设计方法。虽然人类在战胜地震这一自然灾害的路上还是任重而道远，但是我们有理由相信，随着人们对已有地震经验的总结，我们的抗震工程学者会研究出更好的高层建筑结构设计理念理念和方法，进而进一步保证人类生命和财产不受损失。

参考文献:

[1] 张彭,解林伟.试析高层建筑结构设计理念及方法[J].陕西建筑,2011（08）

[2] 王欣.浅谈高层建筑结构选型要点[J].科技创新导报,2010,(15)

[3] 郑克勤.关于高层建筑结构设计探讨[J].中华民居,2011(03)

第9篇：抗震设计方法范文

关键词：平面不对称结构；能力谱法；pushover分析；粘弹性阻尼器

中图分类号：TU352.1 文献标识码： A

Theory and Method of Performance Based Seismic Design for unsymmetric-plan buildings with viscoelastic dampers

Abstract: According to the vibration characteristics of plan asymmetric structures in the earthquake, on the basis of theory of Chopra modal pushover analysis, taking pushover analysis to the structure, taking into account the contribution of asymmetric structure torsion mode and higher modes on the seismic response, choosing several modal to take pushover analysis and get the pushover curve of each modal, then using the capacity-spectrum method to calculate the modal seismic response of structure, calculation of overall reaction by SRSS method, and this method is applied to the additional viscoelastic damper energy dissipation structure, the nonlinear dynamic analysis is running to verify the accuracy of this method. Through an example analysis shows that this performance-based seismic design method is feasible and the nonlinear dynamic analysis results are in good agreement with it.

Key words: unsymmetric-plan; capacity spectrum method; pushover analysis; viscoelastic dampers

引言

平面不对称高层建筑结构的质心和刚心不重合，在地震作用下，结构会产生较大的扭转变形，在某些情况下甚至成为导致建筑破坏的主要因素。基于性能的抗震设计方法通过对不同地震水平下规定建筑物需要达到的不同的性能水准，使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，更加的灵活和经济。结构控制体系是在结构中附加耗能装置，耗能装置与结构一起振动，消耗输入结构的能量，改“抗”为“消”，减小结构的振动，从而避免或减少结构的损伤破坏。

把基于性能的抗震设计思想与消能减震技术结合起来，同时既能发挥消能减震技术的优点，又能满足业主对建筑结构性能的具体要求。本文主要针对平面不对称结构在地震中的振动特点，在乔普拉平面不对称结构模态推覆分析的理论[1]基础上，通过能力谱法分别计算各阶模态的地震反应，最后通过组合得到结构总体反应，把该方法运用到附加消能装置的结构中，对消能结构来说，在推覆分析中考虑阻尼器附加刚度的影响，在运用能力谱法的计算中考虑阻尼器附加阻尼的影响。

1 消能减震结构性能目标

结构抗震设计的性能目标是在某一地震作用水平下而期望达到的性能水平，是地震水平和性能水平结合的产物。地震风险水平就是结构在未来可能遭遇到的地震作用的大小，结构的性能水平表示结构在地震作用下有限程度的破坏，包括结构和非结构构件破坏，可用层间位移角作为性能水平的量化指标。

我国抗震设计规范[2](GB50011)提出的“两阶段设计，三水准设防”的目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，其对应的基本抗震设防性能目标如下：

（1）发生常遇地震时，建筑物没有或遭受轻微破坏，但不影响其使用；

（2）在中震时，建筑物发生中等破坏，但在维修后可以继续使用；

（3）在罕遇地震时，建筑物没有倒塌，以确保生命安全，但破坏严重，没有维修加固的必要；

2 乔普拉模态推覆分析理论

Chopra在文献中提出了模态pushover分析方法，适用于对称线弹性结构，并通过一定的假定把它推广到平面不对称结构和结构屈服后的状态，最后通过非线性动力分析验证了该方法的精确性。把该方法运用于消能减震结构中做推覆分析同样适用，只是在结构模型的构建中需考虑阻尼器的附加刚度，其余流程相同。

该方法基本假设为：

（1）忽略结构屈服后各模态坐标之间的耦合。

（2）结构的地震反应值是通过各模态反应的组合得到，如SRSS组合和CQC组合。

模态pushover分析其基本步骤如下：

（1）根据多自由度结构的弹性刚度、质量矩阵求解结构的前阶动力参数:周期以及振型。其中。

（2）对于第阶振型，建立基底剪力－顶点位移曲线。该步骤通过pushover分析完成，其中采用力的分布形式，，对于产生的两个方向（X和Y）的pushover曲线，采用在振型位移中占主要部分方向的曲线。其中为自由度方向上的质量矩阵。

（3）将得到的pushover曲线理想化为双折线曲线，确定基底屈服剪力和顶点屈服位移。将曲线转化为等效单位质量SDOF体系力－位移关系曲线（能力谱曲线）。转化关系为，，其中，，是选择的推覆曲线方向振型的顶层数值，和与选择的地震动方向一致。

（4）由曲线可以计算出等效单自由度体系的弹性周期并计算出阻尼，然后可以通过弹性反应谱、弹塑性反应谱或非线性动力分析计算出地震反应，重复上述步骤计算出每阶模态的地震反应后通过一定的组合方式进行组合以得到结构总的地震反应。

3 需求谱曲线的确定及结构等效阻尼比

3.1 需求谱的确定

需求谱可由以下两种方法来表示，即与等效阻尼比有关的线弹性需求曲线和与结构延性有关的非线性需求曲线。每一种又分为两类，一类对应特定的地震纪录，另一类对应着规范中的设计反应谱。本文根据我国现行的建筑抗震设计规范给出的加速度反应谱曲线来确定需求谱曲线。

规范设计谱转化为需求谱后各段表达式如下：

（1）上升段：；

（2）水平段： ；

（3）下降段： ；

（4）倾斜段： ；

其中系数取值如下：

式中为结构等效阻尼比。

根据现行规范的加速度反应谱，按下式转化为谱曲线：

（3-1）

将其转化为不同阻尼比的弹性谱加速度一谱位移曲线，即为需求谱曲线。

3.2 结构等效阻尼比

粘弹性阻尼器减震结构的等效阻尼比由下式得到：

（3-2）

式中为结构的等效阻尼比；为结构的固有阻尼比，对混凝土结构一般取0.05； 为结构屈服后的滞回阻尼； 为阻尼器提供的附加阻尼。

关于阻尼比，众多研究者进行了广泛的研究，提出了许多计算方法，本文采用Gulkan和Sozen[3]提出的基于等效线性化的方法提出的计算公式：

（3-3）

根据文献[4]，粘弹性阻尼器的附加阻尼比可以采用下面公式。

（1）弹性阶段阻尼比

结构处于弹性阶段时，粘弹性阻尼器附加阻尼比可以采用下式：

（3-4）

式中，为附加阻尼器装置后结构的弹性基本周期，为第个质点的质量，为基本振型第楼层处的水平位移，为基本振型中第个阻尼器两端的水平相对位移，为第个阻尼器装置的水平倾斜角。

（2）弹塑性阶段阻尼比

结构进入弹塑性以后，刚度退化，周期延长，此时的周期应为顶点位移下的等效周期, 为结构在下对应的等效刚度进行模态分析得到的振型向量。弹塑性阶段粘弹性阻尼器发夹阻尼比为

（3-5）

式中为延性系数，，为结构理想双折线恢复力曲线的第二刚度系数。

4 平面不对称消能结构基于性能的抗震设计方法

本文对于基于性能的抗震设计方法采用能力谱法[5]，对于附加的消能装置在设计过程中需要考虑其附加阻尼和附加刚度的影响。其详细步骤如下：

（1）首先构建建筑结构的模型，并对结构进行抗震设计配筋。

（2）按乔普拉模态推覆分析对结构进行推覆分析，建立基底剪力一顶点位移曲线。将得到的推覆曲线根据等能量原则双折线化并转化为能力谱曲线。

（3）在假定的目标位移下，计算结构的等效阻尼比，建立所需需求谱曲线。

（4）计算性能点位移。将得到的双折线能力谱曲线同假定位移下得到的需求谱曲线画在同一坐标系中，两曲线的交点为性能点，将性能点转化为顶点位移，比较计算的顶点位移与初始假定位移，若误差较大，则重复第（3）步，直到误差在接受范围内为止。

（5）根据第（4）步确定的顶点位移对应的各结构构件的割线刚度，进行模态分析并考虑高阶振型对整个反应的贡献，组合各振型反应，得到结构最终的顶点位移和层间位移。

（7）计算结构构件及消能器的内力反应，校核结构的配筋，进行消能器设计。

6 算例及其分析

某工程为10层钢筋混凝土框架结构，平面形状呈L型，层高均为3000mm，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。模型在X轴方向为6跨，B轴—C轴间距为2700mm，其余跨间距均为60OOmm，在Y轴方向为5跨，4轴—5轴间距为30OOmm，其余跨间距均为60OOmm，其平面图1所示。粘弹性阻尼器的储存剪切模量，损耗因子，粘弹性材料层数，厚度，剪切面积500mmx300mm，工作温度为常温，激励频率近似取基频。阻尼器安装形式为对角斜撑式安装，每层均布，安装位置如图1中虚线所示。

图1结构平面图

6.1 结构初步设计及性能目标的确定

对结构进行初步的配筋设计，构件尺寸及材料如下：梁尺寸：300mm×500mm；柱尺寸：一层～三层为700mm×700mm,四层～十层为600mm×600mm；板厚：100mm；混凝土强度等级：梁、柱、板均采用C30；

结合我国抗震规范和本工程实例，对于本工程性能目标采用层间位移角来控制，性能目标确定为：小地震作用下，结构没有出现明显的非弹性变形，不影响其使用，层间位移角；中等地震作用下，不需要修理或需稍加修理，仍可继续使用，要求层间位移角；大地震作用下，只有轻微损坏或经一般修理采取安全措施后可适当使用，层间位移角。

6.2 附加粘弹性阻尼器结构地震反应分析

在模型中计入粘弹性阻尼器的附加刚度后，对消能结构模型进行模态分析，计算得到结构基本周期为1.531s，根据基本周期可以算得粘弹性阻尼器阻尼系数和刚度为 ，。

对附加粘弹性阻尼器结构进行推覆分析，选择Y方向作为推覆分析曲线方向，得到第一模态推覆曲线，并把把得到的推覆曲线双折线化，双折线化后得到其屈服点点坐标为（58.6mm，6146KN）,通过乔普拉模态推覆分析理论中的转化关系把推覆曲线转化为能力谱曲线。

（1）中震作用下消能结构性能分析（）

假定消能结构在中震作用下的顶点位移反应为，此时结构处于弹塑性状态，此时根据公式（3-2）和（3-5）结构的等效阻尼比为，把根据此数值基于规范得到的需求谱同能力谱放入同一坐标体系内，如图2所示，得到其交点为（54.42，0.083），此时，算得位移值为，与假设值基本相同，所以中震第一模态顶点位移反应值为，根据此时结构振型可以算得结构层位移及层间位移。对前三阶振型计算得各自反应后，结构总体反应为各阶模态反应值平方和开方（SRSS）组合得到，根据各阶模态振型值算得各阶模态层间位移值，组合后数值如表1所示。从表中可以看出，在中震作用下消能结构能满足性能目标。

图2 中震下能力谱与需求谱曲线图3 大震下能力谱与需求谱曲线

（2）大震作用下消能结构性能分析（）

假定消能结构在中震作用下的顶点位移反应为，此时结构处于弹塑性状态，结构的等效阻尼比为，把需求谱同能力谱放入同一坐标体系内，如图3所示，得到其交点为（78.2，0.088），此时，算得位移值为，与假设值基本相同，所以大震下第一模态顶点位移反应值为，根据振型可得到层位移计层间位移。同样组合前三阶振型反应后得到大震下结构反应如表1，从表中可以看出，在大震作用下消能结构能满足性能目标。

7 验证分析及结论

为了验证能力谱法计算结果的精确性，用弹塑性时程分析作为补充计算，选取两条天然地震波（EI Centro波、LACC_NOR-1波），峰值分别调到对应地震大小的峰值，计算结果如表1所示。

表1 消能结构中、大震作用下层间位移对比（mm）

与能力谱法得到层间位移作比较发现，能力谱法在计算位移时偏于保守，二者有一定差值，这是因为能力谱法中需求谱采用的为基于规范的设计谱转化而来，设计谱是许多条地震波对单自由度体系计算综合统计的结果，而弹塑性时程分析的结果同所选的地震波的特性相关，同时由于弹塑性动力分析相比能力谱法对阻尼比较敏感，因此也会对计算结果产生影响。

通过具体的实例分析，并用弹塑性时程分析作为补充计算，分析结果说明了本文建立的针对平面不对称结构利用多阶模态推覆分析基于能力谱法的抗震设计的设计方法具有一定的精度，可以为今后采用能力谱分析平面不对称消能结构地震反应时提供一种简化分析的方法。

参考文献

[1]Chopra A K, Goel R K.A modal pushover analysis procedure for estimating seismic demands for buildings. Earthquake Engineering and Structural Dynamics 2002;31:561-582

[2]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

[3] Gulkan P.SoZen M.Inelastic response of reinforced concrete structures to earthquakes motions.ACI Journal1974,71:604-610