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第1篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：橋梁；抗震；設計

近年來，自然災害頻發，特別是地震，不僅給人們帶來了巨大的災難，也給經濟造成了難以估計的損失。地震過后，我們除了救災工作外，還必須進行深刻的反思，怎樣才能有效預防地震，怎樣才能將地震帶來的傷害和損失降到最低。

1 地震對橋梁的破壞性

當發生地震時，首當其沖受到破壞的就是地基，特別是對于地基在斜坡和土質松軟地段上的橋梁工程的破壞最大。所以，在選擇地基時要謹慎對待，綜合考慮后再做決定。地震產生后，橋梁的破壞形式也有所不同，一般表現為以下幾點。

橋臺的椎體和墩身鋪戶開裂，還出現了滑移現象。

橋墩的臺身發生位移，支座的錨栓被剪斷，甚至會導致落梁現象的產生。

橋墩臺身開始斷裂，使橋梁有坍塌的傾向。

沙土在河水的沖刷下，被液化，致使橋墩開始下沉。

2 橋梁抗震設計的原則

只有在結構上將強度、剛度和延性等指標完美的結合，才能設計出合理的抗震方案，才能做到真正意義上的抗震設防，但是想要做到這一點，卻非常困難，需要工程師做到不墨守成規，在了解影響結構地震因素的基礎上，進行大膽的創新。與此同時，還要遵循以下原則：

2.1 選擇適當的場地

選擇橋梁建設地址時，必須要選擇一個抗震力強的地方，而且所選擇的地方場地要足夠堅硬，如果橋梁的地基不牢固，在地震發生時怎么可能做到屹立不倒。但是需要注意的是不僅不能選擇松軟土地或不穩定的坡地，對可能會受到其周邊影響的地區也不能選擇，因為在危害面前，是不允許“萬一”情況出現的。

2.2 注意結構上的對稱

在抗震方面，對稱性的結構剛度與不等跨橋梁相比更具有優勢，對地震災害的防控也更加有效，比如說：如果橋梁墩在高度上差距比較明顯的話，會使高度較低的橋墩受到水平震力的危害，也會使橋孔跨度較大的橋墩受到很大的地震力。因此，在橋梁的防震設計上，要注意橋體結構的對稱性，盡量避免使用跨度較大的橋型。

2.3 注重橋梁的整體性

橋梁的整體性至關重要，如果橋梁的整體性不好，不僅使結構的空間作用得不到較好的發揮，也會在地震時，使結構的構件以及非結構的構件被震落。所以，要盡量的保證上部結構是連續的，同時還要采用有助于提高整體性的連接方式，并且在各個連接點設置減震措施，以便使橋梁在穩定性方面得到提高。此外，為了避免突發狀況的產生，在結構的布置上要最大限度的做到尺寸，質量和剛度均勻、對稱。

2.4 設置多道抗震防線

為了將危險扼殺在搖籃里，在橋梁抗震設計上要設置多道防線，使橋梁能夠多方面的抵抗地震側向力，在遇到較強的地震時，如果第一道防線被破壞，還有第二道防線可以支撐，甚至有第三道、第四道。這樣給橋梁的安全性、穩固性提供了強有力的保障，可以在最大程度上避免橋梁倒塌的現象。

3 橋梁抗震設計方法

3.1 基于性能的抗震設計

這種設計方法是指在不同概率地震下，結構的性能能夠達到一組預定的目標，是抗震設計的總體思想。其目的是在強度較大地震后，能夠將人的傷亡情況和財產的損失控制在所預先設定的目標內，同時震后，結構的功能也依然可以繼續維持。其特點如下。

打破原來以宏觀定性的目標為主的局面，逐漸向量化的多重目標轉化。

抗震設計目標不再局限于保障人民生命財產安全，而是多目標、多層次的來進行抗震方面的設計，力求最大限度的做到不同風險水平的地震作用下滿足不同的性能目標，給人民的安全帶來更大的保障。

3.2 基于位移的設計方法

基本位移的設計方法雖然很早就被提了出來，但是直到現在才有所發展，成為可以應用于橋梁抗震上的設計方法。它是在結構強度不足的基礎上提出的，而導致強度不足的原因是：許多規范由于經濟等因素的制約，在設計地震作用時，允許結構物質發生可塑性屈服變形，這種情況下，只能改變結構性能的衡量指標，從而選擇比較合適的脆性結構或不允許發生非彈性影響的構件。這種設計方法將結構的變形和構件發生的變化設置為變量，最終的設計結果以構件的強度為參數。

3.3 多階段設計方法

為了最大限度上保證人民群眾的生命安全，降低震后的經濟損失，在設防水準方面，要不斷地進行革新。其中所要考慮到的因素有很多，比如說：地震的產生機理、地震的特殊性能還有在地震的強力作用下各類結構的動力特征、構件能力等。這都需要我們在研究中不斷總結教訓，積累經驗，改變原來的單一設防水準，轉為雙水準或三水準，原來的一階段設計轉為兩階段、三階段，甚至會轉變為更多的水準，更多的階段。

3.4 延性設計

基于上文，單純的強度作為衡量標準，來進行抗震的設計其實并不合理。在地震的強力作用下，橋梁的結構是可以通過自身的變形來進行耗能的，這樣依然可以達到抗震、減震的目的。例如：一個比較高大的橋墩，在地震的作用下，橋墩墩底的混凝土在塑性上已經被破壞了，但是其所配置的抗剪鋼筋足夠用來抵抗地震力，使橋墩沒有坍塌。同時，在橋墩底部形成了塑性鉸，在轉動過程中消耗了地震的能量，使主要結構沒有受到實質性的破壞，對主要結構進行了有效的保護。這體現的就是延性設計的概念，通過曲率系數和延性系數的控制對結構延性變形進行控制。

若想降低地震的危害，需要對其破壞性進行掌控，最大限度的將地震的破壞控制在預定部位范圍中，這就需要在抗震設計中，重視能力設計思想，在橋梁內部建立合理的強度等級配置。這樣才能保證橋梁的穩固性，在發生地震時，也能降低損失。同時在配筋設計上要謹慎對待，選擇合適的塑性鉸位置，以橋墩較大的橋梁為例，塑性鉸的這位置一般在橋墩的墩底或墩頂。做到以上所說的，就能在一定程度上保證結構的延性和抗震能力。

4 結束語

隨著經濟的不斷發展，對橋梁設計的要求會越來越多，難度也越來越大，對橋梁的質量要求也會越來越高，雖然不能阻止的地震的發生，但可以將地震的傷害降到最低。所以，橋梁設計人員要深入橋梁抗震設計的研究中，在借鑒其他地區的先進抗震技術經驗的基礎上，遵循橋梁抗震設計原則，采用適當的設計方法，使橋梁的設計在質量上得到最大限度的保證。

參考文獻

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[3]曹春義.探討橋梁結構抗震設計[J].中國建筑金屬結構，2013（20）：161.

第2篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：公路路線；抗震設計；減隔震設計；擋土墻

中圖分類號：X734文獻標識碼： A

1.引言

我國的地震問題十分嚴重，尤其是在汶川地震發生之后，我國的相關部門都加強了公路抗震方面的要求。1989版的《公路工程抗震設計規范》和公路抗震研究，并不能很好地幫助我國災區的重建工程好發展，需要更新的技術來支持【1】。在汶川地震發生之后，交通部就開始了災區公路數據的調查，這一調查最終形成了公路抗震指南，這是對我國抗震設計進行指揮的行業標準。所以，針對現代化公路抗震的相關理論和現實需要，對抗震設計的方法進行了研究，希望對當前的抗震問題提供參考。

2.抗震設計的方法研究

公路的組成中，節點和線段是必不可少的部分。公路的節點多、線路長，覆蓋面積很大，這就讓抗震預案的編制工作任務加大，工程量增加，如果在公路抗震預案以及抗震設計中，能夠預先對公路網的路線進行掌握，針對性的對各種路線進行抗震設計，通過不同的措施來進行抗震工作，這樣就能夠保障抗震的重點地段，也能夠對普通的路段的抵抗性增強。這樣就能夠保障抗震的重點工作的科學性和實用性。所以，在進行抗震設計的過程中，必須對路線進行深入地研究【2】。

2.1 公路路線抗震重要度

公路網絡中很多的路線在抗震中是重點路線，根據統計學科學分析的方法建立數學模型，將抗震過程中對路線抗震有影響的各種指標進行綜合和轉化，最終形成代表性的指標，在這個指標的基礎上對路線抗震程度進行準確的標識。

在對公路路線進行抗震程度的標準過程中，最主要的方法是主要成分分析法來進行研究，這種方法操作十分簡單，非常適合在實踐中對已有經驗進行驗證。

2.2抗震設防的主要方法

2.2.1 抗震概念設計

在國際上，各個發達國家對于抗震都十分重視，因此對抗震的概念設計研究也相對深入。在對國外先進的抗震理念以及抗震的規范都進行借鑒的基礎上，不斷地完善我國現行的抗震規范和標準。在公路抗震結構設計有兩個十分重要的問題，就是參數設計和概念設計的問題【3】。所謂抗震概念設計就是在概念上對總體的抗震工程進行決策；而參數設計則是對地震作用相愛的構件承受的強度進行計算和驗算。二者在抗震過程中都是必不可少的，通過將兩者加以結合的方式，極大地推進了抗震設計的成效。抗震設計必須重視抗震概念的設計，而在抗震的過程中又必須對抗震的工作進行指導，要對各種抗震思想合理應用，在應用的過程中需要符合實際情況，這樣讓計算工作和抗震工作都不至于盲目進行。因為在抗震的過程中存在很多的不確定性因素和突況，同時結構計算模型的假設也與實際的情況存在出入，在計算和理論上無法做到完全與實際相吻合。因此，在實際的抗震設計中，不能單純地依靠數值的計算來對抗震的情況進行衡量。要真正做到減震，就必須在公路施工中注意下列情況：

(1)在公路的建設中要選擇好的體系和材料，材料需要具備較強的延性。在抗震結構設計中要形成延性結構，通過結構的變形能力來加強抗震能力，讓公路在強震影響下也能夠忍受塑性變形而不會坍塌，從而達到經濟合理的目標。

(2)在公路抗震施工中，需要減輕自身重量，因為如果烈度和場地條件允許，建筑物的質量就是決定地震災害程度的關鍵。

(3)在公路建設中，抗震結構不能太大，結構不能太柔軟，同時要符合位移限值的要求，因此設計結構上要最大程度將周期與場地土卓越周期避開，最好是大于卓越周期。

(4)在抗震設計中必須對混凝土結構構件進行合理的選擇，對于構件的尺寸、配筋以及箍筋都要重視【4】。只有這樣才能不斷地增強公路結構中的整體性，不同的構件之間在連接上，也需要對其可靠程度進行檢查，構建節點的承載力必須高于構件承載力，同時對應力相對集中的地方要多加注意。

(5)在路基基礎的承載和剛度要求上更是要互相適應，同時確保路基基礎能夠對抗滑移轉動。

2.2.2延性抗震設計

延性抗震的概念是在半個世紀前提出的，經過了半個世紀的發展，這一概念已經成為了抗震的設計規范。我國在2008年的抗震細則中也對這一概念進行了規定。在細則中增加了延性設計的有關規定，目的是通過這一概念提高我國公路結構非彈性變形的能力，防止結構在地震中坍塌。在08年汶川地震中，就出現了很多脆破壞的情況，這些情況說明了延性設計的作用。

對延性概念進行推廣，在概率意義方面，抗震結構的延性能力增強，超過了對地震預期的彈性變形。單純從理論上來說，延性需求的獲得是需要通過彈塑性動力分析得到的，這樣就會需要對非彈性變形問題進行研究，這就增加了抗震設計中的難度。

新西蘭學者Park等在上個世紀提出了新的設計原則，就是能力保護原則，同時在新西蘭最先對這個原則進行了應用。現在，新西蘭已經成為能力設計方法應用最為深入的國家。在其他的國家，例如歐洲很多發達國家都將這一原則進行引入，先后在各個國家的抗震規范中進行了規定【5】。能力設計重視的是構件之間的安全度差異，然后在這種差異的基礎上，發揮延性結構的作用，降低地震災害。

能力保護的設計原則主要是在設計上改進結構，將構建承受的地震強度差異化，避免結構構件脆性問題。在能力保護設計原則基礎上，延性抗震設計具有下列特點：

(1)在設計中需要對結構布局進行科學規劃；

(2)對地震中會出現的塑性鉸的位置進行選擇，確保形成良好的塑性耗能機制；

(3)可以通過延性設計以及強度設計，增強潛在塑性鉸位置的延性能力；

(4)通過適當的等級強度來防止預期會出現的脆性破壞模式，例如剪切破壞等，保證脆性構件和不適合用在耗能位置的構件不會出現在反應范圍之內。

2.2.3減隔震設計

對公路進行減震設計目的是通過減震設置來提高對地震的對抗能力，將消能部件加入其中作為主要的抗震構件，同時也通過結構上的抗震設計來輔助抵抗地震的破壞。在這種方法中最大程度地降低結構承受的地震力和能量，延長結構周期，增加效能能力，從而達到減震的目的。表1對傳統結構采用的延性抗震設計、減隔震設計以及結構控制進行了比較，從中可以看出它們的差別。

表1 不同抗震技術的基本機理比較

2.3公路擋土墻的抗震設計

我國的地質特征決定了我國是多山的國家，很多公路在修建的過程中必須進行擋土墻的修建，所以公路減震設計中，低擋土墻的設計十分重要。

作為地震頻發的國家，日本隊擋土墻就進行了很好的應用，日本采用M-O法計算主動和被動土壓力。充分的考慮了填土容重、黏聚力和超載對抗針效果的作用，對擋土墻的設計加以衡量。

（5）在擋土墻的設計過程中，路基的處理更多的是使用碎石土、粘性土和不容易風化的石塊材料，這時候應該注意壓實度需要符合現在的規范要求。

如果在建設路基的過程中使用的是砂性土，那么就需要加固和壓實。在對擋土墻的抗震能力和穩定能力的計算中，抗滑移穩定系數應該保持在kc≥1.3范圍內，而抗傾覆穩定系數則應該在ko≥1.5范圍內。

在建設高速公路和一級公路的時候，擋土墻的建設不能使用砌片石。如果是其他等級的公路建設，如果基本烈度大于8度的時候干砌片石擋土墻的高度必須低于5m，二如果烈度超過9度，高度就要低于3m。

3抗震設計的展望

隨著我國抗震技術的發展，抗震技術的應用進入新階段。目前在抗震設計工作中，ANSYS軟件發揮著重大的作用，這一軟件在分析能力上更加強大，界面呈現更加直觀，已經在力學結構中得到廣泛應用。可以說ANSYS的大量應用，為抗震設計與分析都帶來了極大的便利性，推動了抗震技術的發展【6】。

4結語

我國位于歐亞地震帶上，是多震的國家，而我國的地震有自身的特點：烈度高、分布廣、震源淺、傷亡大。汶川地震帶來的傷害是警鐘，我們需要總結經驗教訓，而我國新的《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）的頒布推動著我國抗震設計的進一步發展，我國的抗震工作正向著新的高度邁進。

參考文獻：

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第3篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：橋梁；基于性能；建模；地震；有限元模型

中圖分類號：U442.55 文獻標識碼：A

橋梁抗震設計中所采用的建模方法常常過于簡化，諸多對結構動力特性影響很大的因素（邊界非線性、材料彈塑性等）都難以得到真實的體現，也就無法計算出足夠精確的橋梁地震響應結果[1].近年來，隨著高性能計算技術和有限元分析技術的迅速發展，橋梁結構分析的計算效率和精確性得以大幅提高，進而促進了抗震設計理念和方法的新發展.精確的結構動力分析也日益被廣大工程師所接受，尤其是基于性能的橋梁抗震設計理念[2]被提出以后，多階段設計多水準設防的理念已經得到了實際應用和推廣，對橋梁整體進行復雜的非線性分析顯得越來越重要.

另一方面，AASHTO橋梁抗震設計指南[3]和我國橋梁抗震細則[4]都明確規定：橋梁抗震設計所采用的分析模型應準確地模擬各構件、耗能裝置和連接裝置的受力性能.然而，規范中對究竟該如何模擬橋梁的各構件并沒有給出詳細的說明，如此一來，橋梁工程師在做設計時采用不同的方法進行建模計算得到的結果差異往往很大.多年前著名的結構動力學專家李國豪院士也曾經說過：規范條文只使人知其然，而不知其所以然.由此可見，對橋梁抗震模型的建模方法進行研究是有意義的.

目前，國外在橋梁抗震建模方法方面做了很多研究工作，Ali和 AbdelGhaffar[5-6] 對橡膠支座和鉛芯橡膠支座在地震作用下的力學模型進行詳細的探討，并且對采用被動控制的斜拉橋的整體有限元精確建模方法進行了研究.Légeron等[7]研究了混凝土構件在地震作用下的非線性力學現象并利用試驗數據對其提出的損傷模型進行了驗證.Aviram[8]等結合美國加州抗震規范，以規則梁橋為基礎，提出了適用于加州橋梁抗震非線性分析的精確建模指導方針.總的來說，目前針對我國橋梁精確建模方法的研究工作還很少，因此，有必要在這方面進行探討和研究.

本文將以我國常見的規則三跨連續梁橋為例，分析討論其不同組成構件及非線性邊界在橋梁抗震設計時常用的模擬方法.然后，分別采用3種方法建立結構的有限元動力分析模型，并輸入相同的地震波進行非線性時程分析，通過其響應結果的比較分析得到適用于我國規則橋梁抗震設計的精確建模方法.

1橋梁整體模型

結構建模就是從結構體系的角度，根據結構幾何形狀對各構件進行單元劃分并精確模擬其力學特性，使數值分析結果盡可能準確地反映結構的真實響應.傳統的集中參數模型對于彈性反應譜分析以及以一階振型為主的靜力彈塑性分析能夠起到較好的效果.然而，為了更好地體現基于性能的橋梁抗震設計思想，需要建立起全橋系統的精確動力分析模型（圖1）.

對橋梁整體而言，上部結構在地震作用下出現塑性的可能性很小，可用彈性單元模擬.普通橋梁的長寬比（L/B）、跨高比（L/h）較大，在抗震設計和分析中沒有必要用三維實體或板殼單元模擬，而只需用包含有剛度、質量分布和截面特性參數的單梁模擬即可.同時，考慮到能力保護設計原則，承臺、基礎、蓋梁等也可用彈性梁單元模擬.橋墩一般用彈塑性梁柱單元模擬，其它邊界條件可用各種線性或非線性連接單元來進行模擬.值得注意的是對橋墩基礎的處理，非液化地基（巖石）和易液化地基（軟土）要區別對待，如圖1中1#墩和2#墩的邊界模擬情況有所不同.

2墩柱非線性模擬

橋梁結構 “頭重腳輕”的特點導致墩柱成為橋梁抗震設計中的關鍵部位.在基于位移的橋梁抗震設計中，墩柱均按延性構件進行設計[3]，我國抗震規范[4]明確指出：在E1地震作用下，結構在彈性范圍內工作，基本不損傷；在E2地震作用下，延性構件（墩柱）可以發生損傷，產生彈塑性變形，消耗地震能量，但延性構件的塑性鉸區域應具有足夠的塑性變形能力.盡管全墩采用彈塑性纖維單元效果最佳，但從工程實用的角度，只需在預期塑性鉸部位采用纖維單元模擬，而其它部位仍采用彈性單元處理，這樣可大大提高計算效率且保證足夠的精度，圖2給出了規范[4]規定的預期塑性鉸部位.

3.2樁土作用模擬

結構振動能量主要通過地基向周圍土壤擴散，同時土與結構間的相互作用反過來又將影響結構的動力響應.樁土相互作用要根據持力層的地質情況來模擬：①巖石層上的基礎：持力層的豎向剛度可取很大的值，側向彈性剛度可參考相關規范計算；②土層上的基礎：要根據地質勘察報告計算基底豎向剛度和基身側向剛度.

值得注意的是，由于某些地區地質條件較差，橋梁選址無法避免液化土層區.處于液化土層區的橋梁基礎，基礎的柔性更大，樁土相互作用的精確模擬會更加困難，如圖1中2#墩柱下的基礎土層相互作用機制，由于該類情況的樁土相互作用十分復雜，本文暫不做深入研究.一般情況下的規則橋梁，可采用圖5所示的三種模型來模擬樁土相作用，圖中不同的剛度（K）值可參考相應的橋梁抗震設計規范計算.

3.3伸縮縫和擋塊模擬

伸縮縫是一種在橋頭能夠開啟和閉合的連接裝置，平時能提供相鄰梁端因溫度變化和混凝土收縮、

徐變等因素引起的縱向自由伸縮位移.地震作用下相鄰梁端在縱向可能會發生碰撞接觸而產生相互作用力，因此，在實際抗震分析中，伸縮縫常用Gap單元模擬，其力位移關系如圖6（a）所示.

橫向擋塊則是防止上部結構橫向位移過大而設置的阻擋構件.橫向擋塊由彈塑性材料制作，在橋梁抗震建模時可用圖7（b）所示的理想彈塑性滯回模型模擬.

3.4支座模擬

支座作為連接上部結構和橋墩（橋臺）的重要構件，是有效傳遞地震力的重要部位.橋梁精確建模時要準確模擬支座的幾何特性及力學性能，包括支座高度、三個平動方向線性或非線性剛度以及三個轉動方向的線性或非線性的轉動剛度等.在實際橋梁抗震設計中，常會用到以下三種類型的支座：①板式橡膠支座；②聚四氟乙烯滑板支座（活動盆式支座）；③鉛芯橡膠支座. 三種支座的力與位移的滯回關系如圖7所示.

5結構響應分析

根據算例橋址處地質條件，從 PEER強震數據庫中選取合適的地震波記錄，該地震波在兩個正交方向的PGA分別為0.32 g和0.33 g.

5.1模態響應

橋梁的特征值分析采用Ritz向量法，即通過假定多自由度的振型形狀來計算特征值.該方法可以避免計算不必要的振型且能夠包含更多的高階振型，因此，相比傳統的特征向量法計算效率要高得多.為獲得足夠的計算精度，在本文中可使結構在橫、縱兩個方向的振型質量參與系數都達95%以上.3種模型的主要模態及其在兩個方向的質量參與系數匯總如下表2所示.

由表2可知，3種模型的基本振動模態均為縱飄，對應的基本周期分別為1.871 s，1.91 s和1.967 s.且隨著模型復雜程度的提高，結構基本模態的質量參與系數逐漸降低.3種模型的縱向（橫向）的動力響應主要取決于第1（2）階模態，集中質量模型僅需5階模態便能使兩個方向的質量參與系數達95%以上，而簡化模型和精細化模型分別需18和50階模態才能滿足質量參與要求.這表明橋梁結構實際上是一個非常復雜的系統，存在著多種振動模態，過于簡化的模型可能會忽略掉一些重要的模態而導致分析結果不夠精確.

值得指出的是，精細化模型由于建立了樁基模型且由場地類型決定土彈簧剛度很大，導致了直到49和50階才出現樁基參與的模態形式.

由圖8可知，不同的建模方法在完全相同的地震動輸入下的位移響應結果差異很大.并且隨著結構建模復雜程度提高，墩頂最大位移逐漸減小.特別是簡化后的集中參數模型，在縱橋向和橫橋向的位移都偏大，這是由于當模型過于簡化時，實際參與地震耗能的構件也相應減少了，進而導致由墩柱承擔的地震力過大.由圖9還可以發現，對于精細化模型而言，橫向位移比縱向位移要小很多，這是由于該橋墩頂設置了橫向彈塑性擋塊，擋塊破壞時的滯回耗能對墩柱橫向響應起了保護作用.

5.3邊界非線性響應

基于性能的橋梁抗震設計要求對不同構件的抗震能力進行驗算，美國AASHTO[3]提出了合理抗震體系（RES）的概念，外國很多橋梁抗震設計已不僅僅局限于墩柱構件，而開始考慮對支座、擋塊、限位裝置等進行抗震設計，集中參數模型和傳統的簡化模型不能反映這類非線性構件的實際地震響應，然而，精細化建模方法則能充分發揮這方面的優勢，如圖9為從精細化模型中得到的邊界非線性響應結果.

由圖9可以看出，在大震作用下，板式橡膠支座在縱向表現出明顯的滑動（圖9（a）），正是由于板式支座的滑動耗能，使得精細化模型的墩頂縱向位移比兩種簡化模型要小得多.另外，無論是橋臺處還是墩頂的橫向擋塊都發揮了其良好抗震性能（圖9（c），（d）），墩頂處擋塊的滯回耗能作用很好地保護了支座橫橋向的彈性（9（b）），同時也在橫橋向保護了墩柱的變形，這也正好解釋了圖8中墩頂橫橋的位移小于縱橋向位移.

6 總結

本文系統地論述了規則橋梁抗震設計中實用的3種建模方法，并通過這些方法的對比研究得到如下結論：

1）集中參數模型和簡化模型不足以準確反映橋梁結構在地震作用下的真實響應，可能使得墩柱的設計過于保守.而忽略支座等構件的非線性影響將無法有效地對連接單元（保險絲單元）進行抗震設計，往往會導致結構體系上的不合理.

2）在計算機性能大大提高的前提下，精細化的橋梁抗震模型能夠較準確地反映橋梁在強震作用下的各類非線性響應，能更加適合于基于性能的橋梁抗震設計.

參考文獻

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第4篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：橋梁 基礎抗震設計 日本規范

一、引言

近十年來，世界相繼發生了多次重大地震，1989年美國 Loma Prieta地震（M7.0）、1994年美國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年臺灣集集地震（M7.6）等等。因此，專家們預測全球已進入一個新的地震活躍期。隨著現代化城市人口的大量聚集和經濟的高速發展，地震造成的損失越來越大。地震災害不僅是大量地面構筑物和各種設施的破壞和倒塌，而且次生災害中因交通及其他設施的毀壞造成的間接經濟損失也十分巨大。以1995年日本版神地震為例，地震造成大量高速公路及高速鐵路橋隧的毀壞，經濟總損失高達1000億美元。

近幾次大地震造成的大量橋梁的破壞給了全世界橋梁抗震工作者慘痛的經驗教訓。各國研究機構紛紛重新對本國橋梁抗震規范進行反思，并進行了一系列的修訂工作。日本1995年阪神地震后，對結構抗震的基本問題重新進行了大量的研究，并十分重視減振、耗能技術在結構抗震設計中的應用。橋梁、道路方面的抗震設計規范已經重新編寫，并于1996年頒布實施。美國也相繼在聯邦公路局（FHWA）和加州交通部（CALTRANS）等的資助下開展了一系列的與橋梁抗震設計規范修訂有關的研究工作，已經完成了ATC－18，ATC－32T和ATC-40等研究報告和技術指南。與舊規范相比，新規范或指南無論在設計思想，設計手法、設計程序和構造細節上都有很大的變化和深入。

中國現行《公路工程抗震設計規范》（JTJ004－89）在80年代中期開始修訂，于1989年正式發行。隨著中國如年代經濟起飛，交通事業迅猛發展，特別是高速公路興建、跨越大江，大河的大跨橋梁、大型立交工程以及城市中大量高架橋的興建，規范已大大不能適應。但是目前所有國內的橋梁設計，對抗震設計均在設計書上標明的參照規范即是《公路工程抗震設計規范》和《鐵道工程抗震設計規范》。與國外如日本、美國的同類規范相比，中國現行《公路工程抗震設計規范》水準遠落后于國外同類規范。若不進行改進，則必將給中國不少橋梁工程留下地震隱患。

本文主要介紹了各國橋梁抗震設計規范中基礎部分的抗震設計。基礎部分對全橋的地震響應以及墩柱力的分布均有非常重要的影響。基礎設計不當會導致橋梁墩柱在地震中發生剪斷、變形過大不能使用等等，有時甚至是樁在根部直接剪斷破壞。基礎設計需要考慮的方面除了基礎形式的選擇以外還包括抗彎強度、抗剪強度樁基礎連接部分的細部構造、錨固構造等方面。本文首先對中、美、日、歐洲、新西蘭五國或地區抗震設計規范中有關基礎的部分進行了一般性的比較。筆者認為，相對而言中國的規范在基礎抗震設計方面較為粗糙、可操作性不強。而日本規范在這方面作的最為細致，技術也較為先進。因此，在隨后的部分中詳細介紹了日本抗震規范的基礎設計方法。

二、主要國家橋梁抗震規范基礎抗震設計的概況

本文將中國橋梁抗震規范與世界上的幾種主要抗震規范（美國的AASHTO規范、Cal－tans規范、ATC32美國應用技術協會建議規范，新西蘭規范NZ，歐洲規范EC8，日本規范JAPAN）進行基礎抗震設計方面的比較。

中國橋梁抗震設計規范有關基礎設計的部分十分籠統，只以若干定性的條款，從工程選址方面加以考慮，而對基礎本身的抗震設計，特別是對于樁基礎等輕型基礎抗震設計重視不夠。這方面，日本的橋梁抗震設計規范和準則規定得比較詳細，是我們應當學亂之處。基于阪神地震的經驗，地震后橋梁上部結構的修復和重建都比下部基礎經濟和省時、省力，因此橋梁基礎的抗震能力的要求應比橋墩高。

三、日本橋粱基礎抗震設計方法細節

1.按流程，先用震度法設計。震度法基本概念是把設計水平震度

Kh乘以結構Kh的計算方法如下：

其中Cz--地區調節系數；

Kh0--設計水平震度的標準值。

其中， δ是把抗震設計所確定的地基面以上的下部結構質量的80％或100％和該下部結構所支承的上部結構質量的 100％之和作為外力施加到結構上在上部結構慣性力作用點位置發生的位移。

2．用震度法設計以后，如果基礎結構是橋臺基礎或者橋墩的擴大基礎，不需要用地震時保有水平耐力法設計。這是因為設計橋臺基礎時，地震時動力壓力的影響非常大，此外結構背面存在的主體也使結構不容易發生振劾。而對于擴大基礎來說一般地基條件非常好，因此，地震時基礎某些部位轉動而產生非線變形可以消耗許多地震能量。

3．用地震時保有水平耐力法設計時，首先要判斷基礎水平耐力有沒有超過橋墩的極限水平耐力。這是因為地震時保有水平耐力法的基本概念是盡量使地震時在橋墩而不是在基礎出現的塑性鉸。如果在基礎出現塑性鉸，發生損傷后，修復很困難。所以，我們要把基礎的行為控制在屈服范圍內。

如果基礎水平耐力小于橋墩的極限水平耐力，則要判斷橋墩在垂直于橋軸方向的抗震能力是不是足夠大（按式（3))。因為如果橋墩在垂直于橋軸方向具有足夠大的抗震能力（例如壁式橋墩），而且基礎的塑性反應在容許范圍以內，則基礎的非線性行為能吸收大量的振動能量并且基礎仍然是安全的。

橋墩的極限水平耐力Pu≥1.5KheW （3）

Khco--設計水平震度的標準值；

Cz--地區調節系數；

μa--容許塑性率；

W－一等價質量（ W=Wu十CpWp）；

Wu--振動單位的上部結構質量；

Wp--振動單位的橋墩質量；

Cp--等價質量系數（剪斷破壞時1.0，剪斷破壞以外是0.5）。

4．橋墩的極限水平耐力滿足Pu≥1.5KheW時，對基礎塑性率進行對照檢查。雖然基礎的非線行為能吸收大量振動能量，但是對于有的基礎部件來說，可能會遭受過大的損傷。所以要控制基礎的反應塑性率，按如下要求：

μFR≤μFL （4）

式中μFR--基礎反應塑性率；

μFL--基礎反應塑性率的限度。

5．發生液化時，要降低土質系數。隨后的計算（對照和檢查）同上述方法基本一致。

6．在地震時保有水平耐力法的流程中，最后是對基礎水平位移、轉角的對照和檢查。要求是基礎最大水平位移為40cm左右，基礎最大容許轉角為0.025rad左右。

第5篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：建筑結構；抗震設計；發展與展望

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

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A 文章編號：

引言

就目前而言，建筑結構的地震反應可以用不同的變量來體現，具體在抗震設計過程中采用何種設計變量則要根據結構自身類型、地震反應特性、地震破壞模式等因素綜合考慮。依據結構抗震設計變量的不同對結構抗震設計方法進行分類，大致可分為基于承載力的抗震設計法、基于位移的抗震設計方法、基于能量的抗震設計方法和基于損傷的抗震設計方法。

1、分析現代建筑結構抗震設計方法

1.1 基于承載力的結構抗震設計

基于承載力的抗震設計，建立在靜力分析理論之上，以慣性力的形式來反映地震作用，并按彈性方法來計算結構地震作用效應的大小、進行結構彈性位移驗算，把結構構件的強度是否達到特定的極限狀態作為結構失效的準則。

1.1.1 設計地震作用的確定

在基于承載力的結構抗震設計方法中，設計地震作用取值由設防烈度的地面運動有效峰值加速度考慮放大效應和地震作用效應降低系數的綜合影響后得來的，可以用如下公式表示：F = kβIG/R

式中：F—建筑結構總水平地震作用；

k—地震系數(不同地震分區所取的相當于設防烈度水準的地面運動有效峰值加速度或地面運動峰值加速度與重力加速度的比值，它反映了不同地區設防烈度地震的強弱)；β —動力放大系數(對應于不同周期的結構反應峰值加速度與地面運動有效峰值加速度或峰值加速度比值的擬合值，它反映了不同周期體系對地震作用的動力放大效應)；

I—建筑重要性系數；

R—地震作用降低系數；

G—結構重力荷載代表值（取恒載和可能與設計地震作用同時出現的活載之和）地震系數k 反映的是不同地區設防烈度地震的強弱，根據各地區不同的地震危險性將其細分為不同地震區域，并對每個地區根據統計結果按475 年重現期給出其地震系數。動力放大系數β 反映了不同周期彈性單自由度體系的動力放大效應。

1.2 基于能量的結構抗震設計

1.2.1 基于能量的抗震設計方法概述

由于能量分析的復雜性，基于能量抗震設計方法能夠考慮結構滯形對結構破壞影響的這一特點對于實現基于性能的抗震設計理念很有意義，因此基于能量的抗震設計方法的研究對實現基于性能的抗震設計理念的進一步發展非常重要，成為了改進傳統抗震設計方法的重要發展方向。

1.3 基于損傷的結構抗震設計

1.3.1 基于損傷的結構抗震設計的方法概述

由于損傷指數的計算以結構累積滯回耗能的計算為基礎，而累積滯回耗能計算正是結構能量分析中的重點，所以也可以將基于損傷的設計方法視為能量法結合了性能設計思想的延伸應用方法。基于損傷的抗震設計就是反映結構損傷程度的損傷指數作為設計指標，選取適當的地震損傷模型計算出結構的損傷指數，驗算其是否滿足預定的損傷性能目標。

1.4 基于位移的結構抗震設計

1.4.1 基于位移的結構抗震設計概述

根據設計思路的不同，基于位移的結構抗震設計大致可分為三種方法：按延性系數設計方法、能力譜法、直接基于位移的設計方法。他們之間的差別在于：直接位移法和控制延性方法是依據位移目標進行結構設計的方法，而能力譜法則更多的是一種位移驗算方法。

1.4.2 基于位移的結構抗震設計有待進一步解決的問題

① 按延性要求設計的方法、能力譜法和直接基于位移的方法都是用靜力方法去解決在地震作用下的結構設計問題，沒有考慮諸如地震持續時間、結構往復彈塑性變形和累積耗能等因素的影響。

② 更深入地研究表征結構性能狀態的破損指標與結構位移的關系，有可能為確定結構的目標位移提供更完善和簡便的方法。

③ 對能夠應用于實際工程抗震設計的位移反應譜尤其是彈塑性位移反應譜的研究還有大量工作要做。

④ 基于位移的抗震設計中采用的靜力彈塑性分析方法存在著如何選取合適的水平力分布模式和位移分布模式等問題。

1.5基于性能的結構抗震設計

1.5.1 基于結構性能抗震設計的研究現狀和應用前景

基于結構性能的抗震設計理論尚不成熟，要廣泛應用于設計還存在一定的困難，尚需對以下問題展開研究：

① 在地震危險性方面，要實現由烈度向地震動參數區劃的過渡，按重現期或超越概率重新定義地震危險性水平。

② 在結構性能方面，以結構性能為基礎提出抗震設防水準，定義不同結構的性能目標。對于結構“不壞”、“可修”、“不倒”等模糊的定義，采用量化數據或具體化的定性數據來描述，例如對結構和非結構構件破壞的數量和程度等。

③ 研究和建立結構功能失效標準和結構破壞標準，將目前的以分項系數表述的極限狀態表達式過渡到以可靠度指標來描述。

2、比較結構抗震的設計方法

2.1 抗震抗震性能水平

結構抗震性能水準表示結構在特定的某一地震設計水準下預期破壞的最大程度，結構和非結構構件破壞以及因它們破壞引起的后果，主要用結構易損性、結構功能性和人員安全性來表達。對于不同等級的抗震性能，都應根據結構類型、結構體系、豎向和橫向承載構件、結構變形等方面加以定義，應該表達為量化指標，以便工程設計和評估。我國規范中的提法“不壞”、“可修”、“不倒”其實就是對結構在地震作用下的性能水平的描述，具體敘述為“小震”對應一般不受損壞或不需修理可繼續使用水平；“中震”對應可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用；“大震”對應不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。這一提法已經包含了一定的性能設計思想，只是對性能水平的描述比較模糊，水平之間的界定不明確，在實際設計中很難實現對結構性能的有效控制。

2.2 結構的抗震性能目標

結構的抗震性能目標是指建筑物在各設計地震水準下期望達到的相應性態水準集合。三級性能目標與按重要性劃分的三類建筑一一對應，取每級地震作用水準下的最低性能要求組合作為該類結構的規定最低性能水準目標。在一個或多個設計地震作用水準上選擇更高的性能目標，雖然在一定程度上會提高建筑造價，卻能減免以后可能會產生的損失。這種性能目標的制定方式充分體現了基于性能抗震設計的自主性和靈活性。

3、展望

抗震設計方法理論是一個非常龐大和復雜的課題，本文對這一理論的研究由于時間和能力的有限還不夠深入和細致。在未來的研究中，還有許多方面需要進一步的探討：

① 在對不同抗震設計方法里設計地震作用水準的確定和劃分的進行比較時還應該對其所采用的地震危險性分析方法和地震動參數分區劃分情況等方面進行分析和比較。

② 對取不同設計參數來進行設計的抗震方法待研究進一步成熟完善之后，應當就破壞準則、地震破壞模型以及各自實際設計應用中的控制效果進行更為詳細深入的實例比較。

③ 對不同抗震設計方法的比較還處于設計目標和分析方法比較的階段，今后還應擴展到對結構的整個生命周期的使用效果和投資效益比較，以綜合權衡各方法的長處與缺陷。

參 考 文 獻

[1] 龔思禮等.建筑抗震設計[M].北京:中國建筑工業出版社,1994.

[2] 王振宇,劉晶波.建筑結構地震損傷評估的研究進展[J].世界地震工程,2001,17

(3):31-35.

第6篇：抗震設計方法范文

【關鍵詞】砌體建筑抗震設計加固

中圖分類號：U457+.3文獻標識碼： A 文章編號：

砌體結構是以砌體為主制作的結構，它包括磚結構、石結構和其它材料的砌塊結構。分為無筋砌體結構和配筋砌體結構。砌體結構可以就地取材，具有很好的耐久性及較好的化學穩定性和大氣穩定性，有較好的保溫隔熱性能。但是自重大、體積大，砌筑工作繁重。

1、多層砌體結構房屋在地震作用下的破壞分析

在地震作用影響下，結構類型和抗震措施不同，多層砌體結構房屋的破壞情況則不同。其破壞情況主要有以下兩種：一是由構件連接不好而造成的破壞。有些結構構件由于連接不牢，支撐系統不完善，或者整體性差而導致破壞。二是由構件承載力不足而造成的破壞。當水平地震沿房屋縱向作用于房屋時，其主要是通過樓蓋傳至縱墻，然后再傳至基礎和地基。若窗間墻很寬，縱墻則以剪切破壞為主，若窗間墻很窄，縱墻則以壓彎破壞為主；當水平地震沿房屋橫向作用于房屋時，其主要通過樓蓋傳至橫墻，然后再傳至基礎和地基，此時橫墻承受剪切，當墻體內的剪力超過砌體抗剪承載力時，砌體、墻體就會產生交叉裂縫或者斜裂縫。

二、抗震設計

1、建筑體型和結構布置

（1）平、立面布置和防震縫的設置。多層砌體房屋的平、立面布置力求簡單、規整；盡量減少平面上凹凸曲折、立面上的高低錯落與局部的突出、錯層；縱橫墻要均勻、對稱、貫通，避免水平地震作用下的扭轉影響和鞭梢效應。

（2）承重結構的布置。多層砌體房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔，不僅要求橫墻具有足夠的承載力，而且樓蓋必須具有足夠的水平剛度，以便將地震力傳給橫墻。因此對橫墻最大間距應加以限制，以使樓蓋滿足傳遞水平地震力所需的剛度要求。

（3）房屋的高度、層數及層高.多層砌體房屋的總高度和層數是業主和設計人員最關注的問題，但歷次地震的宏觀調查表明，房屋的總高度和層數與震害成正比。因此對房屋的高度和層數作為強制性條文加以限制。對醫院、教學樓等橫墻較少(同一樓層內開間大于4.2m的房屋占該層總面積的40%以上)的多層砌體，要適當降低總高度，減少層數；并規定多層砌體層高不宜超過3.6m，底框-抗震墻砌體房屋層高不應超過4.5m。

（4）房屋高寬比。抗震規范對多層砌體房屋不要求作整體彎曲的承載力驗算。為了使多層砌體房屋有足夠的穩定性和整體抗彎能力，對房屋的高寬比進行限制。

（5）樓梯間的布置。樓梯間空間剛度較差，不宜設在房屋的盡端或平面轉角處。由于水平地震作用為橫向和縱向2個方向，所以在多層砌體房屋轉角處縱橫2個墻面常出現斜裂縫。不僅房屋兩端的2個外墻角容易發生破壞，而且平面上的其他凸出部位的外墻陰角同樣容易破壞。樓梯間比較空敞，頂層外墻的無支承高度為一層半，在地震中的破壞比較嚴重，尤其是樓梯間設置在房屋盡端或房屋轉角部位時其震害更為劇烈。

（6）對地基和基礎的要求。同一結構單元的基礎不宜設置在性質截然不同的地基土上；同一結構單元宜采用同一類型的基礎；基礎底面宜埋設在同一標高上，如設置在同一標高處困難時，則基礎圈梁應按1∶2的臺階逐步放坡過渡，高差不宜有過大的突變。在軟弱地基上的房屋應在外墻及所有承重墻下增設圈梁以加強抵抗不均勻沉降和增強房屋基礎部分的整體性。

2、鋼筋混凝土構造柱、芯柱的設置

鋼筋混凝土構造柱雖然對墻體的抗剪強度提高有限，約為10%~20%左右，提高幅度與墻高寬比、豎向壓力和開洞情況有關，但對墻體的約束和防止墻體開裂后的散落起非常顯著的作用。構造柱與圈梁一起形成帶鋼筋混凝土邊框的抗側力體系，大大增強了砌體結構的整體作用。構造柱一般應設置在震害較重、連接構造比較薄弱和易于應力集中的部位。

3、鋼筋混凝土圈梁的設置

設置鋼筋混凝土圈梁可以加強多層磚房縱橫向各墻體與樓蓋間連接，增強房屋的整體性和空間剛度。圈梁形同一個箍緊樓蓋、屋蓋的水平橫箍;圈梁連同構造柱一起，不僅加強了樓屋蓋、墻體的整體性與穩定性，還可以緩解因地震和其他因素引起的不均勻沉降對房屋帶來的破壞。

三、加固技術與方法

1、高強鋼絲網片抹壓聚合物砂漿法

在墻體兩側裂縫出現處，垂直裂縫方向或構件開裂表面鋪設高強鋼絲網片、抹壓20~30mm厚的聚合物砂漿的一種裂縫修補技術。其多適用于開裂不嚴重的門洞上方及窗洞四角等部位，墻面裂縫寬度通常不超過0.2mm，可以雙面施工.施工技術上，要求鏟除墻面原有抹灰層，剔鑿灰縫砌筑砂漿10mm，清除浮灰，灑水濕潤兩邊，抹壓聚合物砂漿至規定厚度，其墻體裂縫修補示意圖及實地墻體加固情況如圖1所示。

圖1高強鋼絲網片抹壓聚合物砂漿加固窗洞四角裂縫

2、壓力灌漿配合鋼筋網水泥砂漿面層加固法

去除原受損墻面抹灰層，采用專用灌漿設備或工藝，將裂縫修補專用膠、水泥乳膠砂漿或高強無收縮灌漿料等漿液在一定壓力下注入砌體裂縫內；漿液固化后裂縫兩側重新粘結在一起，在開裂墻體表面綁扎直徑φ4或φ6、間距200mm×200mm的鋼筋網，與原構件固定，以提高墻體抗剪承載力和延性目的。此法主要針對裂縫較多但開裂不嚴重(裂縫寬度在0.2~1mm之間)、原砂漿強度等級不高于M2.5的墻體.施工時不用支模板，所需配筋量少。

圖2 鋼筋網水泥砂漿面層加固示意圖

需要指出的是鋼筋網水泥砂漿面層加固墻體的強度，主要是通過砂漿與舊墻體間的粘結形成的，并不是靠鋼筋拉接而成.如果舊墻面清除不干凈，就會影響兩者之間的粘結效果。施工技術上特別強調，施工前必須鏟除原有墻面再灌漿，待漿液凝固后才可綁扎鋼筋網。抹灰層的砂漿強度等級宜采用M10，注意分層抹灰、養護。其墻面裂縫加固方法如圖2所示。

3、鋼筋混凝土面層加固法

此加固方法與鋼筋網水泥砂漿面層加固法在加固思路上是一致的。待加固磚墻表面除去粉刷層后，單面或兩面鋪設鋼筋網，間距宜為150~200mm，豎向鋼筋可采用φ12，橫向鋼筋可采用φ6，然后噴射混凝土。此法主要針對開裂嚴重(裂縫寬度通常大于1 mm)、原砂漿強度等級不低于M2.5的墻體.施工時需要支模板，所需配筋量較多。鋼筋網應與原結構有可靠連接，豎向鋼筋應與樓板和屋面板連接，沿豎向貫通所有加固樓層。實地常見做法是以高于加固鋼筋兩個級別以上的(φ14~φ18)、間距為1 000 mm的鋼筋加強樓板處的連接，底層鋼筋網需錨固在基礎上。水平鋼筋亦應與原墻體有可靠連接，墻體兩側的鋼筋網節點需間隔交錯設置拉結筋。

4、新增鋼筋混凝土構造柱和圈梁加固法

當砌體結構房屋的整體性不滿足要求時，可采用外加鋼筋混凝土構造柱連同圈梁加固。外加構造柱加固墻體后，抗剪強度提高不大，但其與圈梁共同作用，大大提高了墻體的延性和變形能力，對防止結構發生突然倒塌有顯著的效果，是提高砌體結構抗震能力最有效的措施之一。外加構造柱設置的位置，應在房屋四角、縱橫墻交接處、樓梯間四角及不規則平面轉角處等應力集中的部位；外加構造柱應沿房屋全高設置，由底層設起，不得錯位，與圈梁或鋼拉桿連成封閉系統。外加構造柱、圈梁可通過設置拉結鋼筋、銷鍵、脹管螺栓或壓漿錨桿與原墻體連接，新增圈梁和構造柱應與原構造柱、圈梁體系統形成整體。此法的施工難點主要集中在新增構造柱、圈梁與原有墻體的可靠連接、連接構件如何穿過原有樓板及新增構造柱基礎施工等技術環節。

結束語

由于砌體結構具有就地取材、施工方便、造價低廉、良好的保溫性能等優點，結合我國的基本國情，砌體結構仍是近期或相當一段時期內被廣泛使用的結構形式。實踐證明，按照國家規范正規設計、施工的砌體房屋同樣具有良好的抗震性能。

參考文獻

[1] 于紅杰，姚艷紅. 砌體結構抗震分析及防震措施[J]. 科技創新導報. 2009(01)

第7篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：基于性能；抗震設計；基于位移；基于能量；雙參數模型

近年來，關于基于性能的抗震設計理論的各種研究和探討在世界范圍內廣泛開展，其思想精髓已被地震工程界大多數人接受并掌握。從各國抗震規范修訂的動向看，可以說基于性能的抗震設計是21世紀世界抗震設計規范的大潮流[1]。

基于性能的抗震設計理論，于20世紀90年代初由美國學者率先提出，主要思想是[2]：根據社會經濟發展狀況及業主的經濟承受能力，　預先確定不同的性能水平，使設計的結構在設計使用期內遭受的不同水平地震作用下，能達到預期的目標性能水平，并使得結構在整個生命周期中費用達到最小。這一思想不同于以往的基于力的抗震設計或基于位移的抗震設計。因為力或位移是具體而明確的物理概念，而性能是一個宏觀概念，不像力或位移可以直接作為設計參數，也可以直接應用到設計中去[2]。因此，各國研究者在遵循基于性能的抗震思想前提下，紛紛尋求以各種結構反應參數（如應力、力、位移、能量以及一些定義的破壞指標）來表征結構的破壞程度，并使之直接成為設計參數的方法。其中以基于位移的抗震設計和基于能量的抗震設計研究較多，并逐漸將二者結合起來。

1　基于位移的抗震設計

直接基于位移進行抗震設計，即采用結構位移作為性能指標。該方法先假定結構的整體側移模式，并按照結構動力學的方法將實際的多自由度體系轉化為等效單自由度體系，采用與最大位移d相對應的割線剛度Ke和等效阻尼比ξeq來代替實際結構[3]，確定出等效單自由度體系結構的彈塑性地震位移反應，再根據側移模式反算出原多自由度體系各樓層的彈塑性地震位移反應，驗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設計方法和日本2000版的抗震規范及美國在Fema中提出的基于位移的設計方法等[4]。

第8篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：高層建筑；抗震性能；理念；具體方法

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

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：

地震因為其高破壞力和高不確定性兩個特征成為一種危害人類正常生活的重大自然災害。同時也成為包括高層建筑在內的絕大部分建筑設計和施工項目都必需考慮的一個重要因素之一[1]。因為在人類的發展歷史上，地震這一自然災害給人們帶來了巨大的經濟財產和人身安全的損失，于是在很早以前抗震設計就成為了建筑結構設計里的一個重要考慮因素，而建筑結構的抗震設計理念和方法也隨著歷史的進步在不斷的發展。雖然人類目前還無法準確預測地震災害并確保建筑物在地震中免受損失和破壞，但是已經形成了一套比較完整的理論和方法體系，在一定程度上能做到“小震不壞，中震不修，大震不倒”，并盡大可能的做到了減少因地震建筑物倒塌而給人們生命和財產帶來的的嚴重損失。

高層建筑結構抗震設計理念

一直以來，對于建筑物的抗震設計理念和方法的研究都是建筑結構設計中的一個必要考慮因素，而增強建筑物的抗震性能是理論研究者為之奮斗不懈的的目標。現有的抗震設計理念是經過以下幾個重要的階段而總結得來的。

一是剛性設計理念。這是人們應對地震這一自然災害所總結和研究出的第一個設計的理念。當時的地震工程學者對地震和抗震理論知識的了解還很少，很貧乏。學者普遍認為建筑物在地震中損壞甚至倒塌的主要原因是因為建筑物的剛度不夠，不能抵抗地震的巨大能量才會倒塌。按照這一設計理念人們在房屋的施工建設工程中就通過增加剪力墻的厚度和承重墻的鋼筋和水泥的比例，以此來保證墻體結構有足夠的剛度，從而時地基與整個主體建筑形成一個剛性的有機整體。但是這一理念有其自身所具備的局限性，因為強調對建筑物剛度的要求，使得建筑物在高度和跨度上的發展收到限制。

二是柔性設計理念。因為看到了剛性設計理念的先天性不足，在剛性設計理念之后，抗震設計專家和學者們又提出了一個與剛性設計理念全然不同的柔性設計理念。這一理念放棄了對建筑物剛性的追求并且利用柔性建筑在地震中建筑物可以有效的側移和形變的優點來減少地震對建筑物的損害。事實表明，這一設計理念具備了剛性設計理念所無法具備的優勢，并且在一些小的低等級的地震中能比較好的保證建筑物的完好[2]。但是也僅僅是限于應對低等級的地震，事實表明，當遇到較高等級的地震時，在這一設計理念的指導下所建設的房屋是沒有任何抵抗力的。

三是結構控制設計理念。這一設計理念主要是通過對建筑物的控制結構的設置使已有的結構和新生的結構共同抵御地震。最近這些年以來，這一設計理念被廣泛應用于橋梁和高層建筑物的抗震設計中。

第四個是性能設計理念。這一設計理念的主要思想是讓建筑物在面對不同等級地震的時候能有不一樣的與之對應的抗震能力與性能，體現了多級抗震設防的重要思想[3]。該理論是在之前剛性設計理念、柔性設計理念和結構控制設計理念的基礎之上發展的全新的理論，因為其較大的抗震優勢，使得它成為現階段實際應用最為廣泛的抗震設計理念。它具體表現為以下幾個方面：①盡可能增加多道抗震防線。每一個抗震機構的體系都不是一個單一的體系，而一般都是右多個有良好延性的系統構成，而每一個分系統又是通過有較好延伸性能和柔性的構件相互連接配合作用的。比如說有剪力墻-框架體系是由具有良好延性的剪力墻和柔性較高的框架組成，而剪力墻又是分為雙肢剪力墻和多肢剪力墻分體系。一般的，強地震都伴隨著一系列的余震，這就要求建筑物節構具備抵抗強震的第一道防線之后還能有第二道，第三道防線來抵抗接下來的余震，只有這樣，才能保證建筑物在強震之后仍舊能夠不倒塌。這就要求每一樓層里的主要抗震耗能構建在強震中屈服后其他的輔助構建仍具有彈性性能，從而延長構件的“有效屈服時間”。 ②增強薄弱部位的抗震性能。構件的實際承受能力和計算承受能力是對構件合理布置的基礎，當在實際地震過程中，構件的實際承受里高于計算承受力，也就是構件面臨承受力的不定集中的情況，這時候就需要通過其他的與之相連的輔助構件對它的承受力完成轉移[4]。在薄弱部位（很有可能出現力的集中的部位）增強抗震設計，提高其抗震性能，能夠有效做到保證建筑物在地震中變形小，不倒塌。

二、高層建筑結構設計方法

對于建筑結構抗震設計，通常要考慮高層建筑物的剛度、強度，和延性，因為不僅要保證整體結構在地震中能夠承受一定范圍內的軸壓力和剪力，同時還要做到在力過大的時候在允許結構有一定的變形但是不至于嚴重倒塌。這是抗震的主要內容，也是抗震的核心內容。而現在具體的設計方法有以下這些。

一是多采用強剪弱彎結構。建筑結構中的梁和柱子簡剪力破壞比軸向扭力破壞所帶來的后果要嚴重的多，所以在設計之中要增強粱柱和墻體的剪力弱化軸向彎力。另外與此類似的還應該多采用強柱弱梁和強節點弱構件的設計方法。

二是改善高層建筑結構均勻性設計。首先是高層建筑是一個三維結構，在地震中作用力的方向是任意的，使其側向兩軸在剛度上均勻是保證其抗震性和抗風性的重要因素[5]；然后是在沿豎直方向的層剪力剛性性能盡量不要發生突變；最后就是沿同一軸的各向抗側力結構要避免出現剛度較大而延性較低的結構。

三是加強短柱抗震性能。①改善建筑物整個結構的抗震性能可以通過縮小短柱的截面積，增大剪跨比進而提高短柱的計算受壓載重力的方式達到。具體的方法是增強混泥土的實際等級，降低其軸壓比。②采用鋼管混泥土的方式澆灌短柱。在由圓形鋼管構成的構件體系里澆筑混泥土保證了混泥土能夠在三個方向都能受到足夠強度的壓力，從而提高了混泥土本身的抗壓能力和極限應力，進而在保證剛度和強度的前提下增強了其延性。③采用分體柱結構。這種方法是通過人為的將柱子的抗彎性能降低到其抗剪性能之下，從而用短柱在地震中的延性破壞代替它的水平斷裂進而保證建筑物不易倒塌。

結語

隨著社會和科技的進步和發展，專家學者對建筑物結構抗震設計的理念也在不斷的更新進步，進步和先進的理念給我們帶來的是可靠的結構設計方法。雖然人類在戰勝地震這一自然災害的路上還是任重而道遠，但是我們有理由相信，隨著人們對已有地震經驗的總結，我們的抗震工程學者會研究出更好的高層建筑結構設計理念理念和方法，進而進一步保證人類生命和財產不受損失。

參考文獻:

[1] 張彭,解林偉.試析高層建筑結構設計理念及方法[J].陜西建筑,2011（08）

[2] 王欣.淺談高層建筑結構選型要點[J].科技創新導報,2010,(15)

[3] 鄭克勤.關于高層建筑結構設計探討[J].中華民居,2011(03)

第9篇：抗震設計方法范文

關鍵詞：平面不對稱結構；能力譜法；pushover分析；粘彈性阻尼器

中圖分類號：TU352.1 文獻標識碼： 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

平面不對稱高層建筑結構的質心和剛心不重合，在地震作用下，結構會產生較大的扭轉變形，在某些情況下甚至成為導致建筑破壞的主要因素。基于性能的抗震設計方法通過對不同地震水平下規定建筑物需要達到的不同的性能水準，使抗震設計從宏觀定性的目標向具體量化的多重目標過渡，更加的靈活和經濟。結構控制體系是在結構中附加耗能裝置，耗能裝置與結構一起振動，消耗輸入結構的能量，改“抗”為“消”，減小結構的振動，從而避免或減少結構的損傷破壞。

把基于性能的抗震設計思想與消能減震技術結合起來，同時既能發揮消能減震技術的優點，又能滿足業主對建筑結構性能的具體要求。本文主要針對平面不對稱結構在地震中的振動特點，在喬普拉平面不對稱結構模態推覆分析的理論[1]基礎上，通過能力譜法分別計算各階模態的地震反應，最后通過組合得到結構總體反應，把該方法運用到附加消能裝置的結構中，對消能結構來說，在推覆分析中考慮阻尼器附加剛度的影響，在運用能力譜法的計算中考慮阻尼器附加阻尼的影響。

1 消能減震結構性能目標

結構抗震設計的性能目標是在某一地震作用水平下而期望達到的性能水平，是地震水平和性能水平結合的產物。地震風險水平就是結構在未來可能遭遇到的地震作用的大小，結構的性能水平表示結構在地震作用下有限程度的破壞，包括結構和非結構構件破壞，可用層間位移角作為性能水平的量化指標。

我國抗震設計規范[2](GB50011)提出的“兩階段設計，三水準設防”的目標，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，其對應的基本抗震設防性能目標如下：

（1）發生常遇地震時，建筑物沒有或遭受輕微破壞，但不影響其使用；

（2）在中震時，建筑物發生中等破壞，但在維修后可以繼續使用；

（3）在罕遇地震時，建筑物沒有倒塌，以確保生命安全，但破壞嚴重，沒有維修加固的必要；

2 喬普拉模態推覆分析理論

Chopra在文獻中提出了模態pushover分析方法，適用于對稱線彈性結構，并通過一定的假定把它推廣到平面不對稱結構和結構屈服后的狀態，最后通過非線性動力分析驗證了該方法的精確性。把該方法運用于消能減震結構中做推覆分析同樣適用，只是在結構模型的構建中需考慮阻尼器的附加剛度，其余流程相同。

該方法基本假設為：

（1）忽略結構屈服后各模態坐標之間的耦合。

（2）結構的地震反應值是通過各模態反應的組合得到，如SRSS組合和CQC組合。

模態pushover分析其基本步驟如下：

（1）根據多自由度結構的彈性剛度、質量矩陣求解結構的前階動力參數:周期以及振型。其中。

（2）對于第階振型，建立基底剪力－頂點位移曲線。該步驟通過pushover分析完成，其中采用力的分布形式，，對于產生的兩個方向（X和Y）的pushover曲線，采用在振型位移中占主要部分方向的曲線。其中為自由度方向上的質量矩陣。

（3）將得到的pushover曲線理想化為雙折線曲線，確定基底屈服剪力和頂點屈服位移。將曲線轉化為等效單位質量SDOF體系力－位移關系曲線（能力譜曲線）。轉化關系為，，其中，，是選擇的推覆曲線方向振型的頂層數值，和與選擇的地震動方向一致。

（4）由曲線可以計算出等效單自由度體系的彈性周期并計算出阻尼，然后可以通過彈性反應譜、彈塑性反應譜或非線性動力分析計算出地震反應，重復上述步驟計算出每階模態的地震反應后通過一定的組合方式進行組合以得到結構總的地震反應。

3 需求譜曲線的確定及結構等效阻尼比

3.1 需求譜的確定

需求譜可由以下兩種方法來表示，即與等效阻尼比有關的線彈性需求曲線和與結構延性有關的非線性需求曲線。每一種又分為兩類，一類對應特定的地震紀錄，另一類對應著規范中的設計反應譜。本文根據我國現行的建筑抗震設計規范給出的加速度反應譜曲線來確定需求譜曲線。

規范設計譜轉化為需求譜后各段表達式如下：

（1）上升段：；

（2）水平段： ；

（3）下降段： ；

（4）傾斜段： ；

其中系數取值如下：

式中為結構等效阻尼比。

根據現行規范的加速度反應譜，按下式轉化為譜曲線：

（3-1）

將其轉化為不同阻尼比的彈性譜加速度一譜位移曲線，即為需求譜曲線。

3.2 結構等效阻尼比

粘彈性阻尼器減震結構的等效阻尼比由下式得到：

（3-2）

式中為結構的等效阻尼比；為結構的固有阻尼比，對混凝土結構一般取0.05； 為結構屈服后的滯回阻尼； 為阻尼器提供的附加阻尼。

關于阻尼比，眾多研究者進行了廣泛的研究，提出了許多計算方法，本文采用Gulkan和Sozen[3]提出的基于等效線性化的方法提出的計算公式：

（3-3）

根據文獻[4]，粘彈性阻尼器的附加阻尼比可以采用下面公式。

（1）彈性階段阻尼比

結構處于彈性階段時，粘彈性阻尼器附加阻尼比可以采用下式：

（3-4）

式中，為附加阻尼器裝置后結構的彈性基本周期，為第個質點的質量，為基本振型第樓層處的水平位移，為基本振型中第個阻尼器兩端的水平相對位移，為第個阻尼器裝置的水平傾斜角。

（2）彈塑性階段阻尼比

結構進入彈塑性以后，剛度退化，周期延長，此時的周期應為頂點位移下的等效周期, 為結構在下對應的等效剛度進行模態分析得到的振型向量。彈塑性階段粘彈性阻尼器發夾阻尼比為

（3-5）

式中為延性系數，，為結構理想雙折線恢復力曲線的第二剛度系數。

4 平面不對稱消能結構基于性能的抗震設計方法

本文對于基于性能的抗震設計方法采用能力譜法[5]，對于附加的消能裝置在設計過程中需要考慮其附加阻尼和附加剛度的影響。其詳細步驟如下：

（1）首先構建建筑結構的模型，并對結構進行抗震設計配筋。

（2）按喬普拉模態推覆分析對結構進行推覆分析，建立基底剪力一頂點位移曲線。將得到的推覆曲線根據等能量原則雙折線化并轉化為能力譜曲線。

（3）在假定的目標位移下，計算結構的等效阻尼比，建立所需需求譜曲線。

（4）計算性能點位移。將得到的雙折線能力譜曲線同假定位移下得到的需求譜曲線畫在同一坐標系中，兩曲線的交點為性能點，將性能點轉化為頂點位移，比較計算的頂點位移與初始假定位移，若誤差較大，則重復第（3）步，直到誤差在接受范圍內為止。

（5）根據第（4）步確定的頂點位移對應的各結構構件的割線剛度，進行模態分析并考慮高階振型對整個反應的貢獻，組合各振型反應，得到結構最終的頂點位移和層間位移。

（7）計算結構構件及消能器的內力反應，校核結構的配筋，進行消能器設計。

6 算例及其分析

某工程為10層鋼筋混凝土框架結構，平面形狀呈L型，層高均為3000mm，抗震設防烈度為8度，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。模型在X軸方向為6跨，B軸—C軸間距為2700mm，其余跨間距均為60OOmm，在Y軸方向為5跨，4軸—5軸間距為30OOmm，其余跨間距均為60OOmm，其平面圖1所示。粘彈性阻尼器的儲存剪切模量，損耗因子，粘彈性材料層數，厚度，剪切面積500mmx300mm，工作溫度為常溫，激勵頻率近似取基頻。阻尼器安裝形式為對角斜撐式安裝，每層均布，安裝位置如圖1中虛線所示。

圖1結構平面圖

6.1 結構初步設計及性能目標的確定

對結構進行初步的配筋設計，構件尺寸及材料如下：梁尺寸：300mm×500mm；柱尺寸：一層～三層為700mm×700mm,四層～十層為600mm×600mm；板厚：100mm；混凝土強度等級：梁、柱、板均采用C30；

結合我國抗震規范和本工程實例，對于本工程性能目標采用層間位移角來控制，性能目標確定為：小地震作用下，結構沒有出現明顯的非彈性變形，不影響其使用，層間位移角；中等地震作用下，不需要修理或需稍加修理，仍可繼續使用，要求層間位移角；大地震作用下，只有輕微損壞或經一般修理采取安全措施后可適當使用，層間位移角。

6.2 附加粘彈性阻尼器結構地震反應分析

在模型中計入粘彈性阻尼器的附加剛度后，對消能結構模型進行模態分析，計算得到結構基本周期為1.531s，根據基本周期可以算得粘彈性阻尼器阻尼系數和剛度為 ，。

對附加粘彈性阻尼器結構進行推覆分析，選擇Y方向作為推覆分析曲線方向，得到第一模態推覆曲線，并把把得到的推覆曲線雙折線化，雙折線化后得到其屈服點點坐標為（58.6mm，6146KN）,通過喬普拉模態推覆分析理論中的轉化關系把推覆曲線轉化為能力譜曲線。

（1）中震作用下消能結構性能分析（）

假定消能結構在中震作用下的頂點位移反應為，此時結構處于彈塑性狀態，此時根據公式（3-2）和（3-5）結構的等效阻尼比為，把根據此數值基于規范得到的需求譜同能力譜放入同一坐標體系內，如圖2所示，得到其交點為（54.42，0.083），此時，算得位移值為，與假設值基本相同，所以中震第一模態頂點位移反應值為，根據此時結構振型可以算得結構層位移及層間位移。對前三階振型計算得各自反應后，結構總體反應為各階模態反應值平方和開方（SRSS）組合得到，根據各階模態振型值算得各階模態層間位移值，組合后數值如表1所示。從表中可以看出，在中震作用下消能結構能滿足性能目標。

圖2 中震下能力譜與需求譜曲線圖3 大震下能力譜與需求譜曲線

（2）大震作用下消能結構性能分析（）

假定消能結構在中震作用下的頂點位移反應為，此時結構處于彈塑性狀態，結構的等效阻尼比為，把需求譜同能力譜放入同一坐標體系內，如圖3所示，得到其交點為（78.2，0.088），此時，算得位移值為，與假設值基本相同，所以大震下第一模態頂點位移反應值為，根據振型可得到層位移計層間位移。同樣組合前三階振型反應后得到大震下結構反應如表1，從表中可以看出，在大震作用下消能結構能滿足性能目標。

7 驗證分析及結論

為了驗證能力譜法計算結果的精確性，用彈塑性時程分析作為補充計算，選取兩條天然地震波（EI Centro波、LACC_NOR-1波），峰值分別調到對應地震大小的峰值，計算結果如表1所示。

表1 消能結構中、大震作用下層間位移對比（mm）

與能力譜法得到層間位移作比較發現，能力譜法在計算位移時偏于保守，二者有一定差值，這是因為能力譜法中需求譜采用的為基于規范的設計譜轉化而來，設計譜是許多條地震波對單自由度體系計算綜合統計的結果，而彈塑性時程分析的結果同所選的地震波的特性相關，同時由于彈塑性動力分析相比能力譜法對阻尼比較敏感，因此也會對計算結果產生影響。

通過具體的實例分析，并用彈塑性時程分析作為補充計算，分析結果說明了本文建立的針對平面不對稱結構利用多階模態推覆分析基于能力譜法的抗震設計的設計方法具有一定的精度，可以為今后采用能力譜分析平面不對稱消能結構地震反應時提供一種簡化分析的方法。

參考文獻

[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建筑抗震設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2002

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