考慮殘余位移和土-結(jié)構(gòu)相互作用的橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)及評(píng)估.pdf

1、在強(qiáng)震作用下，橋梁會(huì)因彈塑性變形而產(chǎn)生較大的殘余位移，這就使得結(jié)構(gòu)即使未發(fā)生倒塌破壞，也會(huì)因較大的殘余位移而不能使用或修復(fù)。而土-結(jié)構(gòu)相互作用的問(wèn)題，由于地基土參數(shù)的不確定性和基礎(chǔ)形式的多樣性，一直以來(lái)都是橋梁抗震研究中的難點(diǎn)。因此，本文針對(duì)目前我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和性能評(píng)估方法中存在的不足，在總結(jié)和吸取以往國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，以多自由度全橋結(jié)構(gòu)和等效單墩模型為對(duì)象，就考慮殘余位移影響的橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法、考慮土-

2、結(jié)構(gòu)相互作用的橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究工作如下：
　　 1.研究了土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)高柔橋墩彈塑性地震響應(yīng)的影響，并對(duì)彈塑性反應(yīng)譜進(jìn)行了參數(shù)影響研究，從而建立了與《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相符的彈塑性反應(yīng)譜。(1)建立了考慮地基柔性效應(yīng)的高柔橋墩分析模型，研究了土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)高柔橋墩彈塑性地震響應(yīng)的影響；(2)依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，選取了四類(lèi)場(chǎng)地的320條強(qiáng)震記錄，系統(tǒng)地研究了地震動(dòng)

3、特性及恢復(fù)力模型動(dòng)力參數(shù)對(duì)彈塑性反應(yīng)譜的影響，進(jìn)而為彈塑性反應(yīng)譜的建立提供了指導(dǎo)依據(jù)；(3)建立了與《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相符的彈塑性加速度譜、彈塑性位移譜和殘余位移譜，進(jìn)而為考慮殘余位移影響的橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法的提供了設(shè)計(jì)譜依據(jù)。
　　 2.系統(tǒng)地研究了單自由度系統(tǒng)和多自由度橋梁結(jié)構(gòu)的地震能量響應(yīng)及其分配規(guī)律，從而建立了與《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相符的能量反應(yīng)譜。(1)利用所選取的四類(lèi)場(chǎng)地320條強(qiáng)震記錄，采用非

4、線性能量反應(yīng)時(shí)程分析法，系統(tǒng)地研究了地震動(dòng)特性及恢復(fù)力模型動(dòng)力參數(shù)對(duì)單自由度系統(tǒng)地震能量響應(yīng)及其分配規(guī)律的影響，為能量反應(yīng)譜的建立提供了指導(dǎo)依據(jù)；(2)對(duì)考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的客運(yùn)專(zhuān)線雙柱式橋墩進(jìn)行了地震能量響應(yīng)分析，研究了多自由度橋梁結(jié)構(gòu)的地震能量響應(yīng)及其分配規(guī)律；(3)建立了與我國(guó)現(xiàn)行的《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相符的地震總輸入能量譜、滯回耗能譜等，進(jìn)而為正規(guī)化累積耗能參數(shù)的研究以及橋墩結(jié)構(gòu)基于能量的抗震驗(yàn)算方法提供了相應(yīng)的譜依據(jù)。<

5、br>　　 3.提出了考慮殘余位移影響的橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，并改進(jìn)了橋墩結(jié)構(gòu)基于能量的抗震驗(yàn)算方法。(1)基于改進(jìn)的Park-Ang雙參數(shù)地震損傷評(píng)估模型，統(tǒng)計(jì)回歸了四類(lèi)場(chǎng)地的正規(guī)化累積耗能參數(shù)，得到了基于損傷性能指標(biāo)的等效位移延性系數(shù)；在此基礎(chǔ)上，以損傷指標(biāo)作為性能指標(biāo)，將等效位移延性系數(shù)、彈塑性位移譜和殘余位移譜相結(jié)合，提出了考慮殘余位移影響的橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，給出了具體的算例，并采用非線性時(shí)程分析法驗(yàn)證

6、了本文所提出的抗震設(shè)計(jì)方法的可行性；(2)利用所建立的地震總輸入能量譜和滯回耗能譜，對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)基于能量的抗震驗(yàn)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，并將它應(yīng)用于橋墩的設(shè)計(jì)實(shí)例中。
　　 4.針對(duì)我國(guó)的橋梁結(jié)構(gòu)，提出了改進(jìn)的簡(jiǎn)化能力譜法以及能夠考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的脆弱性分析方法。(1)建立了與我國(guó)現(xiàn)行的《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相符的彈塑性需求譜和強(qiáng)度折減系數(shù)譜，并結(jié)合ATC-40和FEMA356能力譜法的優(yōu)點(diǎn)，提出了改進(jìn)的簡(jiǎn)化能力譜法，并用客運(yùn)專(zhuān)線

7、雙柱式橋墩工程實(shí)例檢驗(yàn)了改進(jìn)方法的計(jì)算精度；(2)以客運(yùn)專(zhuān)線雙柱式橋墩為研究對(duì)象，驗(yàn)證了將FEMA440考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的能力譜法應(yīng)用于我國(guó)橋梁工程抗震性能評(píng)估的可行性。(3)將FEMA440中考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的能力譜法與結(jié)構(gòu)脆弱性分析相結(jié)合，提出了綜合考慮地基柔性效應(yīng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)和基礎(chǔ)阻尼效應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)脆弱性分析方法，并以此建立了城市高架橋的脆弱性曲線，進(jìn)而與不考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用所得的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了本文方法的優(yōu)越