基于推倒分析的连续梁桥地震位移需求的简化预计理论研究

Performance-based seismic design is the future development direction of Chinese seismic design code for bridges, which extremely needs one simplified analysis method to calculate the plastic seismic response of bridges. The simplified prediction of seismic displacement demand based on pushover analysis is capable of facilitating the process of displacement-based seismic design and achieving the idea of performance-based seismic design. However, more research work is required to improve the theoretical basis in plastic range and stabilize the calculation convergence. With continuous bridges, including the irregular continuous bridges, as the object of study, this research project will use theoretical analysis, inelastic time history analysis, shaking table test and other approaches to improve the theoretical basis of pushover analysis. Firstly, the study of elastic-plastic seismic response characteristics of continuous bridges will be carried out to explore the modal coupling mechanism, and to reveal the evolution rules of the structure instantaneous modes, the inertia force model, the displacement figure and other parameters. Secondly, the structural mechanism of the capacity spectrum and the inelastic demand spectrum will be studied to obtain the reasonable pushover analysis method which can build the capacity spectrum, and to get the reasonable inelastic demand spectrum which can adapt to the variations of post-yield stiffness ratio and other parameters. Finally, influences of the material nonlinearity, the earthquake uncertainty, and other accidental factors will be considered to study the simplified prediction method of the seismic displacement demand based on pushover analysis. The project outcome can improve the theoretical basis of pushover analysis in plastic range, and obtain the simplified prediction method of seismic displacement demand based on pushover analysis, which is applicable to various kinds of straight continuous bridges, and can reduce the their seismic design cost and improve their seismic design theory.

基于性能的抗震设计是我国桥梁抗震规范的未来发展方向，它目前迫切需要一种简化分析方法来计算桥梁的塑性地震反应。推倒分析方法有希望满足这种需要，但目前其塑性范围的理论基础尚不严密，导致计算效果不稳定，因此有必要进一步研究。本项目以包括非规则梁桥在内的连续梁桥为例，拟采用理论推导、非线性时程分析、振动台试验等手段，开展以下研究工作：（1）进行连续梁桥的弹塑性地震反应特征的精细化研究，探索桥墩屈服后的振型耦合机理，揭示结构瞬间振型、惯性力模式、位移形状等的变化规律；（2）开展能力谱和非弹性需求谱的构建机制研究，确定获得能力谱的合理推倒分析方法，建立适应结构屈后刚度比变化等需要的非弹性需求谱；（3）在考虑偶然性因素的基础上，进行基于推倒分析的地震位移需求的简化预计方法研究。本项目研究成果将完善推倒分析的塑性理论，并提出通用于不同形式连续梁桥（主要为直线桥）的基于推倒分析的地震位移需求的简化预计方法。

基于性能的抗震设计是我国桥梁抗震规范的未来发展方向，它目前迫切需要一种简化分析方法来计算桥梁的塑性地震反应。基于推倒分析的相关方法有希望满足这种需要，但目前其塑性范围的理论基础尚不严密，导致计算效果不稳定，因此有必要进一步研究。本项目以包括非规则梁桥在内的连续梁桥为例，采用理论推导、非线性时程分析、振动台试验等手段，开展了以下研究工作：（1）编写了地震动力增量分析程序、地震易损性分析程序和风险评估程序，进行了高铁连续梁桥和公路连续梁桥的弹塑性地震反应特征的精细化研究，探索了构件损伤次序和桥墩屈服后的振型耦合机理，揭示了结构瞬间振型、惯性力模式、位移形状等的变化规律；（2）开展了能力谱和非弹性需求谱的构建机制研究，确定了获得能力谱的多次推倒分析方法和单次推倒分析方法，在考虑各种偶然性因素的基础上，进行基于推倒分析的地震位移需求的简化预计模型和简化预计方法研究；（3）发现了最大的偶然性因素是摩擦的产生机理和作用效应，通过编写抗震分析程序，分析了各种抽象的摩擦物理模型的地震反应规律，具体包括纯摩擦系统、弹簧-摩擦系统，阻尼-摩擦系统、弹簧-阻尼-摩擦系统，另外考虑了摩擦的空间变化的影响。本研究针对连续梁桥，探索了桥墩屈服后的振型耦合机理，揭示了结构瞬间振型、惯性力模式、位移形状的变化规律，提出了能力谱和非弹性需求谱的构建方法，建立了基于推倒分析的地震位移需求的简化预计模型，提出了连续梁桥的基于推倒分析的地震位移需求的简化预计方法。研究成果一定程度上完善了基于推倒分析的抗震计算的塑性理论基础，为基于位移的简化抗震设计理论的发展奠定了前期基础，为桥梁结构的基于性能抗震设计思想的实现提供重要的技术支撑。研究结果总体上与预期结果相符，但也存在不相符的成分，本报告给出了具体的解释，并衍生出了多个新的研究方向，本课题对部分新方向开展了研究，例如研究内容（3），但更多的内容有待于未来研究。

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