震后可快速恢复双柱式摇摆桥墩抗震机理及试验研究

As important transport hub engineering of transportation lifeline systems, bridges have a significant effect on the resilience of post-earthquake serviceability. Rocking structural systems with negligible residual deformations and considerable energy dissipation capacities are able to limit the seismic damage of the systems to a number of pre-designed rocking-contact surfaces and avoid the major damage in the structures. The novel two-column rocking bridge piers proposed in this project can effectively mitigate seismic damage of load-resistance members, improve the seismic performance of bridges and provide preferable post-earthquake resilience to the bridges. Comprehensive theoretical analyses, numerical simulations and experimental studies will be performed in this project with specific focus on the optimization of critical details of rocking connections, the investigation of hysteretic behavior and post-earthquake resilience of rocking piers, as well as the methodology of performance-based seismic design of rocking bridge. The primary objectives of this project are to study seismic performance and failure modes, develop nonlinear analytical models and practical design formulas, evaluate post-earthquake resilience, and propose performance-based seismic design method of the novel rocking two-column bridge piers under complex loadings. This research program aims at providing seismic design principles and technical supports for the development and engineering application of rocking bridge systems.

桥梁作为交通生命线的枢纽工程，是震后交通基设施系统能力恢复的关键所在。摇摆结构体系可将地震损伤控制在摇摆界面以避免主体结构破坏，且具有较好的自复位能力和耗能能力，因此在减小桥梁结构破坏，提高地震恢复能力方面具有显著优势。为提高桥梁结构的抗震性能和震后恢复能力，本项目拟开发出一种新型震后可快速恢复功能的双柱式摇摆桥墩，通过理论分析、数值模拟与模型试验等手段，围绕复杂受力条件下可快速恢复功能双柱式摇摆桥墩的“关键连接构造”、“滞回性能”、“震后恢复能力”和“基于性能的抗震设计方法”等开展应用基础研究，揭示该类摇摆桥墩的力学机制和损伤破坏机理，建立其非线性力学分析模型和实用计算公式，评估其地震恢复能力，并提出基于性能的震后可快速恢复双柱式摇摆桥墩抗震设计方法。本项目为震后可快速恢复摇摆桥梁体系研发和工程应用打下基础，为摇摆桥梁结构的抗震设计提供理论基础和技术支撑，具有重要的理论意义和工程价值。

大震不倒，且震后无需修复或者稍加修复就能恢复正常使用功能理念的震后功能可恢复桥梁结构是桥梁地震工程研究的热点之一。同时具有控制损伤和自复位能力的摇摆结构，是实现结构功能可恢复的一种有效途径。本项目采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合方法对震后可快速恢复双柱式摇摆桥墩抗震性能、理论分析模型及其设计方法等开展了系统的研究。主要研究内容有（1）基于无粘结预应力技术和新型耗能装置协同工作机理，研发出了一种新型震后可快速恢复双柱式摇摆桥墩，确定了其的关键构造形式和连接方式；（2）通过拟静力试验和振动台试验揭示了该类双柱式摇摆桥墩的力学行为、破坏机理和失效模式；（3）建立了震后可快速恢复双柱式摇摆桥墩的非线性理论分析模型并进行了非线性动力分析，另外对双柱式摇摆桥梁体系进行了地震易损性分析，确定了该类双柱式摇摆桥墩损伤状态、损伤指标和破坏准则。（4）建立了基于性能的震后可快速恢复双柱式摇摆桥梁结构的抗震设计理论和方法，并将该设计理论和方法成功应用于我国首座摇摆桥梁工程—黄徐路跨线桥。本项目成果为摇摆桥梁结构的抗震设计提供了理论基础和技术支撑，具有重要的理论意义和工程价值。