强震作用下基于多尺度模型的超高墩大跨连续刚构桥动力失稳灾变机理研究

Long-span continuous rigid frame bridges with super high piers is the preferred bridge type to deep valleys and complex mountains, whose dynamic stability is the key factor to its structural safety subjected to earthquake ground motions. This project will study the mechanism of dynamic instability of the long-span continuous rigid frame bridges with super high piers by the theoretical study, numerical simulation and model test.first,build the multi-scale model to analysis the nonlinear stability of the long-span continuous rigid frame bridges.Second,offer the dynamic instability criterion subjected to Long-span continuous rigid frame bridges with super high piers. and last,study its mechanism of dynamic instability subjected to strong earthquake ground motions.The research of this project has great significance to carry out the performance-based seismic design of long-span continuous rigid frame bridges.

超高墩大跨连续刚构桥作为山高谷深、地形复杂山区的首选桥型，由于兼有墩高、跨大等特点,其动力稳定性能已成为该类桥梁结构在地震作用下能否保证结构安全的重要因素。本项目拟采用理论研究、多尺度数值仿真及实体模型试验相结合的方法研究超高墩大跨连续刚构桥动力失稳灾变机理。首先，建立超高墩大跨连续刚构桥非线性稳定分析的多尺度模型；其次，提出该类结构适用的动力失稳判定准则；最后，揭示强震下超高墩大跨连续刚构桥动力失稳灾变机理。本项目的研究成果对于开展超高墩大跨连续刚构桥基于性能的抗震设计研究具有重要意义。

超高墩大跨径连续刚构桥作为山高谷深、地形复杂山区的首选桥型,在抗震救灾等各种情况下扮演着重要生命线工程的角色。课题组开展了强震作用下基于多尺度模型的超高墩大跨连续刚构桥动力失稳灾变机理研究。根据项目的规划进行了结构多尺度模型及理论的演技分析，提出了结构分析的多尺度传递矩阵法及多尺度有限元建模技术，并对高墩大跨连续刚构桥的结构静力、动力和稳定性进行了分析，获得了有意义的结论；对连续刚构桥的桥墩高度、桥墩截面尺寸等结构参数进行了分析，研究了结构参数对高墩大跨连续刚构桥的动力行为的影响，为该类结构的抗震设计提出了建设行的建议；通过理论研究建立了结构静力稳定、动力稳定分析的传递矩阵法，为结构的稳定分析提供了一条新的途径，并进一步完善了传递矩阵法在工程领域中的应用；将精细积分法引入到结构的传递矩阵求解中，提出了结构分析的精细传递矩阵法，并将其应用于结构的静动力稳定分析；运用Opensees非线性分析软件建立了高墩大跨连续刚构桥的局部非线性纤维模型，模拟该类结构的局部非线性行为，为多尺度模型的建立提供了有效途径；进行了工况特性模拟的模型振动台试验，研究了墩梁耦合效应对高墩大跨连续刚构桥的地震灾害的影响，确定了结构的薄弱部位、损伤模型及灾变历程；结合试验模型开展了有限元仿真分析，进一步研究了结构在不同地震强度下的动力行为，为该类桥梁结构的抗震设计提供了有建设意义的建议。同时，为了满足实体模型试验的需要，开展了振动台拓展设备的研究，为保证大跨桥梁结构的振动台试验顺利进行提供了设计方案。