弯扭复合作用下组合结构高架桥抗震性能研究

近年发生的多次地震中，很多高架桥尤其是墩梁固结的斜、弯桥产生了较严重的弯-扭破坏。目前，组合结构在我国城市高架桥中应用日益增多，由于钢管混凝土柱的复合受力研究较少，有关理论和方法尚不完善，因而在抗震评估中难以有效考虑扭转作用的影响。此外，对于曲线桥和斜桥等空间作用较为明显的桥梁形式，单向地震下的结构反应分析方法已经无法满足要求。针对上述问题，本课题计划通过一系列矩形和圆形钢管混凝土柱的复合受力试验，研究不同加载路径和加载方式下钢管混凝土柱的破坏机理和滞回关系，重点发展能反映扭转作用的修正纤维模型。在此基础上，将修正后的组合结构纤维模型集成到斜弯高架桥的非线性分析中，通过非线性时程分析方法研究组合结构高架桥的抗震性能，并发展适用于斜弯高架桥且能反映扭转作用的Modal Pushover方法。课题成果将有助于提高组合结构高架桥的抗震安全性。

对于墩梁固结的钢-混凝土组合结构桥梁，墩柱在地震作用下可能产生较严重的弯-扭破坏。本课题重点研究了钢管混凝土墩柱在复杂受力状态下的抗扭性能，并提出了有关的数值模型。取得的主要成果包括：（1）完成了一系列钢管混凝土柱的弯、压、扭复合受力试验，变化的参数包括加载方式、截面形式等，重点研究不同内力组合下钢管混凝土柱的内力分布、破坏模式和滞回特征，为建立理论模型提供了基础。（2）采用通用软件建立了钢管混凝土墩柱的精细化有限元模型，并提出了可分析组合柱纯扭受力的分层筒理论模型，对组合墩柱的受力性能进行了模拟，得到了钢管混凝土墩柱在复杂受力条件下的工作机理。（3）提出并实现了能够考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元，计算结果与试验结果符合良好且计算效率较高。（4）利用开发的模型对钢-混凝土组合梁桥在地震作用下的受力性能进行了弹塑性时程分析，考察了此类弯桥在复杂加载条件下的受力性能。