城市轨道交通高架桥约束连接系统抗震性能研究

It is very important for the reliability of viaduct earthquake response analysis and the availability of unseating prevention devices to grasp accurately the constitutive relation of the restraint and link system for urban mass transit viaduct. The project is planned to start from the summary of the earthquake damage characteristics of the bearings and rail fasteners commonly used in current urban mass transit viaduct to discuss the restoring force models which include the damage process. By the pseudo dynamic experiment and numerical analysis, the models will be tested and the parameters will be identified. In order to truly reflect the earthquake damage mechanism of urban mass transit viaduct, the nonlinear earthquake response analysis model which includes the damage process of the restraint and link system will be built hierarchically, to analysis the effect of restraint and link system to substructure and superstructure. Comparing with the real viaduct earthquake damages, the bridge model shaking table experiment and fine numerical simulation will be used to verify the reliability of the analytical method. On this basis, effective damping and unseating prevention measures will be studied for the different structural forms of urban mass transit viaduct. The performance indices which include the effect of the restraint and link system will be proposed. This project has important scientific significance and value of engineering to ensure the seismic safety of urban mass transit viaduct, and to promote the progress of isolation and unseating prevention technology.

准确掌握城市轨道交通高架桥约束连接系统在强震作用下的本构关系，对高架桥地震反应分析的可靠性及防落梁措施的有效性有着重要的影响。本项目拟从总结当前我国城市轨道交通高架桥常用支座和轨道扣件的各种震害特点入手，探讨其破坏过程中的恢复力模型，通过伪动力试验和数值分析进行检验并确定相关的参数；进而分层次研究支座等约束连接系统损伤过程对桥下部结构受力和梁间可能发生碰撞的影响，建立桥梁整体非线性地震反应计算模型，力求真实地反映城市轨道交通高架桥的震害机理，再利用桥梁模型振动台试验、精细数值模拟以及高架桥震害实例来验证分析方法的可靠性；在此基础上研究不同结构形式城市轨道交通高架桥有效的减震及防落梁措施；提出包含约束连接系统影响的适于城市轨道交通高架桥抗震设计的性能指标体系。本项目的研究对保证城市轨道交通高架桥整体结构的抗震安全，推动减隔震防落梁技术的进步具有重要的科学意义和工程价值。

准确掌握城市轨道交通高架桥约束连接系统在强震作用下的本构关系，对高架桥地震反应分析的可靠性及防落梁措施的有效性有着重要的影响。本项目开展了如下研究工作：.（1）总结当前我国城市轨道交通高架桥常用支座的震害特点，提出考虑破坏过程的支座恢复力模型；通过拟静力水平单向和双向加载试验，确定板式橡胶支座（三种不同连接方式）、滑板支座、盆式支座、高阻尼橡胶支座、多铅芯橡胶支座、球型支座的骨架曲线和加卸载特征，建立相应的支座非线性本构关系；利用有限元软件建立支座实体单元模型，考虑接触非线性等因素，与拟静力试验结果比较，分析了支座的抗震性能。.（2）选择当前我国城市轨道中常用的三类轨道扣件（WJ-2A 型、DTIII2型和ZX-3型），进行拟静力试验，通过比较试验数据与Hardin-Drnevich模型和Ramberg-Osgood模型的模拟结果，建立了动力本构恢复力模型。.（3）分层次建立了包含支座损伤、主梁碰撞、下部结构出现非线性、支挡防落梁装置（挡块）发挥作用的桥梁整体精细非线性地震反应分析模型，与真实震害比较，探讨了桥梁可能出现震害的机理，提出合理有效的支座和减震防落梁措施。通过数值分析，探讨了轨道及相邻结构对城轨高架桥地震反应和行车安全的影响，尝试利用多尺度模型高效实施抗震验算。.（4）分析比较了当前各国对支座等约束连接系统的规定，重点讨论了2012年版的日本铁道规范和2014年开始实施的我国城市轨道交通结构抗震规范的抗震验算内容。通过桥梁模型振动台试验研究了相邻桥跨的碰撞特征，探讨了防落梁装置的抗震性能，比较了支挡缓冲防落梁措施与拉杆防落梁措施的效果。在此基础上，提出了一套基于控制方向位移的约束连接系统抗震设计性能指标。