长周期地震作用下减隔震连续梁桥的动力性态及控制

在高频地震作用下，减隔震桥梁优良的抗震性能已被广泛认可，但对长周期地震动作用下的动力性态及其减隔震性能国内外研究得较少。而近场或远场地震都会出现不同特征的长周期地震动，其对减隔震桥梁的影响成为迫切需要研究的问题。.本项目拟揭示近、远场长周期地震动不同输入水平下减隔震连续梁桥的动力行为，并提出其性态控制目标，进而对桥梁减隔震体系及参数进行优化。首先，基于近场和远场长周期地震记录，研究其谱特征和幅值特征对桥梁地震响应的影响，提出合理的输入水平评价方法；其次，分析远场长周期地震不同输入水平下桥梁的动力响应及减隔震性能，并提出合理的评价指标及性态控制目标；再次，建立近场长周期地震下考虑桥梁极限行为的动力灾变模型，研究桥梁的非线性演化过程、主要失效模式及灾变机理，进而提出其性态控制目标；最后，考虑减隔震体系与桥梁结构参数的协调性与敏感性，通过减隔震体系及参数的优化，提出基于性态控制的合理减隔震体系。

近年来，减隔震桥梁的应用越来越多，以及长周期地震动的频繁发生，长周期地震动作用下减隔震桥梁的抗震性能成为迫切需要研究的问题。本课题针对上述问题，对近远场长周期地震动的界定参数和界定标准、评价长周期地震动的强度指标、近远场长周期地震动作用下减隔震桥梁的动力响应特性及支座的减隔震性能、以及参数优化建议和性态控制策略进行了系统的研究。主要成果如下：.（1）提出了常规地震动与长周期地震动的界定参数及量化标准。用β谱曲线2s到10s谱值和周期的平方加权平均值βl作为长周期地震动界定的参数，并且提出具体的量化标准：βl＞0.4低频成分占主导地位的地震动为长周期地震动，βl＜0.2高频成分占主导地位的地震动为短周期地震动（即常规地震动）；0.2≤βl≤0.4介于两者之间的地震动为中长周期地震动。这将为柔性桥梁抗震分析时长周期地震动的选取和评价提供依据和量化指标。.（2）提出了近、远场长周期地震的界定参数及量化指标。根据远场及近场长周期地震动的能量分布的非稳定性，提出了一维能量峰值系数CFE作为界定远场及近场地震动的参数。并且初步提出能量峰值系数CFE值远大于15为远场长周期地震动，远小于15为近场长周期地震动。为近场和远场长周期地震动的选择提供了量化依据。.（3）提出了对自振周期较长的结构不利的地震动选择所依据的参数。将13个常用的地震动强度指标分为4类，研究了结构主要地震响应与地震动强度指标之间的相关性。建议采用Sa(T1)强度指标作为衡量地震动强度的指标参数；并且对于长周期结构，亦可以考虑用Sa(2-10)作为选择地震动的指标。.（4）研究了长周期地震动作用下减隔震桥梁的动力响应特性及支座的减隔震性能。在长周期地震动作用下支座的减隔震性能有所降低，特别是近场地震动的脉冲特性对其影响较大，但依然可以发挥一定的减隔震作用；同时，在远场长周期地震动作用时，当结构的自振周期与地震动的卓越周期接近时，地震响应较大。.（5）提出了长周期地震动作用下减隔震连续梁桥性态控制策略。当支座变形无法满足容许变形要求时，可采取提高支座屈服力、增大屈前刚度以及硬化比的措施，其中改变硬化比的效果相对更好。当支座剪力、墩底剪力或墩顶位移无法满足要求时，可采取提高支座屈服力、减小屈前刚度和硬化比的措施。