利用主梁质量和支座性能的连续梁桥调谐减震设计方法

In the seismic isolation design of bridge, the design parameter usually depends on the experience of designers or needs a lot of repetition and trial. Due to the lack of theoretical basis, the performance of seismic isolation design has not yet fully exploited. According to the unique structure of continuous beam bridge, a novel tuning design method is proposed in this project. In this design method, the pier is regarded as the main structure, while the girder is taken as the additional mass. By setting a novel composite tuned seismic bearing, the bearing and girder can form a complete tuning dynamic system, so that the mass tuning damping theory can be employed in the seismic isolation design for continuous beam bridge. Thus, the damping efficiency can be improved. In this project, theoretical analysis, physical test and numerical simulation are adopted to investigate the basic and key issues in the mass tuned design for continuous bridge, which involves 1) the mechanical model of the continuous bridge and optimal design method; 2) the development and mechanical performance of novel composite tuned bearing; 3) the seismic performance of the continuous beam bridge. This project aims at proposing the Tuning design method for the continuous beam bridge, promoting the application of structural control technology in bridge engineering, and improving the seismic disaster prevention capability of bridge.

在桥梁减隔震设计中，设计参数的选取较多地依赖设计人员经验或多次试算，缺乏明确的理论依据，不能充分发挥减隔震设计的效能。本项目针对连续梁桥的结构形式，提出了利用主梁质量和支座性能的调谐减震设计方法。在该设计方法中，将墩柱视为主体结构，主梁视为附加质量，通过设置新型的组合调谐减震支座，使主梁和支座形成完整的可调谐动力系统，由此可根据调谐质量减震理论对连续梁桥的抗震性能进行优化，提高桥梁减震效率。本项目拟采用理论分析、试验研究以及数值模拟等多种技术手段，对连续梁桥调谐质量减震设计方法中的基础性、关键性问题进行探究，主要包括：1）连续梁桥的力学模型和调谐减震优化设计参数；2）新型组合调谐减震支座的构造和力学性能；3）调谐质量减震连续梁桥的综合抗震性能研究。通过本项目的研究，旨在优化连续梁桥减震设计方法，推动结构控制技术在桥梁工程中的应用，提高桥梁工程的抗震防灾能力。

连续梁桥在地震作用下常受到明显的损伤，系统阐释连续梁桥的损伤演化机理，开发新型低震损结构体系和关键构造对于提升连续梁桥的抗震性能具有重要意义。针对固定墩损伤集中的难题，提出了墩群协同抗震设计方法，研发桥墩连锁装置，推导得到该装置的刚度需求，通过非线性分析证明了该装置的有效性，其可充分利用滑动墩的抗侧能力，实现地震力在固定墩和滑动墩的均匀分布；以小半径曲线连续梁桥为对象，建立了其在不同地震动输入角度下的地震损伤概率模型，得到了不同桥墩的易损性曲线，证明了小半径曲线连续梁桥的地震响应对于地震动输入角度的敏感性；为了控制墩梁节段的局部塑性损伤，开发了钢-UHPC组合墩梁节点，通过拟静力往复试验证明了该节点的损伤控制能力，并提出了该节点的刚度、承载力设计方法；通过非线性增量动力分析，证明了传统双线性模型会严重低估支座和桥墩的地震力需求，对于动轴力效应较强的大跨度连续梁桥，有必要考虑动轴力效应带来的支座峰值恢复力、峰值变形放大效应。项目阐释了连续梁桥的地震损伤机理，并从宏观结构和细部构造两个层次提出了设计建议，可为提升我国连续梁桥结构的抗震性能提供技术支撑。