强震作用下隔震连续梁桥精细动力行为的多尺度分析与试验研究

The outstanding seismic performance has earned great reputation for the existing isolated bridges. The intensifying earthquakes in recent years together with the immature theory in analyzing dynamic behaviors of isolated bridges have drawn much attention to their dynamic performance under severe earthquakes. Combining theoretical analysis, numerical simulation and experimental study, the refined theory of seismic dynamic behavior and theory of isolated continuous beam (ICB) bridge will be researched by multi-scale method herein, which includes: (1) Focusing on the notable nonlinearity of isolation devices, the limitation of existing experimental data, and the common gap between tests and reality, the refined parameter recognition technology of isolation devices in the ICB bridge will be studied based on the ICB bridge model experimental data. (2) The effective modeling, connecting and crossing technique between diversely scaled models in seismic analysis of ICB bridge under severe earthquakes will be studied. The multi-scale dynamic analysis method of seismic response of ICB bridge will be established to realize accurate prediction of structural local response, and will be verified with experimental data. (3) Based on the above, the influence of multi-point excitation, travel wave effect and other complicated factors will be evaluated on the seismic multi-scale dynamic behavior of ICB bridge. Damage evolution and failure mechanism of ICB bridge under strong/severe earthquakes will also be explored. The objective of this study is to provide a scientific basis for the design theory development of isolated bridge.

现有隔震桥梁已体现出较优越的抗震性能，然而近年来地震愈演愈烈，且隔震桥梁地震响应的精细分析理论目前尚不成熟，使其在强震下的动力行为备受关注。本课题将理论分析、数值模拟和试验研究相结合，借助多尺度方法开展隔震连续梁桥地震动力行为和机理的精细分析理论研究，主要内容包括：（1）针对隔震装置非线性特性显著、现有实测数据有限、测试工作通常脱离实际工程而进行等特点，基于隔震连续梁桥模型实验数据，开展连续梁桥中隔震装置关键性能参数的精细识别技术研究。（2）研究隔震连续梁桥地震动力分析中不同尺度模型的有效构建、衔接和跨越技术，建立隔震连续梁桥地震响应的多尺度动力分析方法，实现对结构细部响应的精准预测，并采用试验结果进行验证。（3）研究多点激振、行波效应等复杂因素对隔震连续梁桥地震多尺度动力行为的影响，探索强（极）震下隔震连续梁桥的损伤演化规律及破坏机理，以期为连续梁桥隔震设计理论的精细化发展提供科学依据。

强震作用下连续梁桥发生落梁、倒塌、墩柱破坏等典型地震灾害，制约灾后救援工作效率的同时，严重威胁我国社会经济建设与可持续发展，因而保障连续梁桥在强震作用下的抗震安全性能至关重要。本项目针对强震作用下隔震连续梁桥地震动力行为研究中的几个关键问题，开展了强震作用下隔震连续梁桥精细动力行为多尺度模拟与试验研究。主要研究内容包括：（1）将传统减隔震技术与新型材料（如形状记忆合金材料）相结合，研发了系列集强环境适应性、耗能、复位性能于一体的多功能减隔震装置，并提出了一种适用于超弹性橡胶材料单轴拉伸、双轴拉伸、平面剪切性能参数的有效识别方法。（2）基于多尺度分析理论，建立了考虑空间特性的新型隔震支座、桥梁关键构件精细化数值模型，完善了减隔震桥梁构件及全桥精细化地震响应分析方法。在此基础上，开展了新型隔震支座模型试验与隔震连续梁桥缩尺模型振动台试验，通过对比多尺度数值模拟与试验结果，验证了多尺度分析方法表征构件局部及全桥精细化响应的有效性。（3）考虑隔震连续梁桥结构空间复杂性、地震动随机性、减隔震装置的温度敏感性，采用隔震支座精细化数值模型，深入研究了强震作用下隔震连续梁桥精细化地震响应，提出新型减隔震支座的隔震连续梁桥设计方法。在此基础上，进一步研究了考虑环境因素影响的新型减隔震支座隔震连续梁桥减隔震性能。（4）基于考虑混凝土材料损伤的多尺度模型及其动力分析方法，研究了强（极）震作用下隔震连续梁桥主梁、桥台结构碰撞损伤累计效应，揭示了其破坏机理。在此基础上，采用弹性拉索、粘滞阻尼器等减震措施，分别基于零阶优化算法、层次分析法对隔震连续梁桥进行减震控制及其性能研究，进而控制强（极）震作用下隔震连续梁桥碰撞响应。上述研究成果已针对西安太白大桥、连徐高铁新沂河特大桥、盐通高铁九圩港大桥等开展了应用研究，为指导强震作用下隔震连续梁桥的减隔震设计与性能分析提供科学有效的应用参考。