基于地震易损性的隔震连续梁桥设计参数优化及缓冲挡块防护研究

In high intensity area, isolated continuous girder bridge for structure are widely adopted. Isolation effects of bridge are greatly affected by design parameters of isolation device, gap size of expansion joint and limitation device (such as shear keys). Karhunen-Loéve(K-L) decomposition method is applied to describe the randomn characteristic of earthquake ground motion by a few of independent random variables, combined with uncertain parameters of structure, structure reliability intelligence computation new method, which is based on a neural network and support vector machine(SVM), is proposed to calculate seismic fragility curves/surfaces for isolated bridges. Based on this method, design parameters on the isolated bearings are investigated for the seismic fragility of isolated continous girder bridge.A new method on Isolation bearings parameters optimization calculation is put forward to, which is based on the minimum system seismic fragility of the whole bridge for target function and Pareto optimal set. The calculation formula or form for critical gap size of continuous girder bridge end is established, which is related with the earthquake ground motion input and structure characteristic parameters. This will provide some valuable reference for related terms supplement and inprovement in bridge seismic design code.Finally, the corresponding pounding theory, numerical and experimental analysis are emphatically investigaed between buffer shear keys and bridge structure subjected to strong earthquake ground motions, and the results will provide technical basis for design of buffer shear keys.

在高烈度地区，隔震连续梁桥结构被广泛采用。隔震装置的设计参数、伸缩缝间隙大小以及限位装置（如挡块）对桥梁隔震效果影响很大。本项目采用Karhunen-Loéve（K-L）分解法把地面运动的随机性描述为相互独立的随机变量，结合结构本身的不确定性参数，提出一种基于神经网络和支持向量机的结构可靠度智能计算的隔震桥梁地震易损性曲线/面计算新方法；基于此法，研究支座设计参数对隔震桥梁易损性的变化规律，提出以隔震桥梁结构体系地震易损性最小为目标函数，基于Pareto最优集的隔震支座参数优化计算新方法，为隔震桥梁支座参数的优化设计和选择提供新途径；建立隔震连续梁桥梁端伸缩缝防撞临界间隙与地震动输入、结构特性等参数的计算公式或表格，从而能对抗震设计规范中相关条款的补充和完善提供有价值的参考；重点研究强震作用下缓冲挡块与桥梁结构之间可能出现的碰撞进行理论、数值及试验分析并就设计缓冲挡块提供技术依据。

由于采用柔性隔震支座，桥梁结构地震响应对伸缩缝、挡块等构造措施的敏感性大大加强。本项目采用可靠度智能计算和地震易损性分析相结合的方法对隔震支座设计参数优化、梁端伸缩缝防碰撞临界间隙和缓冲挡块对隔震桥梁动力特性的影响进行了深入的研究。主要工作包括：1）考虑地震动的不确定性，并与结构自身材料性能、构件的几何参数、阻尼参数以及计算模型等的不确定性参数相见结合，将地震作用下结构地震易损性曲线的计算转化成结构可靠度的计算。提出一种基于神经网络和支持向量机的结构可靠度智能计算的隔震桥梁地震易损性曲线计算新方法。2）提出以隔震桥梁结构体系地震易损性最小为目标函数的基于Pareto最优集的隔震结构参数优化计算方法，为地震作用下隔震桥梁支座参数的设计和选择提供新的途径。3）经过易损性响应比值的计算，发现随着伸缩缝间距的增加，墩柱和隔震支座的易损性响应比减小，也即碰撞的影响减小。本项目实例中当伸缩缝间距超过（0.56～0.64m）时，碰撞已经基本不发生；利用凸集理论进行易损性分析，引用凸集模型模拟参数的不确定性，利用响应面对响应值进行拟合，并结合Matlab寻优函数获取响应面的最大值和最小值，从而得到包络易损性曲线，从而实现了对隔震支座不确定性的考虑。4）设计并加工了橡胶挡块试验加载装置；设计制作新型耗能缓冲挡块，进行缓冲挡块的撞击试验和压缩滞回性能试验；后续将提出其恢复力模型和并确定碰撞刚度取值，并基于地震易损性分析方法，建立LRB隔震连续梁桥结构碰撞响应关系，提出了橡胶缓冲挡块的设计方法。.依托本基金项目，共撰写19篇标注基金编号的论文，其中18篇已发表，1篇已录用；申请实用新型专利1项；课题组成员参加国际学术会议3次，国内学术会议6次；共培养硕士毕业研究生5名。