基于pushover分析的钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法研究

More than 200 concrete filled tube(CFT) arch bridges have been constructed in our country, most of them were built in earthquake zones. Therefore the seismic performance of CFT arch bridges has attracted attentions. Following the popularity of the performance based design philosophy in constructional engineering, many researchers dedicated themselves to popularizing this philosophy into bridge engineering. A pushover analysis based seismic performance evaluation procedure will be established for CFT arch bridges. As the basic preparation for following work, a creep increment stress evaluation procedure for core concrete in tube, a set of recursion formulas applied to creep effect FEM analysis for CFT members and a macroscopic elastic-plastic constitutive model applied in arc and parabola curved beams will be established first. Following above work, the seismic performance evaluation procedure for CFT arch bridges, based on nonlinear pushover analysis and equivalent single degree of freedom system approximation, will be under investigation. By comparing the results from the pushover and time history analyses，accuracy and creditability of seismic evaluation procedure will be discussed.

我国已有200多座钢管混凝土拱桥，而且多分布在地震区。钢管混凝土拱桥的抗震性能一直受到人们关注。随着基于性能的结构抗震设计理念在建筑工程领域的发展，许多学者也致力于在桥梁工程领域内推广该理念。 本研究将建立一套基于pushover分析的适用于钢管混凝土拱桥的抗震性能评估方法。作为基础准备工作，将建立管内核心混凝土徐变产生的应力增量计算方法，推导钢管混凝土构件徐变分析的有限元递推公式，建立适用圆弧和抛物线曲梁的宏观弹塑性本构模型。在这些研究的基础上，采用pushover分析方法，结合等效单自由度系统近似分析，建立适用于钢管混凝土拱桥的抗震性能评估方法。通过和传统动力非线性时程分析结果相对比，以讨论评估方法的可信性和精确性。

项目研究共分为三部分：钢管混凝土构件实验研究；钢管混凝土构件宏观弹塑性本构模型研究；钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法研究。. 钢管混凝土构件实验研究方面，设计了5类钢管混凝土实验构件，通过轴压试验，探讨各类试件内、外钢管变形情况和破坏形式、轴向荷载与应变关系以及肋板的不同布置方式对试件承载力的影响。. 钢管混凝土构件宏观弹塑性本构模型研究方面，确定将含钢率、轴压比、平面内弯矩比、混凝土立方体平均抗压强度、钢材屈服强度5个参数作为影响本构模型的参数，提出了一个圆钢管混凝土双向压弯构件的三折线恢复力模型。用所得模型对16个分组重新进行弯矩—曲率的计算，获得的结果与有限元计算结果相比较。结果表明两者吻合较好，验证了回归得到的恢复力模型的正确性。. 在钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法研究方面，将Pushover分析方法和增量动力分析IDA结合起来，尝试用多个等效单自由度体系的恢复力模型近似代替原结构进行IDA分析，这样不仅计算代价小，而且结果吻合较好。将考虑多振型组合的Pushover分析方法与IDA方法结合在一起，从而实现了对钢管混凝土拱桥全面的抗震性能评估，对基于结构性能的桥梁设计和评估的研究与实践，有一定的参考意义。.