具有多道抗震防线的桥梁抗震设计方法研究

According to the survey of bridge damages in Wenchuan Earthquake, it's found that some serious earthquake damages of bridges such as unseating and pier collapse are mainly caused by the lack of the seismic isolation design and multi-level seismic defenses. So a new bridge seismic design method with multi-level seismic defenses is put forward. This method combines with the advantages of both ductility seismic design method and seismic isolation design method, which can not only make the bridge repaired more conveniently and economically under moderate earthquakes but also make full use of the seismic capacities of seismic isolation bearings and the piers under strong earthquakes. So the method is more economical and safe than the other two methods. Prototype seismic isolation bearing mechanical performance tests, large shaking table tests for a scaled-down model of the whole bridge, finite element calculation and theoretical analysis are combined to research a series of key issues such as the snipping off computational model of fixed bearings, the collision computational model of unseating-prevention devices in seismic isolation bearings, the collaborative working mechanism of seismic isolation bearings, unseating-prevention devices and the ductility of piers. If these problems are solved successfully, we can master the mechanisms of multi-level seismic defenses and establish a bridge seismic design method with multi-level seismic defenses, which is of great significance in promoting the development of the bridge seismic theory and the progress of bridge seismic design level.

通过对汶川地震的桥梁震害调查发现：桥梁落梁或桥墩倒塌等严重震害主要是由于没有采用减隔震技术且没有设置多道抗震防线而造成的。为此，申请者提出了一种具有多道抗震防线的桥梁抗震设计方法，结合延性抗震设计方法和减隔震设计方法的优点，可以使得设计的桥梁既在中等强度地震作用后能够比较方便、经济地进行修复，同时又能够在强烈地震中充分发挥减隔震支座和桥墩的抗震能力，具有很好的经济性和安全性。本项目拟采用原型减隔震支座力学性能试验、缩尺全桥模型大型振动台试验、有限元计算和理论分析研究相结合的方法对固定支座剪断计算模型、减隔震支座内部防落梁装置碰撞计算模型、减隔震支座、防落梁装置与桥墩延性性能协同工作机理等一系列关键问题进行研究。通过对本项目的研究，可以掌握多道抗震防线的工作机理，建立具有多道抗震防线的桥梁抗震设计方法，这对推动桥梁抗震理论的发展和提高桥梁抗震设计的水平具有重要的意义。

本项目的研究背景：.2008年“5·12”汶川大地震所造成的损失巨大，震区道路、桥梁基础设施受到严重破坏，并且抢通难度极大，提高作为道路工程关键节点的桥梁的抗震能力十分重要。目前桥梁减隔震设计还没有得到完全的普及，主要原因是减隔震设计、延性设计的成本较高，本项目提出了一种具有多道抗震防线的桥梁抗震设计方法，结合延性抗震设计方法和减隔震设计方法的优点，具有很好的经济性和安全性。..本项目的主要研究内容：.1）桥梁固定支座剪断模式和计算模型.2）销钉剪断机理研究.3）支座剪断所产生的冲击荷载和地震动的共同作用机理.4）减隔震支座内部防落梁装置的碰撞计算模型.5）减隔震支座、防落梁装置与桥墩延性性能协同工作机理.6）具有多道抗震防线的桥梁抗震设计方法..本项目的重要结果和关键数据.采用原型减隔震支座力学性能试验、缩尺全桥模型大型振动台试验、有限元计算和理论分析研究相结合的方法得到了固定支座剪断计算模型、减隔震支座内部防落梁装置碰撞计算模型、减隔震支座、防落梁装置与桥墩延性性能协同工作机理。总结了桥梁各道抗震防线（由结构初始强度、桥墩延性、减隔震支座性能和防落梁装置性能等所表征）的设计方法，建立了具有多道抗震防线的桥梁抗震设计方法。..本项目的科学意义.通过对本项目的研究，可以掌握多道抗震防线的工作机理，建立具有多道抗震防线的桥梁抗震设计方法，对于推动桥梁抗震理论的发展和提高桥梁抗震设计的水平具有重要的意义。