空间变化地震作用下曲线梁桥动力性能及其减震控制研究

Compare to straight bridge, the deformation and internal force of curved girder bridge are more complex due to the curvature factor. As the most prominent feature, "coupled effect" has a notably significant effect on the bridge itself under SVGM(spatially varying ground motions). As a result of the imperfect consideration of current seismic analysis methods in bridge codes, the study on dynamic performances of curved girder bridge is mainly conducted under theoretical and numeric analysis. The lacks of shaking table tests under SVGM is crucial to the research. In addition, for bridge structure, the study and application on theory and techniques for seismic control is comparatively delayed at present. In view of this, the dynamic performances and seismic control in curved girder bridge under SVGM will be studied in this project. Based on the theory or techniques of finite element, structural vibration control and structural dynamics, using numerical simulation analysis and shaking table test study, the research will focus on the seismic behaviors and seismic control of curved girder bridges under SVGM. Based on the research results, more reliable theory and method will be applied on analysis and design for isolation and seismic control in curved girder bridge, useful suggestions will be given in order to revise and perfect related specifications, ability of seismic resist of curved girder bridge will be improved and enhanced significantly.

针对曲线梁桥在历次强震中均发生破坏或倒塌、现有研究对曲线梁桥在空间变化地震作用下动力性能的研究主要以理论和数值分析为主，缺乏相关振动台试验验证的现状。本项目拟按照从理论分析到试验验证再到数值模拟及理论分析的研究思路，通过对典型曲线梁桥大比例缩尺模型的振动台台阵试验和对桥梁原型结构的理论分析和数值模拟，研究空间变化地震动作用下曲线梁桥的动力反应特点、破坏形式和破坏机理，分析曲率半径、桥墩形式和支座类型及布置形式等结构参数对曲线梁桥地震反应和抗震性能的影响。同时还将对曲线梁桥的减震控制技术进行研究。研究成果将为曲线梁桥在抗震、减震分析与设计方面提供较为可靠的理论和方法，为相关规范的修订和完善提供有益的参考依据和建议，使曲线梁桥抵御地震的能力得到明显改善和提高。

针对曲线梁桥在地震中容易发生破坏和倒塌，现有研究只限于理论和数值分析，缺乏振动台试验的现状。本项目通过振动台试验和数值模拟相结合，设计制作1/10的曲线梁桥试验模型，通过考虑了空间地震动的行波效应、不相干效应以及场地效应对曲线梁桥结构响应的影响，进行了曲线梁桥试验模型的水平单向和双向激励下的振动台试验，同时分析对设置不同减震装置的曲线梁桥进行减震控制技术的研究，通过数值模拟分析对比不同结构参数对曲线梁桥地震响应的影响，分析了地震动参数（视波速、相干性、场地条件及土层厚度）和结构参数（曲率半径和墩高）对曲线梁桥动力响应的影响规律。结果表明，行波效应、不相干效应以及局部场地效应对曲线梁桥的动力响应均具有一定的影响，以不规则场地条件和土层分布所引起的局部场地效应较为显著，如果在抗震设计中不考虑这些因素的影响，将会错误地估计结构的响应；在水平双向地震激励下曲线梁桥的动力响应与水平单向激励不同，并且在双向激励下更容易发生支座失效和落梁。因此为了更准确地评估曲线梁桥的抗震性能，有必要在其抗震设计中考虑地震动的多维性；粘滞阻尼器和颗粒阻尼器在曲线梁桥地震响应中能够有效的起到减震效果,因此在曲线梁桥设计减震装置具有一定的必要性；圆心角和墩高的变化均会改变地震动空间效应对结构响应的影响程度，即圆心角越大，墩高越高，地震动空间效应对结构响应的影响就越显著；相对于墩高的改变，改变圆心角不但会影响结构的自振频率，还会影响支座对上下部结构的约束程度，因此圆心角与墩高的变化会使地震动的空间效应对桥梁结构的动力响应分别产生不同程度的影响。所以在进行曲线梁桥地震响应分析时应尽量考虑地震动的空间效应和桥梁结构的参数变化对曲线梁桥的影响，为抗震设计中提供试验依据.