考虑能量需求和SSI效应的RC梁式桥基于性能的抗震设计方法

震害经验表明，结构抗震设计须同时重视其变形和能量耗散能力。而现行抗震设计方法及规范均难以有效考虑强震的累积耗能需求，既有研究也主要集中于单自由度体系和框架结构的层间模型，且未计入土-结相互作用效应(SSI)的影响。由于桥梁地基条件变化大，土体约束与耗能对其地震行为有重要影响，不容忽视。本项目基于规格化的典型地震记录，建立考虑地基变形、运动学与辐射阻尼三种效应的三维有限元模型，采用非线性静、动力分析方法研究RC梁式桥的耗能分布及与变形间关系；建立考虑SSI效应的等效质点约束模型，发展计入能量需求的基于性能指标的强度折减因子谱；采用模态推倒分析方法(MPA)与增量动力分析方法(IDA)，对比研究多自由度梁桥及其等效约束体系的地震行为，推导考虑多振型叠加的强度折减因子修正公式；建立考虑能量需求和SSI效应的梁式桥基于性能的抗震设计方法。研究成果可使桥梁抗震设计与评估更加合理，还可供规范修订参考。

根据预期研究目标，针对近断层强震下RC梁式桥的能量需求和SSI效应，围绕桥梁结构基于性能的抗震设计方法开展了系统、深入的研究工作。引入考虑震级和断层距影响的地震动衰减模型，得到了近断层区域地震动峰值的衰减关系。构建了地震动特征参数的回归关系式，建立了竖向反应谱比值的简化关系式，拟合得到了其随震级和断层距的衰减模型。以强度和能量为指标，对不同脉冲参数下结构地震响应的影响程度进行定量对比，构建了表征速度脉冲强度的度量指标Ip。定量讨论了多种因素对结构滞回耗能比值谱的影响规律，用统计回归方法建议了适用于0～15km近断层范围内的滞回耗能与输入能量比值谱。引入表征能量和变形间关系的等效速度比参数，提出了不同场地下等效速度比的分段线性化函数。引入FEMA440针对土-结相互作用运动学效应、地基阻尼效应的地震动需求谱修正算法，建立了综合考虑桩-土相互作用三种效应的桩基础RC桥梁的抗震性能评估方法。引入改进的Park-Ang双参数损伤评估模型，以某靠近活动断层的高速公路RC梁式桥等效单墩模型为对象，深入分析了地震动三要素对损伤、滞回耗能及其分布的影响规律。基于能量平衡原理，建立了一种基于能量概念的桥梁结构抗震性能评估方法。分析了四类场地下基于性能的强度折减因子的分布特征，构造了5%阻尼比的基于性能的强度折减因子的回归模型，并给出了不同场地下的回归参数取值。采用非线性动力分析方法对影响桥梁横向碰撞效应的主要因素进行了系统研究，建立能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞接触单元分析模型，研究了典型的浅源强震作用下挡块碰撞刚度、梁体与挡块间初始间隙、桥梁墩高以及跨径等因素对铁路RC简支梁桥地震碰撞效应的影响。以典型的铁路RC简支梁桥为对象，采用基于FEMA440性能点轨迹法的能力谱分析方法，以现行《铁路工程抗震设计规范》设计谱及汶川地震动为需求，讨论了不同的场地类型和设防烈度下连梁拉杆的最优刚度分布。通过上述研究工作，已发表科研论文20篇，其中EI检索期刊论文10篇，ISTP检索国际会议论文6篇，获得软件著作权2项，出版硕士学位论文7本，以良好业绩圆满完成了预期目标。