基于性能抗震的非线性土-桥台-桥梁结构相互作用分析

本项目拟以钢筋混凝土支座式桥台为主要研究对象，围绕复杂受力条件下桥台剪力键、桥台-回填土相互作用、碰撞作用等非线性动力性能与斜交桥梁结构非线性动力行为的精细化建模，桥台的抗震性能、损伤破坏机理及失效模式，以及强震作用下非线性土-桥台-桥梁结构相互作用等对斜交桥梁抗震性能的影响及其地震易损性等开展理论分析、数值模拟和模型试验研究。揭示桥台的地震响应特性和损伤破坏机理，建立基于性能的非线性土-桥台-桥梁结构相互作用的斜交桥梁地震反应分析方法，从而把握斜交桥梁的抗震性能和薄弱环节，并为桥台的抗震设计提供理论基础和技术支撑，具有重要的理论意义和工程价值。

桥台是桥梁结构与公路工程相接合部位，是地震中桥梁结构的薄弱环节，近几次大地震的桥梁震害显示，桥台在地震中损伤破坏严重。但当前桥梁抗震设计主要基于桥墩滞回性能，耗能减震和隔震等方法，极少考虑桥台的抗震性能，对于基于性能的桥梁抗震设计，如何确定剪力键的抗震性能、计算模型和抗震设计方法，以及土-桥台-桥梁结构相互作用，对桥梁整体结构的地震反应和抗震性能都具有重要意义。.本项目拟以钢筋混凝土支座式桥台为主要研究对象，围绕复杂受力条件下桥台重要构件非线性动力性能与桥梁结构非线性动力行为的精细化分析模型，桥台的抗震性能、损伤破坏机理及失效模式，以及地震作用下非线性土-桥台-桥梁结构相互作用及其对斜交桥梁抗震性能的影响开展研究。揭示了桥台的地震响应特性和损伤破坏机理，建立基于性能的非线性土-桥台-桥梁结构相互作用的斜交桥梁地震反应分析方法。.（1）针对我国在役桥梁剪力键（外剪力键及内剪力键）抗震性能问题展开系统的试验研究，结合试验结果，划分了剪力键的破坏形态类别特征和损伤标准，建立了不同破坏模式下剪力键承载能力计算公式，给出了不同受力机制下剪力键力-位移关系曲线简化分析模型，并结合桥梁抗震理论阐明了新型剪力键抗震性能目标、设计思想、设计方法及设计流程，给出了基于力和位移的剪力键设计方法和构造措施的建议。.（2）针对非线性土-桥台-桥梁结构相互作用问题，通过土的极限平衡理论和修正的双曲线应力-应变关系，给出可计算桥台纵桥向非线性力-位移能力的预测模型，以及适用于桥梁抗震设计的简化公式。并将简化公式应用于有限元模型中，分析桥梁上部结构-桥台背墙-回填土相互作用对桥梁结构地震反应的影响，得出预测模型和简化公式可准确评估桥台纵桥向非线性力-位移能力，且方便应用于桥梁抗震设计。桥台非线性力-位移滞回性能对桥梁结构地震反应有重要影响，在桥梁抗震设计中应合理考虑。.（3）在上述研究基础上，开展全面考虑斜交桥梁重要构件非线性力学性能和非线性土-桥台-桥梁结构相互作用的桥梁结构动力分析，分析了水平双向近断层地震动作用下斜交桥梁结构非线性地震反应，并探讨了斜交角、伸缩缝和横向初始间隙等参数对斜交桥梁地震反应的影响。