多点激励下大跨度连续梁桥抗震性能研究

针对国内外历次强震中均有桥梁产生破坏或倒塌、我国有三分之二国土处于地震区且地震动为空间作用场这一现实，本项目拟以我国桥梁工程中最常见的结构形式- - 大跨度连续梁桥为研究对象，通过对典型大跨度连续梁桥大比例缩尺模型的模拟地震振动台台阵试验和对桥梁原型结构的理论分析与数值模拟，研究空间多点地震动作用（包括一致激励和多点激励）下大跨度连续梁桥的动力反应特点、破坏形式和破坏机理，分析跨度、跨数、桥墩型式及布置方式、支座布置方式及是否为减隔震支座等结构参数对大跨度连续梁桥地震反应和抗震性能的影响。本项目的研究成果将为提高大跨度连续梁桥的抗震性能并采取有效的抗震对策奠定一定的基础，并为有关桥梁抗震设计规范的修订和完善提供科学的依据。

通过MATLAB编制了考虑土层分布的人工空间地震动的合成程序；基于理论与数值模拟，研究了空间地震动激励下不同的结构参数（结构型式、跨度、跨数及支座布置等）对大跨度连续梁桥动力响应的影响，指出大跨连续梁桥的三种结构体系（连续梁桥、刚构-连续组合桥以及刚构桥）的抗震性能各有优缺点，但是考虑行波效应会使得各结构体系的动力响应均增大很多；通过数值模拟，研究了场地因素对于考虑土-结构相互作用（SSI）的大跨度连续梁桥地震反应规律，指出地震作用下不同参数对连续梁桥 SSI的影响不同，其中土层的密度和泊松比对SSI的影响很小，土层的剪切波速对SSI的影响较大，尤其是主墩墩底塑性转角和过渡墩支座位移，覆盖土层的厚度及类别，尤其是局部冲刷线以下5倍桩径范围内的土层，对SSI的影响较大；采用一典型大跨度连续梁桥进行了振动台台阵试验，通过试验与理论分析对比，研究了空间多点地震动作用（包括一致激励和多点激励）下大跨度连续梁桥的动力反应特点、破坏形式和破坏机理论，在不考虑 SSI的大跨径连续梁桥振动台试验中，三种结构体系的大跨径连续梁桥振动台试验中，三种结构体系试验结果与数值分析结的规律一致，由于数值计算所采用的分析方法与解之间是存在一定差异的，且大跨径连续梁桥在水平地震作用下会引起主梁一定的竖向振动，造成滑动支座的屈服力变化，甚至会出现主梁与过渡墩脱离滑动支座现象，因此过渡墩支座位移和主变形的试验结果基本上要比数值分析稍大；对考虑土-结构相互作用的振动台子结构试验技术进行了初步研究，进行了连续梁桥三种结构体系模型试验，且试验结果与数值分析结果的规律基本一致，但是界面力的获取方式、时滞、噪声影响以及振动台自身的控制精度等因素造成期望指令与实际指令是存在一定差异的，而且这种差异具有随机性，因此试验结果与数值分析在数值上相差较大，其中过渡墩支座位移和主墩变形的差别最大在20%；通过在大跨度连续梁桥上设置粘滞阻尼器和大行程铅剪切阻尼器研究了两种阻尼器对于此类桥梁的减震效果，并通过振动台台阵试验进行了验证，指出粘滞阻尼器或大行程板式铅阻尼器均可以与支座并联作为分离型减震装置用于大跨径连续梁桥，且减震效果明显，但是由于大行程板式铅阻尼器具有更高的性价比，其在桥梁工程中具有良好的应用前景。