桩基础桥墩摇摆隔震机理及抗震设计方法研究

Bridge plays an important role in the emergency, relief and reconstruction post the earthquake. The repair of damaged plastic hinges of the bridge with ductility design is consuming and costly after the earthquake, may also interrupt traffic. The isolation bearing is not suitable to the bridge located in the soft soil site for its narrow frequency range. It is very urgent that the seismic design method is studied, which can make the bridge almost no damage, maintain the original function in the earthquake.Seismic performance of pier with pile foundations is studied based on pseudo-static model test and shaking table model test. The uplift conditions ,ultimate bearing capacity and hysteresis curve under the horizontal loads are obtained by the pseudo-static model test pier.Oscillating conditions and oscillating displacement and seismic response are studied on the basis of shaking table model test.Finite element analysis model and method consistent with the experimental results are proposed by comparison with model test results and continuing to optimize the calculation models and parameters.Simplied seismic design method of pier and verification of pile foundations for bridge with controlled rocking device are proposed.The theoretical basis is provided for the application of controlled rocking in isolation bridges.

桥梁在地震后的紧急救援、抗震救灾及灾后重建中有着重要的地位。经延性设计的桥梁震后受损塑性铰的修复既费时又费钱，还可能会中断交通。支座减、隔震的适用频率范围较窄，不能适用于软土场地的桥梁。研究探索一种在强震时桥梁基本无损伤，强震后仍能维持原有功能的抗震设计方法非常迫切。本课题拟在模型试验及理论分析基础上开展桩基础桥墩的摇摆隔震机理及抗震设计方法研究。首先，分别采用拟静力试验及振动台试验，研究桩基础桥墩的抗震性能。通过拟静力试验，研究在水平荷载作用下基础的提离条件、极限承载力及滞回特性；通过振动台试验，研究桥墩在水平地震作用下的摆动条件、摆动位移及时程反应特性。然后，采用数值分析方法，建立摇摆隔震桥墩的抗震分析模型。通过与模型试验结果的对比，提出能与试验结果相吻合的抗震分析方法。最后，提出基础隔震桥梁的简化设计方法及桩基础的抗震验算方法，为基础隔震桥梁的实际应用提供理论依据。

桥梁在地震后的紧急救援、抗震救灾及灾后重建中有着重要的地位。经延性设计的桥梁震后受损，塑性铰的修复既费时又费钱，还可能会中断交通。减、隔震支座适用的桥梁频率范围相对比较局限，不能适用于软土场地的桥梁。研究探索一种在强震时桥梁基本无损伤，强震后仍能维持原有功能的抗震设计方法非常迫切。本课题以铁路桥梁桥墩为原型，在模型试验及理论分析的基础上开展了桩基础桥墩摇摆隔震机理及抗震设计方法的研究。主要研究工作如下：.（1）在查阅大量文献资料的基础上，分析总结了国内、外摇摆隔震的最新研究成果，为本课题分析模型的提出奠定了一定的理论基础。.（2）提出了“小震靠抗，强震靠隔”的摇摆隔震理念。提出了桩基础桥墩的墩底摇摆隔震装置，该装置能最大限度地减小地震损伤、震后靠自重可完全复位。.（3）以常用跨度铁路桥梁的桥墩为研究对象，在室内建立了桩基础桥墩摇摆隔震缩尺模型，利用拟静力试验研究了在周期性反复荷载作用下桩基础桥墩的破坏特点、滞回特性、骨架曲线及耗能能力。.（4）通过大型振动台模型试验，分别测试了不同模型在不同峰值加速度、不同类型地震波作用下的加速度及位移反应，通过与振动台试验结果对比，验证了能用于刚性地基上的桥墩摇摆分析的两弹簧模型。.（5）为了便于设计人员使用，提出了桩基桥墩摇摆隔震分析的简化转动弹簧模型。通过与两弹簧模型的对比，验证了简化转动弹簧模型模拟桥墩摇摆隔震的有效性。.（6）研究了铁路桩基础桥墩摇摆隔震设计方法，分析了强震下桥墩的摇摆隔震效果。结果表明摇摆隔震桥墩没有固定的振动周期，隔震效果稳定。