形状记忆合金隔震桥梁及其基于可恢复性的位移设计方法

鉴于高架桥在城市生命线工程中的重要地位，在应急救援和灾后重建中发挥着举足轻重的作用。深入系统地研究高架桥的抗震性能，减小其地震损伤并具有震后可恢复性，对减轻地震灾害和震后的快速抗震救灾具有重要的意义。形状记忆合金（SMA）隔震技术，兼具隔震功能与自恢复特性于一体，可以在消能减震的同时控制结构的震后残余变形，而这种残余变形往往是常规隔震装置所不能避免的，使震后恢复工作异常艰难。本研究拟围绕SMA隔震高架桥体系的抗震设计方法展开，首先编制基于遗传算法的适合场地条件的地震波生成程序，并回归适合SMA的非线性反应谱，将SMA隔震高架桥进行模型简化，得到符合设计要求的等效体系，给出合理的基于位移的抗震设计方法，采用数值模拟的方式进行方法验证，并进行pushover分析其震后可恢复性。最后进行实验研究，通过拟动力试验分析震后可恢复性，并利用振动台实验研究其抗震性能、验证位移设计方法及震后可恢复性能。

保证桥梁结构在强烈地震后具有自恢复功能，使其在地震作用下不至发生严重损伤并迅速恢复使用功能，是抵御和减轻地震灾害损失的重要手段。利用新型智能形状记忆合金材料，结合传统的耗能技术研究具有自复位功能的消能装置，发展形状记忆合金（SMA）隔震桥梁自复位技术，将减隔震功能与自恢复特性于一体，可以在消能减震的同时控制结构的震后残余变形。本研究围绕SMA隔震高架桥体系的抗震设计方法展开，在系统的调研了国内外在该领域的发展情况的基础上，首先编制了基于遗传算法的适合场地条件的地震波选择与调幅程序，得到能够考虑地震波概率分布特征的地震动选择方法，并对地震波离散特征对时程分析结果的影响进行了详细研究；其次回归适合SMA自复位体系旗形滞回曲线的非线性反应谱模型，建立由规范反应谱生成非线性位移谱的方法，并对谱模型的精度进行检验；再次，将SMA隔震桥梁进行模型简化，得到满足设计要求并具有可靠精度的等效体系；最后给出基于非线性反应谱的位移抗震设计方法和设计流程，并通过静力弹塑性方法分析了该类桥梁的地震损伤发展机理及其震后可恢复性，利用时程分析方法验证了本文提出的位移设计方法的可靠性，同时探讨了在设计地震和多遇地震作用下SMA隔震桥梁的抗震性能，结果表明依本文提供的方法进行合理抗震设计的SMA隔震桥梁，在多遇地震作用下可以完全不产生损伤，在大多数罕遇地震作用下，能有效减轻地震损伤并实现自复位功能。