自复位消能桥墩抗震机理与性能设计方法研究

Research on seismic resistant mechanism, design and feasibility aspects of self-centering piers with energy dissipation devices (SPEDD) will be carried out. First factors influencing contact damping at the rocking interface will be identified and quantified by analyzing results from free vibration tests of small scale SPEDD. Analytical models will be proposed to accurately describe the monotonic, cyclic and dynamic behavior of SPEDD. Displacement-based design procedures will be developed for SPEDD and extensively verified using nonlinear response history analysis of the designed bridges. And finally the feasibility of SPDD will be studied using a probabilistic seismic loss assessment of SPDD in a region of high seismicity.

地震作用下控制桥梁损伤，实现震后可恢复功能是桥梁抗震亟待解决的科学问题。本项目拟对自复位消能桥墩的抗震机理、计算模型、设计方法和工程应用的可行性进行研究。首先对缩尺自复位桥墩进行自由振动试验研究，通过研究桥墩摇摆过程中的能量损失找出并量化影响摇摆界面接触阻尼的因素。根据自复位消能桥墩的拟静力试验结果提出简化力学模型，使其能准确预测自复位消能桥墩在单调、循环和地震作用下的反应。提出单自由度和多自由度自复位消能桥梁基于位移的设计方法，并使用非线性反应时程分析法验证该方法的有效性。利用概率地震损失评估方法比较传统整浇筑延性桥梁和自复位消能桥梁的经济性能，为桥梁抗震方案的选择提供决策依据。本项目研究成果将为自复位消能桥墩的性能设计和评估提供理论依据和技术支持。

控制桥梁地震作用下结构损伤，减少桥梁地震伤亡概率和停工时间，实现震后可恢复功能是桥梁抗震设计亟待解决的科学问题。本项目对自复位消能桥墩的抗震性能、计算模型、设计方法和经济风险进行了研究。对缩尺自复位桥墩和普通延性桥墩进行了拟静力试验，研究了自复位消能桥墩的强度、刚度、变形能力和滞回耗能能力，比较了两类桥墩的抗震性能，提出了自复位消能桥墩的抗震设计准则。根据自复位消能桥墩的拟静力试验结果提出了整体梁模拟法和集中塑性铰模型，整体梁模拟法能准确预测桥墩在单调荷载作用下的反应，而集中塑性铰模型能准确预测桥墩在循环和地震作用下的反应。给出了自复位消能桥墩基于性能的截面设计和分析方法，该方法能确定满足性能目标所需的预应力钢筋面积、预应力钢筋初始张拉力和附加消能装置的几何与力学参数。建立了单自由度和多自由度自复位消能桥梁基于位移的设计方法，并使用非线性反应时程分析法验证了该方法的有效性。提出了桥梁结构地震经济风险评估方法，评估了自复位消能桥梁和普通延性桥梁在地震作用下的损伤损失、死亡损失和停工损失，比较了两类桥梁的地震经济性能，为不同桥梁抗震方案选择提了供决策依据。本项目研究成果为自复位消能桥墩的基于性能抗震设计和地震经济风险评估提供了理论依据和技术支持。