近年来随着我国交通路网需求的增加、经济的发展和科技的进步,近海大跨度桥梁的建设数量越来越多,建设规模越来越大。由于我国沿海处于环太平洋和亚欧地震带交界处,地震活动频繁,地震强度大。强震作用下大跨度桥梁一旦发生破坏甚至倒塌将对我国经济和社会造成不可估量的负面影响。然而,目前我国近海大跨度桥梁还未经受过强烈地震的考验。因此研究强震作用下近海大跨度桥梁损伤失效的灾变过程和结构的失效模式控制方法,从而避免桥梁结构发生整体倒塌,对提高近海大跨度桥梁的抗震性能具有重要理论意义和工程价值。本文针对近海大跨度桥梁的结构特点深入研究了近海大跨度钢筋混凝土桥梁的地震损伤破坏机理和基于MR(magneto-rheological)阻尼器的结构非线性地震损伤控制,建立了近海大跨度钢筋混凝土桥梁地震损伤分析与控制方法。主要研究内容和创新成果如下:(1)基于连续损伤力学的基本原理,从有效应力的角度出发,根据混凝土的应力-应变曲线,推导出了混凝土受压损伤演化方程,建立了基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型。对混凝土单轴拉压试验进行了模拟分析,结果表明该本构模型可以很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的地震模拟振动台试验进行了模拟分析,结果表明该模型可以较好地模拟地震作用下桥墩构件的核心混凝土和保护层混凝土的损伤演化过程。同时,该模型的参数选取简单,物理意义明确,适合工程应用。(2)基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理,以钢和混凝土材料本构模型为基础,推导出了损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式,提出了一种以构件刚度退化和材料自由能退化线性组合的钢筋混凝土墩柱构件损伤模型。对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行了模拟分析,结果表明该模型可以较好地描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程,且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度;对钢筋混凝土桥墩的地震模拟振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值模型进行了模拟分析,结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土墩柱构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式,可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析。(3)提出了钢筋混凝土柱多尺度模型界面连接和确定精细化区域的方法,并在LS-DYNA程序中二次开发了用于精细化区域的混凝土多维损伤本构模型。采用所提出的方法分别模拟了钢筋混凝土柱的拟静力试验和单调推覆数值试验,并结合精细化模型模拟结果进行对比分析,验证了所提出方法的可靠性及高效性;通过对钢筋混凝土柱的地震模拟振动台试验进行模拟分析,表明该模拟方法能够直观地观察强震作用下钢筋混凝土柱的混凝土压碎、钢筋屈曲等损伤破坏过程;同时,采用LS-DYNA有限元软件建立了大跨度桥梁的多尺度模型,并进行了强震作用下桥梁结构的损伤破坏分析。数值结果表明所提出的方法可以模拟强震作用下桥梁结构的损伤破坏过程。通过数值模拟探索出了各个破坏模式之间的关联性。(4)采用集中质量模型模拟桩-土相互作用,通过Morison方程和辐射波浪理论分别考虑桩基和桥墩动水压力效应,并通过墩柱构件损伤模型和桩基损伤模型定义桥梁结构整体损伤模型,建立了多介质体作用下桥梁结构的地震损伤分析方法;分别以近海低桩基和高桩基钢筋混凝土连续刚构桥为例进行不同水深、不同土层剪切波速和多介质体作用下桥梁结构的地震损伤分析。结果表明地震作用下水-结构相互作用增大了低桩基桥梁结构的损伤指数,考虑桩-土相互作用减小了低桩基桥梁结构的损伤指数;多介质体作用下土层剪切波速较小时水深对低桩基桥梁结构的损伤影响相对不明显;水深在承台底面以下时,水-结构相互作用对高桩基桥梁结构桥墩和桩基的损伤影响相对较小,考虑桩-土相互作用减小了高桩基桥梁结构桩基的损伤指数,同时增大了桥墩的损伤指数;多介质体作用下水深对高桩基桥梁结构桥墩和桩基的损伤影响相对不明显。(5)提出了应用MR阻尼器的实时可调的半主动损伤控制方法。该控制方法利用桥墩和主梁的位移反馈信号,判断桥墩的损伤指数和支座的位移指数进而调节MR阻尼器的出力,达到同时控制桥墩损伤和支座损伤的目的。同时,引入支座损伤指数和桥墩损伤指数来评价控制系统的优劣。采用所提出的半主动控制方法和两种被动控制方法对一三跨连续梁桥进行了强震作用下的损伤控制研究,结果表明相比被动控制方法,所提出的半主动控制方法可以同时有效地控制支座损伤和桥墩损伤在可控范围。通过自动调节阻尼器出力可以满足结构对不同地震作用下的抗震要求,并且可以使结构满足不同的抗震预定性能目标的要求。