论文部分内容阅读
近年来,我国西部地区地震频发,造成了大量桥梁结构的破坏,引起了抗震研究工作者的反思。我国西部地处山区,受地形、地貌等因素的影响,桥梁呈现出跨度大、墩高等特点,这种山区高墩大跨桥梁的抗震设计超出了目前国内外规范的应用范围,我国《公路桥梁抗震设计细则》明确规定仅适用于墩高小于40m且跨径小于150m的规则桥梁。非规则高墩桥梁的地震响应与传统中低墩有很大差别,国内外现有研究成果大部分都是建立在中低墩的基础之上,对高墩的抗震性能研究较少,远远赶不上实际工程的需要。基于此背景,本文以湖南省科技计划项目(编号2011FJ3242)为依托,结合目前基于性能的抗震设计思想和增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)方法,围绕高墩桥梁的抗震性能展开研究。本文的工作及结论有：(1)在查阅大量国内外文献的基础上,回顾了桥梁抗震设计理论的发展历程,总结了基于性能的抗震设计理论和非规则高墩桥梁的抗震研究现状；并形成了系统的基于IDA的抗震性能评估方法的基本框架和思路。(2)以一座高墩大跨连续刚构桥梁为研究对象,采用OpenSees软件建立结构弹塑性有限元动力分析模型,详细介绍弹塑性动力有限元分析模型的建立过程。(3)首先对结构进行单地震动IDA分析,得到了混凝土、钢筋在强度逐级增加的地震作用下的应力-应变滞回曲线；通过各性能参数的时程响应曲线以及单地震动IDA曲线研究了适用于高墩结构的损伤指标。研究表明：控制截面曲率能较好地衡量高墩结构的损伤状态。(4)从太平洋地震研究中心(PEER)的数据库中选择了15条地面运动记录对结构进行IDA分析,形成了基于IDA的抗震性能评估曲线和风险评估曲线,从多个角度实现对结构的抗震性能评估。结果表明：增量动力分析是一种有效的结构抗震性能评估方法,基于IDA的评估曲线能清楚地反映结构的抗震性能。(5)指出了传统位移计算公式的局限性,研究了高墩结构塑性铰形成过程及其塑性铰区域长度的计算方法；根据地震周期内墩身最大曲率分布特点,提出了适用于高墩结构位移需求计算的公式。结果表明：高墩塑性铰形成过程与传统中低墩基本一致,塑性铰区域长度可以沿用中低墩的等效塑性铰长度公式计算,提出的位移需求计算公式与实际IDA分析结果吻合较好。