基於振動台試驗的斜交梁橋震害機理與抗震設計研究

《基於振動台試驗的斜交梁橋震害機理與抗震設計研究》是依託福州大學，由孫穎擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於振動台試驗的斜交梁橋震害機理與抗震設計研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫穎

項目摘要

從1971年聖費爾南多地震、2008年汶川地震到2010年智利地震，均有斜交梁橋出現落梁、過大橫向位移或墩柱嚴重破壞等震害。由於斜交梁橋震害問題較直橋嚴重得多，研究者自1971年聖費爾南多地震後就開始對其震害機理、地震反應、抗震設計等問題開展研究；然而迄今為止，對斜交梁橋震害機理的認識仍存在爭議，對其地震反應規律的認識也明顯不足，且缺乏行之有效的抗震設計概念和構造措施。本項目以典型單跨簡支及多跨連續斜交梁橋為對象，製作全橋試驗模型，通過開展考慮斜交角、跨度、橋寬、支承剛度、橋墩剛度、地震動輸入方向等參數影響的系列模擬地震振動台試驗，深入研究斜交梁橋的震害機理；結合振動台模型試驗、數值模擬分析和理論分析，研究考慮主要設計參數及不同地震動輸入方向影響的斜交梁橋的地震反應規律。通過項目研究，明確斜交梁橋的震害機理和地震反應規律，從而提出改進的抗震設計概念與抗震構造措施，完善斜交梁橋的抗震設計。

結題摘要

迄今為止，對斜交梁橋震害機理的認識仍存在爭議，對其地震反應規律的認識也明顯不足，且缺乏行之有效的抗震設計方法。本項目以l兩跨連續斜交梁橋為對象，製作j九個全橋試驗模型，通過開展考慮斜交角、軸壓比、長細比、及配箍率等參數影響的系列模擬地震振動台試驗，研究斜交梁橋震害產生的原因；結合振動台模型試驗、數值模擬分析和理論分析，探討斜交梁橋的地震反應規律，提出基於主梁側移率的斜交梁橋機率需求計算模型。經研究發現，在不考慮碰撞的前提下，斜度增加了橋樑結構縱橫向地震反應的耦聯性，這種耦聯性的提高，使得上部結構的旋轉效應更為明顯，是上部結構出現碰撞或落梁震害的根源所在；綜合考慮長細比、軸壓比和斜交角三個因素，正交分析的極差分析結果顯示，當斜度在一定範圍內時，橋墩長細比對斜交橋動力性能的影響最為顯著；與直線梁橋相比，斜交角與長細比是結構震害產生的主要影響因素。在數值模擬方面，採用材料實際強度建立的斜交梁橋樑格模型（多梁法）較適宜模擬結構的位移回響及梁體扭轉效應。地震反應規律的分析結果顯示，當任意互動作用的兩個因素固定時，斜度越小、長細比越大、軸壓比越小，橋墩墩頂的位移回響就越大；當地震動沿結構縱向輸入時，由於板式橡膠支座的隔震作用，橋面板的位移小於橋墩墩頂位移。在基於機率和性能的抗震設計框架基礎上，綜合考慮不同場地條件下地震動強度與地震記錄的完整性、斜交梁橋結構的特殊性以及其地震反應的主要特點，建立了三類場地條件下基於主梁結構縱橫向側移率的機率地震需求模型。該需求模型以斜交角、跨徑及地面峰值加速度為主要參數，該模型的提出簡化了斜交梁橋地震反應的需求的計算過程，為結構地震反應的快速評估奠定基礎。