独柱式城市高架桥抗震性能研究

罗晓峰，浙江工业职业技术学院，建筑工程学院副院长 副教授，

教育背景

2001.09-2005.06 长沙理工大学 工程力学 本科、学士

2005.09-2008.06 长沙理工大学 桥梁与隧道工程 硕士研究生、硕士

2009.09-2015.12 浙江大学 桥梁与隧道工程 博士研究生、博士

工作经历

2008.6-2009.9 浙江工业职业技术学院 岩土所 科员

2009.9-2010.9 浙江工业职业技术学院 科研处 科员

2010.09至今 浙江工业职业技术学院 建筑工程学院 专业负责人、副院长

承担项目情况

1、主持绍兴市科技计划项目—基于全寿命的城市重大交通基础设施集群监测体系及结构安全评估关键技术研究（2011年）

2、主持浙江省建设厅项目—基于性能抗震设计理论的独柱式城市高架桥桥墩抗震性能评估及试验研究（2014年）

3、主持浙江省高等教育课堂教学改革研究项目—高职《桥梁工程》课程教学改革探索与实践（2016年）

4、2010-2013，浙江省交通厅科技计划项目（编号为2010H32），独柱桥墩合理构造型式及实用设计方法的研究。（排名3）

5、2013-2016，国家自然科学基金（批准号 51279178），水流环境下悬浮隧道管体、锚索的耦合振动效应及试验研究。（排名4）

6、2012-2015，国家自然科学基金（批准号 51178416），在役混凝土箱梁桥时变承载力的分析理论及试验研究。（排名3）

获奖情况

1、2011年获特色教学案例成果三等奖(钢筋混凝土简支梁现场调查评估与荷载试验)（排名1）

2、2012年获特色教学案例成果一等奖(中承式钢管混凝土拱桥荷载试验研究)（排名1）

3、2017年6月获省级专业带头人

1绪论001

1.1项目研究的目的及意义·/003

1.2独柱式城市高架桥的概念及特点·/003

1.3国内外研究现状·/004

1.3.1独柱式城市高架桥独柱墩的抗震性能研究·/004

1.3.2桥梁抗震分析方法研究·/008

1.3.3桥梁抗震设计方法研究·/011

1.3.4桥抗震性能评估方法研究·/016

1.4技术路线·/020

本章参考文献·/022

2独柱桥墩基于塑性铰模型的抗震性态分析与评价029

2.1概述·/031

2.2独柱桥墩的类型·/031

2.2.1按构造的分类·/031

2.2.2按施工工艺的分类·/033

2.3塑性铰模型·/036

2.3.1塑性铰模型计算的基本原理·/036

2.3.2截面弯矩曲率分析·/038

2.3.3计算采用的六种塑性铰模型·/038

2.4基于塑性铰模型的独柱桥墩抗震性能分析方法·/042

2.4.1选取的独柱墩试件·/042

2.4.2抗震性态评价指标的分析研究·/043

2.5本章小结·/050

本章参考文献·/051

3基于统计线性化的非线性随机振动虚拟激励法053

3.1概述·/055

3.2传统的虚拟激励法·/055

3.2.1多维多点运动方程·/055

3.2.2传统的虚拟激励法原理·/057

3.3基于统计线性化的非线性随机振动虚拟激励法·/058

3.3.1统计线性化方法·/058

3.3.2绝对位移直接求解的虚拟激励法·/060

3.4算例验证及分析·/061

3.4.1工程背景及模型信息·/063

3.4.2计算概要·/064

3.4.3绝对位移法与随机振动法的结果对比分析·/064

3.4.4绝对位移法、时程法及谱分析的对比分析·/068

3.5参数影响分析·/072

3.5.1计算模型·/072

3.5.2独柱墩高度·/074

3.5.3桥梁跨度及跨数·/076

3.5.4视波速·/078

3.5.5相干效应·/079

3.6本章小结·/082

本章参考文献·/084

4基于性能的独柱桥墩抗震优化设计方法085

4.1概述·/087

4.2城市高架桥基于性能的抗震设计研究·/087

4.2.1抗震设防水准的确定·/087

4.2.2性能水准的确定·/089

4.2.3性能目标的确定·/093

4.3应用基于性能的抗震设计方法确定独柱桥墩的最优模型·/093

4.4尺寸控制因子的确定·/095

4.5应用基于神经网络的自适应遗传算法确定模型最优解·/097

4.5.1基于神经网络的自适应遗传算法原理·/097

4.5.2算法的综合流程图·/100

4.6算法验证·/101

4.7算例分析·/105

4.8本章小结·/108

本章参考文献·/109

5基于滞回能的独柱式城市高架桥抗震可靠度分析111

5.1概述·/113

5.2桥梁结构抗震可靠度·/113

5.2.1失效准则·/113

5.2.2不同性能水准下的可靠度分析·/114

5.2.3条件可靠度公式·/114

5.2.4桥梁结构体系抗震可靠度的计算步骤·/116

5.3基于滞回能的抗震可靠度分析与研究·/117

5.3.1滞变能随机反应求解·/117

5.3.2滞变能随机反应的功率谱密度·/118

5.3.3基于滞变能求解桥梁结构动力可靠度的一般流程·/121

5.4算例分析·/122

5.5本章小结·/127

本章参考文献·/127

6基于性能和可靠度的独柱式城市高架桥抗震设计方法研究131

6.1概述·/133

6.2不同抗震设防水准下的动力可靠度研究·/133

6.2.1“小震不坏”性能的随机振动响应及可靠度分析·/133

6.2.2“中震可修”“大震不倒”性能的随机振动响应及可靠度分析·/136

6.3采用非线性随机有限元方法求解结构的抗震可靠度·/140

6.3.1性能目标与极限状态·/140

6.3.2基于性能和可靠度的随机有限元法·/141

6.4基于性能和可靠度的抗震设计示例·/143

6.4.1模型介绍·/143

6.4.2材料模型·/144

6.4.3单元模型·/146

6.4.4概率Pushover分析·/148

6.4.5桥墩抗震性能可靠度分析·/148

6.4.6桥梁系统抗震性能可靠度分析·/152

6.5本章小结·/155

本章参考文献·/156

7基于概率的抗震性能评估方法在独柱式城市高架桥中的应用159

7.1概述·/161

7.2基于概率的抗震性能评估方法基本原理·/161

7.3拉丁超立方体抽样法建立桥梁样本·/162

7.3.1拉丁超立方体抽样法·/162

7.3.2分析步骤·/163

7.3.3桥梁样本及地震动结构样本的确定·/163

7.4基于概率的抗震性能评估方法应用分析·/167

7.4.1参数选择·/167

7.4.2基于IDA法的结构需求参数的概率地震需求模型·/168

7.4.3易损性曲线的形成·/169

7.4.4桥梁结构抗震性能评估·/172

7.5本章小结·/175

本章参考文献·/175

8结论与展望177

8.1主要结论·/179

8.2主要创新点·/180

8.3研究展望·/180 2100433B

对独柱式城市高架桥进行高效准确的抗震分析及抗震设计，是目前国内外工程抗震领域亟待解决的问题之一。本书结合浙江省交通运输厅科技计划项目“独柱桥墩合理构造型式及实用设计方法的研究（2010H32）”以及浙江省建设厅科研推广项目“基于性能的独柱式城市高架桥桥墩抗震理论分析及试验研究（2014Z129）”，以独柱式城市高架桥为背景，对独柱墩构件及桥梁系统的抗震分析、设计以及评估方法进行了相关的数值计算和理论分析，具体在以下几方面进行了深入的研究：首先对采用不同施工方法的独柱式桥墩进行基于塑性铰模型的抗震性态分析与评价；其次以独柱式城市高架桥为背景，提出了基于统计线性化的随机振动虚拟激励法，并开展了基于性能和可靠度的相关设计方法的研究；*后在以上研究的基础上，提出了基于概率的抗震性能评估方法，并将其应用于独柱式城市高架桥抗震性能的评估中。

本书可供交通工程、市政工程、土木工程等领域相关的从业者、科研人员、技术人员、教师、学生等人员参考。

目前我国大型及超大型城市或城市群的建设正在加快，这就对城市桥梁的建造速度、经济性及其对建设场地周边环境的影响提出了更高要求。另外，强震区震后桥梁工程的快速建造与修复对灾区救援和重建起到至关重要的作用。因此标准化设计、标准化施工的全预制桥梁快速建造技术是未来桥梁工程的一个重要发展方向。本项目旨在采用理论分析、数值模拟和模型试验等手段研究强震区柱式桥墩的快速建造关键技术及其抗震性能和设计方法。提出全预制柱式桥墩的节段连接和节点连接构造模式，建立全预制柱式节段桥墩及其连接节点的非线性行为及其精细化分析模型；揭示强震作用下全预制柱式节段桥墩的损伤演化过程、破坏机理与失效模式；提出全预制柱式桥墩的抗震计算分析理论与设计方法。本项目研究对加快桥梁建设速度、提高施工质量、减少环境影响及缓解因桥梁施工造成的交通拥堵问题，同时提高全预制建造桥梁的抗震防灾能力具有重要的学术价值和广阔的工程应用前景。

目前我国大型及超大型城市或城市群的建设正在加快，这就对城市桥梁的建造速度、经济性及其对建设场地周边环境的影响提出了更高要求。另外，强震区震后桥梁工程的快速建造与修复对灾区救援和重建起到至关重要的作用。因此标准化设计、标准化施工的全预制桥梁快速建造技术是未来桥梁工程的一个重要发展方向。本项目采用理论分析、数值模拟和模型试验等手段研究了强震区全预制拼装柱式桥墩的快速建造关键技术及其抗震性能和设计方法。重点研究了基于预应力连接、灌浆波纹管连接、自锁式连接和旋钮式连接等连接方法的节段预制拼装桥墩的关键技术、合理构造、抗震措施等，发展了节段预制拼装桥墩的数值建模方法，研究了拟静力往复作用下全预制柱式节段拼装桥墩的承载能力、耗能能力、延性性能、局部损伤演化过程、失效机理和破坏模式，初步提出节段预制拼装桥墩的抗震设计分析方法。本项目研究成果对推动我国预制装配桥梁技术进步及工程推广，加快桥梁建设速度、提高施工质量、减少环境影响及缓解因桥梁施工造成的交通拥堵问题，同时提高全预制建造桥梁的抗震防灾能力具有重要的学术价值和广阔的工程应用前景。 2100433B

美国落杉矶、日本神户等大地震中现代高架桥震害突出，表明城市高架桥的抗震设计理论和方法尚有不足，本项申请拟从输入地震动特性到高架桥的多点、多维分析模型和方法上进行研究。城市高架桥的损伤珍断和安全评估对保证其安全运行和抗震安全意义重大，特别是对将举办奥运会的北京更有其社会意义和现实价值，拟申请建立一种高架桥损伤识别新方法。 2100433B