基于pushover分析的钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法研究

项目研究共分为三部分：钢管混凝土构件实验研究；钢管混凝土构件宏观弹塑性本构模型研究；钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法研究。 钢管混凝土构件实验研究方面，设计了5类钢管混凝土实验构件，通过轴压试验，探讨各类试件内、外钢管变形情况和破坏形式、轴向荷载与应变关系以及肋板的不同布置方式对试件承载力的影响。 钢管混凝土构件宏观弹塑性本构模型研究方面，确定将含钢率、轴压比、平面内弯矩比、混凝土立方体平均抗压强度、钢材屈服强度5个参数作为影响本构模型的参数，提出了一个圆钢管混凝土双向压弯构件的三折线恢复力模型。用所得模型对16个分组重新进行弯矩—曲率的计算，获得的结果与有限元计算结果相比较。结果表明两者吻合较好，验证了回归得到的恢复力模型的正确性。 在钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法研究方面，将Pushover分析方法和增量动力分析IDA结合起来，尝试用多个等效单自由度体系的恢复力模型近似代替原结构进行IDA分析，这样不仅计算代价小，而且结果吻合较好。将考虑多振型组合的Pushover分析方法与IDA方法结合在一起，从而实现了对钢管混凝土拱桥全面的抗震性能评估，对基于结构性能的桥梁设计和评估的研究与实践，有一定的参考意义。 2100433B

我国已有200多座钢管混凝土拱桥，而且多分布在地震区。钢管混凝土拱桥的抗震性能一直受到人们关注。随着基于性能的结构抗震设计理念在建筑工程领域的发展，许多学者也致力于在桥梁工程领域内推广该理念。 本研究将建立一套基于pushover分析的适用于钢管混凝土拱桥的抗震性能评估方法。作为基础准备工作，将建立管内核心混凝土徐变产生的应力增量计算方法，推导钢管混凝土构件徐变分析的有限元递推公式，建立适用圆弧和抛物线曲梁的宏观弹塑性本构模型。在这些研究的基础上，采用pushover分析方法，结合等效单自由度系统近似分析，建立适用于钢管混凝土拱桥的抗震性能评估方法。通过和传统动力非线性时程分析结果相对比，以讨论评估方法的可信性和精确性。

大型复杂结构地震灾变机理的分析理论是当前和今后结构抗震研究的热点和难点。课题组围绕大跨混凝土桥梁地震灾变机理和抗震性能，进行了理论研究和试验验证。研究内容涉及：1）文献分析，指出当前大型复杂桥梁结构地震灾变研究手段的局限性；2）理论模型，根据大跨桥梁震害机理分析的需求，发展了基于损伤本构理论模型的分析方法，给出了计算大型桥梁地震损伤分析的纤维梁模型；3）数值算法，发展了基于变分理论的损伤本构算法，编制了基于大型商业软件的二次开发子程序；4）考虑结构灾变过程中的多重非线性效应（材料、几何、损伤以及阻尼、支座等边界非线性）；5）试验验证，根据理论研究是需要，设计了21个正方形实心和空心、矩形空心截面桥墩模型，进行了拟静力试验研究，关于试验过程的数值模拟显示，给出的理论模型是合理的。 2100433B