基于性能的高速铁路典型桥梁抗震设计与评估方法研究

以京沪高铁沿线简支梁桥桥墩为试验原型，通过8个缩尺比为1:5的高速铁路圆端形桥墩模型的拟静力试验，从破坏模式、滞回曲线、承载能力、延性性能、刚度退化效应和残余位移等方面，研究了剪跨比、配筋率和配箍率等参数对桥墩横桥向和顺桥向抗震性能的影响规律。采用OpenSees进行了桥墩模型的有限元数值模拟，建立了低周反复荷载作用下的纤维单元模型，并通过试验数据验证了模型的有效性。系统比较了已有的钢筋混凝土结构地震损伤模型，对改进的刚度退化模型、Mander-Cheng低周疲劳损伤模型和Park-Ang双参数地震损伤模型进行了基准研究。应用混凝土压应变、钢筋拉应变和损伤指数定义了高速铁路桥梁的性能水准，将桥梁的性能水准分为完全运营、有限运营和接近倒塌三个等级。结合拟静力试验分析结果，对Caltrans规范和Priestley等人提出的桥墩强度计算公式进行了讨论分析。对高速铁路桥墩的延性抗震能力评估方法进行了研究。 2100433B

本项目针对高速铁路典型桥梁的抗震设计问题，通过桥墩抗震性能试验研究，分析高速铁路桥墩的延性性能、滞回耗能特性和地震损伤破坏机理，提出高速铁路桥墩的滞回模型、损伤模型和损伤性能水平量化指标。进行地震作用下列车－线路－桥梁系统的动力响应分析，研究桥梁结构特性对地震作用下高速列车行走安全性的影响规律，提出受线路折角容许值控制的桥墩最大允许变形和残余变形指标，结合桥墩抗震试验研究结果，提出高速铁路桥梁的多级性能水准和抗震设防目标。开展考虑高铁桥梁滞回特征的弹塑性反应谱研究，提出基于弹塑性反应谱和Push-over分析的高速铁路桥梁抗震设计和评估方法。

我国是世界上地震活动最活跃，地震灾害最大的国家之一。2008年5月汶川地震的发生，桥梁倒塌致使地震后交通中断，人民的生命财产损失惨重。加强桥梁抗震设计势在必行。《基于性能的桥梁抗震设计理论与实践》作为桥梁抗震设计的专著，首先从性能设计在桥梁抗震设计中的发展，多级水准设防和多性能目标的确立，结构分析、损伤评价指标及抗震设计评价方法等方面论述了基于性能桥梁抗震设计的基本理论，然后按照抗震设计评价方法分别论述了延性抗震设计、Pushover分析抗震设计、静一动力分析相结合抗震设计及动力分析抗震设计。《基于性能的桥梁抗震设计理论与实践》结合了作者在国内外进行科研取得的成果，介绍了桥梁抗震设计的最新发展。

《基于性能的桥梁抗震设计理论与实践》既可供从事桥梁设计、研究的专业工程技术人员使用，也可作为高等院校研究生相关专业课程的参考用书。

本项目拟瞄准重大研究计划培育项目中优先资助领域：抗灾设计理论。针对斜拉桥、悬索桥等大跨度桥梁结构，根据大跨度桥梁寿命期内组成结构各部分的重要性、可检性、可修性和可换性以及地震破坏后桥梁结构修复工作（抢修）的难易程度和结构所能承受的损伤、破坏风险，初步建立大跨度桥梁基于性能的抗震设计理论和方法，实现对大跨度桥梁工程地震灾变合理有效控制，提升大跨度桥梁结构防灾减灾能力。重点研究内容为：（1）地震作用下，大跨度桥梁主要结构构件的损伤与性能目标的定量关系；（2）大跨桥梁结构地震易损性分析和地震损伤、破坏风险；（3）大跨桥梁抗震设防标准与相应的性能要求；（4）大跨桥梁基于性能抗震设计方法。 2100433B