基于性能抗震的非线性土-桥台-桥梁结构相互作用分析

桥台是桥梁结构与公路工程相接合部位，是地震中桥梁结构的薄弱环节，近几次大地震的桥梁震害显示，桥台在地震中损伤破坏严重。但当前桥梁抗震设计主要基于桥墩滞回性能，耗能减震和隔震等方法，极少考虑桥台的抗震性能，对于基于性能的桥梁抗震设计，如何确定剪力键的抗震性能、计算模型和抗震设计方法，以及土-桥台-桥梁结构相互作用，对桥梁整体结构的地震反应和抗震性能都具有重要意义。 本项目拟以钢筋混凝土支座式桥台为主要研究对象，围绕复杂受力条件下桥台重要构件非线性动力性能与桥梁结构非线性动力行为的精细化分析模型，桥台的抗震性能、损伤破坏机理及失效模式，以及地震作用下非线性土-桥台-桥梁结构相互作用及其对斜交桥梁抗震性能的影响开展研究。揭示了桥台的地震响应特性和损伤破坏机理，建立基于性能的非线性土-桥台-桥梁结构相互作用的斜交桥梁地震反应分析方法。 （1）针对我国在役桥梁剪力键（外剪力键及内剪力键）抗震性能问题展开系统的试验研究，结合试验结果，划分了剪力键的破坏形态类别特征和损伤标准，建立了不同破坏模式下剪力键承载能力计算公式，给出了不同受力机制下剪力键力-位移关系曲线简化分析模型，并结合桥梁抗震理论阐明了新型剪力键抗震性能目标、设计思想、设计方法及设计流程，给出了基于力和位移的剪力键设计方法和构造措施的建议。 （2）针对非线性土-桥台-桥梁结构相互作用问题，通过土的极限平衡理论和修正的双曲线应力-应变关系，给出可计算桥台纵桥向非线性力-位移能力的预测模型，以及适用于桥梁抗震设计的简化公式。并将简化公式应用于有限元模型中，分析桥梁上部结构-桥台背墙-回填土相互作用对桥梁结构地震反应的影响，得出预测模型和简化公式可准确评估桥台纵桥向非线性力-位移能力，且方便应用于桥梁抗震设计。桥台非线性力-位移滞回性能对桥梁结构地震反应有重要影响，在桥梁抗震设计中应合理考虑。 （3）在上述研究基础上，开展全面考虑斜交桥梁重要构件非线性力学性能和非线性土-桥台-桥梁结构相互作用的桥梁结构动力分析，分析了水平双向近断层地震动作用下斜交桥梁结构非线性地震反应，并探讨了斜交角、伸缩缝和横向初始间隙等参数对斜交桥梁地震反应的影响。 2100433B

本项目拟以钢筋混凝土支座式桥台为主要研究对象，围绕复杂受力条件下桥台剪力键、桥台-回填土相互作用、碰撞作用等非线性动力性能与斜交桥梁结构非线性动力行为的精细化建模，桥台的抗震性能、损伤破坏机理及失效模式，以及强震作用下非线性土-桥台-桥梁结构相互作用等对斜交桥梁抗震性能的影响及其地震易损性等开展理论分析、数值模拟和模型试验研究。揭示桥台的地震响应特性和损伤破坏机理，建立基于性能的非线性土-桥台-桥梁结构相互作用的斜交桥梁地震反应分析方法，从而把握斜交桥梁的抗震性能和薄弱环节，并为桥台的抗震设计提供理论基础和技术支撑，具有重要的理论意义和工程价值。

本书结合国内外桥梁结构抗震研究的最新进展，力求把目前这方面的最新研究成果编入在内，为此，本书侧重于桥梁结构的地震可靠性分析和抗震性能分析等方面的研究问题，做到全面、系统地介绍桥梁结构的抗震问题、震害特点、地震可靠性以及抗震性能等研究内容。2100433B

本书系统介绍了作者十五年来在桥梁结构抗震减震领域的相关研究工作。全书共14章，主要内容包括：地震动特性及输入问题，桥梁结构弹性地震反应分析方法，桥梁主要构件非线性分析模型，RC桥墩非线性分析模型，土-基础-桥梁结构相互作用，桥梁地震反应非线性分析方法，直接基于位移的桥梁抗震设计方法，空间地震动作用下桥梁随机反应，基于多尺度有限元建模的桥梁地震倒塌分析，桥梁地震保护装置，减隔震桥梁地震反应分析方法，摇摆桥梁结构分析与抗震设计，桥墩地震动水压力分析方法，以及桥梁结构模型动力试验等。

第1章 桥梁结构抗震概述

1.1 引言

1.2 桥梁结构的构造及特点

1.3 桥梁结构类型

1.4 桥梁结构震害

1.5 桥梁结构抗震设计方法

1.6 桥梁结构的抗震设计特点

1.7 桥梁结构的抗震设计原则

第2章 场地地震危险性评价

2.1 引言

2.2 地震及地震波

2.3 地震动的确定方法

2.4 设定地震

2.5 场地地震动参数的确定

第3章 单自由度系统的振动

3.1 引言

3.2 运动方程

3.3 自由振动

3.4 强迫振动

3.5 阻尼比测取原理

第4章 多自由度系统的振动

4.1 运动方程的建立

4.2 自由振动

4.3 强迫振动

第5章 运动微分方程的基本解法

5.1 引言

5.2 傅式变换法

5.3 振型叠加法

5.4 逐步积分法

5.5 桥梁结构有限元分析的基本单元

5.6 桥梁结构的振动频率与振型

5.7 桥梁结构的振动阻尼

第6章 地震反应谱理论

6.1 地震反应谱

6.2 振型参与系数

6.3 振型组合

6.4 反应谱求法

6.5 设计反应谱

6.6 拟反应谱、三联反应谱和标准反应谱

6.7 基于反应谱理论的地震力计算

6.8 基于我国规范桥梁抗震设计方法

第7章 梁桥结构地震可靠性分析

7.1 引言

7.2 结构可靠性分析方法

7.3 桥墩构件可靠性分析

7.4 算例分析

7.5 桥梁上部结构可靠性分析

7.6 梁桥结构系统可靠性分析

7.7 算例分析

7.8 已建桥梁结构系统加固优化方法研究

第8章 遗传算法在桥梁结构可靠性分析中的应用

8.1 遗传算法简介

8.2 遗传算法的基本原理

8.3 遗传算法步骤

8.4 遗传算法执行策略

8.5 遗传算法的收敛性

8.6 遗传算法在结构可靠性分析中的应用

8.7 算例分析

第9章 桥梁结构抗震可靠性的反应谱分析

9.1 一致地震激励结构的反应谱分析

9.2 非一致地震激励时结构抗震可靠性的反应谱分析

9.3 基于反应谱理论的结构抗震可靠度分析方法

9.4 算例分析

第10章 结构抗震性能评价方法

10.1 引言

10.2 基于性能的抗震设计的理论框架

10.3 Pushover方法的分析原理

10.4 能力谱方法

10.5 位移影响系数法

10.6 地震需求谱的建立

第11章 桥梁结构的非线性地震响应及抗震性能分析

11.1 引言

11.2 桥梁结构非线性有限元模型

11.3 桥梁结构的非线性分析模型的建立

11.4 钢筋混凝土结构非线性地震响应的时程分析

11.5 桥梁结构的Pushover分析

第12章 基于改进的适应谱Pushover方法的桥梁抗震性能评价

12.1 引言

12.2 改进的适应谱Pushover方法

12.3 算例分析

12.4 高阶振型对桥梁抗震性能的影响

第13章 基于位移的适应谱Pushover方法的梁桥抗震性能评价

13.1 引言

13.2 基于位移的适应谱Pushover方法

13.3 梁桥算例分析

第14章 斜拉桥非线性地震响应分析与性能评价

14.1 引言

14.2 斜拉桥的工程概况和计算模型

14.3 斜拉桥的静力弹塑性分析

14.4 基于屈服后位移模式修正的I)ASPA法

第15章 基于日本抗震规范的桥梁结构抗震性能设计方法

15.1 中、日抗震设计规范的比较分析

15.2 算例1 基于日本抗震规范单墩柱的Pushover抗震分析

15.3 算例2 基于日本抗震规范桥梁全体系Pushover抗震分析

参考文献