强震作用下长大桥梁的灾变全过程及控制研究项目摘要

本项目拟瞄准重大研究计划重大工程的动力灾变的总体目标，针对城市高架桥梁、跨海桥梁和深水高墩桥梁等长大桥梁，系统开展强震作用下长大桥梁的灾变全过程及控制研究。通过研究复杂受力条件下材料、构件的损伤动力效应以及结构的多维非线性动力效应，建立材料、构件的损伤动力本构模型以及结构的多维非线性动力行为模拟模型；通过研究结构－介质之间的动力相互作用效应，建立多点、多维地震作用下长大桥梁考虑结构－介质动力相互作用的非线性地震反应分析方法；通过研究长大桥梁在强震作用下的失效破坏机理和破坏倒塌机制，建立长大桥梁强震灾变全过程的数值模拟方法与动态可视化技术以及强震灾变过程控制的理论与方法，再现强震作用下长大桥梁的损伤、破坏和倒塌的灾变全过程。为建立基于性态的长大桥梁抗震设计及减灾控制的理论与方法，为全面开展重大工程强震动力灾变模拟的系统集成，提供坚实的理论基础和技术支撑，因此具有重大的理论意义和工程价值。 2100433B

本项目根据重大研究计划的总体目标，结合我国重大工程的实际需求，针对超大跨深水基础桥梁强震灾变过程及控制中的几个关键科学问题开展研究。通过试验及测试，构建了海洋土体本构模型，建立了深水条件下复杂工程场地多点多维地震动输入模型；以试验和数值模拟为手段，研究了深水对桥梁群桩基础抗震性能的影响，形成了相应的数值方法和试验技术；通过离心试验、非线性数值方法研究了土体对群桩基础的影响，建立了相应的简化计算方法；通过倒塌仿真分析，研究了超大跨度深水基础桥梁强震灾变过程，揭示了强震作用下超大跨度深水基础桥梁动力灾变的形成机理，提出结构损伤控制原理及相应的抗震结构体系；建立了适用于超大跨度深水基础桥梁多点多维地震反应的分析模型和方法。 2100433B

本项目根据重大研究计划的总体目标，结合我国重大工程的实际需求，针对超大跨深水基础桥梁强震灾变过程及控制中的几个关键科学问题开展研究。通过试验构建海洋土体本构模型，建立深水条件下复杂工程场地多点多维地震动输入模型；以试验和数值模拟为手段，研究深水对桥梁群桩基础抗震性能的影响，形成相应的数值方法和试验技术；通过离心试验、非线性数值方法研究土体对群桩基础的影响，建立相应的简化计算方法；通过倒塌仿真分析，研究超大跨度深水基础桥梁强震灾变过程，揭示强震作用下超大跨度深水基础桥梁动力灾变的形成机理，提出结构损伤控制原理及相应的抗震结构体系；最终，建立适用于超大跨度深水基础桥梁多点多维地震反应的分析模型和方法。本项目将提升超大跨深水基础桥梁抗震设计理论和方法的整体科学水平，为相关重大工程的实施建设提供科学支撑。

随着地球地震活跃期的来临，在我国西部大开发建设的背景下，为了保证强震作用下隧道特别是抗震最薄弱部分的明洞段安全，亟需相应的减震机理与灾害控制对策研究。采用资料调研、数值模拟和模型试验等方法，本课题深入研究了隧道洞口段的地震响应机理及减震对策。 （1）通过文献资料的广泛搜集，明确隧道洞口段的破坏形式可分为：①边坡失稳破坏导致的崩塌、滑落造成其变形和压损；②隧道门墙壁的破损、倾斜、开裂等问题；③隧道过断层段的错动。 （2）结合模型试验和数值分析的方法，研究仰坡角度、衬砌刚度，减震缝间隔对隧道结构地震响应的影响，得出结论有：①过大的衬砌刚度对衬砌的受力不利，在保证静力荷载和变形的条件下，适当减小衬砌的刚度可以吸收地震荷载的能量，对隧道抗震更有利。②无配筋衬砌相比有配筋衬砌的峰值弯矩大，明洞以及洞口附近衬砌应予以配筋。③仰坡坡度越大，洞口段上覆土层越厚，其惯性力和主动压力越大，衬砌附加弯矩峰值越大。在洞口处可以通过接长明洞来减小仰坡坡度，从而减小衬砌的受力，同时还可以预防地震引起的滑坡、落石等次生灾害。④洞口附近设置减震缝可以改善衬砌的受力，降低受力集中，使衬砌受力更均匀。 （3）借助模型试验和数值方法研究上部滑移隔震、下部滑移隔震、下部碎石减震、全包减震、隔震层 下部碎石减震五种措施的减震效果，得出设置隔震层和下部碎石对衬砌的减震作用明显，下部碎石减震作用更为有效。洞门附近可以对基底进行处理，这不仅可以增加基底承载力并且可以起到一定的隔震作用。 本课题研究成果有助于提高隧道结构抗的抗减震，可为相关工程设计与施工提供指导，亦可为今后规范和标准的制定提供理论和技术支持。 2100433B