[01472985]带耗能构件的双柱式桥墩抗震性能与设计方法研究

1、背景和必要性 地震是威胁桥梁结构安全的主要自然灾害之一,桥墩对桥梁的抗震性能起至关重要的作用。双柱式桥墩在宁波乃至全国的工程实际中应用的越来越多,但宁波濒临日趋活跃的太平洋地震带,致使其地震危险性提高,特别是2010年后宁波地区的抗震设防烈度已提高至7度,导致其根据早期设防标准设计的双柱式桥墩不足以抵抗地震荷载的作用,存在抗震设计缺陷与不足。带耗能构件的抗震设计理念特别适合于双柱式桥墩,既能有效减小震后损伤和残余变形,又能使桥墩在震后恢复其正常使用功能。但带耗能构件的双柱式桥墩的研究目前处于起步阶段,也没有工程应用,其原因是对带耗能构件的双柱式桥墩抗震性能的理论分析、数值模拟和设计方法缺乏系统研究,也尚不完善。 2、主要研究内容 根据叠加原理,理论推导了带耗能构件的双柱式桥墩抗震性能分析模型;分别研究了低周循环荷载和地震荷载作用下双柱式桥墩和带耗能构件的双柱式桥墩的数值模拟结果,揭示了耗能构件对双柱式桥墩的耗能减震机理和性能贡献,阐明了耗能构件对双柱式桥墩可恢复功能效果;分别在低周循环加载和地震荷载作用下,研究了实体单元模型、纤维单元模型和集中塑性铰模型模拟带耗能构件的双柱式桥墩抗震分析的优劣和适用性,建立了实用的简化模拟方法;在理论模型和数值模拟的基础上,建立了带耗能构件的双柱式桥墩的抗震设计方法,可供工程抗震设计应用。 3、先进性和创新性 采用理论推导建立了带耗能构件的双柱式桥墩抗震性能分析模型,并进行数值模拟分析验证;通过数值模拟分析阐明了耗能构件对双柱式桥墩的性能贡献,揭示了耗能构件对双柱式桥墩的耗能机理,验证了带耗能构件的双柱式桥墩具有震后可恢复功能;建立了带耗能构件的双柱式桥墩的抗震设计方法,为双柱式桥墩的抗震设计和维修加固服务。 4、成果分析 本研究成果解决了双柱式桥墩的震后可恢复功能,为有关规范指南的制定提供理论依据和分析手段,建立了带耗能构件的双柱式桥墩抗震分析的简化模拟方法和设计方法,可直接为制定双柱式桥墩的抗震设计和维修加固方案服务。研究成果对双柱式桥墩以外的其他桥梁构件以及桥梁的抗震减震问题具有参考价值。