近场地震作用下桥梁结构基于位移抗震设计方法

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1、韭塞奎塑查兰塑主兰垡望兰一．立：!：!!兰摘要本文重点研究了脉冲型近震作用下钢筋混凝土桥墩的非弹性响应分析以及考虑近震作用的非弹性位移设计谱和性能需求谱的建立，并研究了近震作用’卜单墩和连续粱桥以及隔震连续粱桥基丁-位移的抗震设计方法，主要研究工作如下：(1)研究有效模拟脉冲型近震地面运动的等效速度脉冲模犁，给出了等效脉冲强度和脉冲特征周期的确定方法，并用实际近震记录进行检验。在此基础上，对单自由度结构在脉冲型近震记录及其等效脉冲作用下结构的位移延性需求、菲弹性位移比、强度折减系数等随结构基底剪力系数、自振周期、自振周期与脉冲特

2、征周期之比的变化规律进行了研究。运用非线性动力时程分析方法，研究了基于正交设计法得到的构造单墩在脉冲型近震记录及其等效脉冲作用下的延性和地震损伤性能，并以正变设计法设计的满足现行部颁规范延性要求的典型钢筋混凝土试验桥墩为例检验了构造单墩在脉冲型近震作片j下的非弹性响应特点，同时对实际高桥墩在脉冲型近震记录及其等效脉冲作用下的弹塑性地震响应特性以及延性和地震损伤性能进行了分析，并通过结构特征参数与脉冲型近震记录及其等效脉冲地震动参数的关系揭示了钢筋混凝土单墩及高桥墩在脉冲型近震作用i：的非弹性响应特点及反麻规律。(23对强度折减系

3、数的研究进行了回顾。利用单自由度弹塑性动力时程分析程序，对延性结构在大量近震记录、多条脉冲型近震记录及其等效脉冲作用下的强度折减系数进行了计算分析，并在非线性同归分析的基础上，提出了考虑近震作用的强度折减系数谱以及舍理麴近震脉冲强度折减系数表达式。通过能量分析方法对Park-Ang双重破坏准则中反映结构位移需求与能量需求之间的关系进行了考虑近震作用的修正以得到计及损伤的等效延性系数。计算了与UBC97规范动力放大系数谱相容的考虑近场地震作用的弹性位移设计谱，并在此基础上采用回归分析所得的强度折减系数和Park．Ang双重破坏准则

4、下不同破坏指标对应的等效延性系数，建立了相应的考虑损伤延性的非线性位移设计谱。在实际脉冲型近震记录及其等效脉冲的弹性位移反应谱的基础上，利用考虑近震脉冲作用的强度折减系数以及考虑脉冲损伤效应的等效延性系数，建立了与之相应的非弹性位移反应谱。对草自由度体系在恒定强度折减系数下考虑近震作用的性能需求因子进行了计算分析，并在非线性回归分析的基础上，提出了结构的展大位移延性需求与累积塑性延性、残余位移延性及屈服次数等性能需求因子之间的简化计算公式。对双线性单自由度系统在近震作用下的残余位移比进行了计算分析，提出了烈线性单自由度系统考虑近

5、震作用的设计残余位移比谱，并对考虑刚度退化的残余位移分析给出了计算方法和步骤，为近震作用下以位移为基础的抗震设计和抗震性能需求的评价提供必要的途径。(3)探讨了以位移为基础的基于割线刚度法的迭代设计过程以及基于考虑结构损伤延性的非线性位移反麻谱基础上的迭代与非迭代设计过程，将地震设计水准、破坏极限状态、量化损伤指标、等效延性系数、设计目标位移等因素联系起来用于以位移为基础的抗震设计方法中。在此基础上，应用第j章所建立的考虑近震作用的uBc97规范位移设计谱和脉冲型近震记录及其等效脉冲的位移反麻谱，在确定的极限状态下，对不同墩高的

6、钢筋混凝士桥墩进行了以位移为基础的抗震设计，并采用非弹性反应谱法和非线性时程分析方法对设计结果进行了检验。通过设计实例分析表明，在近震作用尤其是脉冲型近震记录及其等效脉冲作用下对钢筋混凝土桥墩采用割线目Ⅱ度法进行以位移为基础的抗震i殳计时关键在‘F选择合适的等效阻尼以得到合理的设计结果。利用设计位移延-性与其余性能需求闪子之间的关系计算了考虑累计损伤的屈服次数，并提出了等效累积循环次数的简化计算方法，可作为近震作用F设计桥墩考虑累积损伤效应抗震性能评价的指标。对脉冲型近震记录及其等效脉冲作用r以位移为基础的抗震设计结果进行了残余

7、位移需求的检验，通过设计实例分析表明在脉冲型近震作剧下需要考虑结构残余位移响应的影响。V北京交通大学博士学位论文中文摘爱(4)探讨了多自由度连续梁桥结构基于常位移形状目标位移模式的迭代抗震设计方法，指出该方法存在的不足之处，并进一步利用等效线性化方法将钢筋混凝土连续梁桥结构简化为多自由度线弹性体系，采用振型反应谱的概念考虑了多阶模态效应对桥梁结构在横向地震作用下结构响应的影响，探讨r连续梁桥的上部结构及桥墩刚度的变化对结构横向振动模态质量与模态周期的影响，并计入了桥台的移动变形对结构横向振动响应的作用，给出了多自由度连续梁桥结构

8、考虑多阶模态效庶直接基丁位移的迭代设计方法的具体设计过程及设计实例分析，并在此基础上对多自由度桥梁结构提出了一种改进的不需要迭代且能实现期望设计日标延性的基于非线性位移设计谱的简化抗震设计方法和具体设计过程。对对称与非对称连续梁桥在UBC97位移设计谱或脉冲型近