獨柱式城市高架橋抗震分析與設(shè)計方法研究.pdf

1、對獨柱式城市高架橋進(jìn)行高效準(zhǔn)確的抗震分析及抗震設(shè)計，是目前國內(nèi)外工程抗震領(lǐng)域亟待解決的問題之一。本文結(jié)合浙江省交通運輸廳科技計劃項目“獨柱橋墩合理構(gòu)造型式及實用設(shè)計方法的研究(2010H32)”以及浙江省建設(shè)廳科研推廣項目“基于性能的獨柱式城市高架橋橋墩抗震理論分析及試驗研究(2014Z129)”，以獨柱式城市高架橋為背景，對獨柱墩構(gòu)件及橋梁系統(tǒng)的抗震分析、設(shè)計以及評估方法進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值計算和理論分析。主要研究內(nèi)容及成果如下:

2、　　(1)對不同施工工藝的獨柱墩進(jìn)行了基于塑性鉸模型的抗震性能分析;針對不同的抗震性態(tài)評價指標(biāo)，得出每一個評價指標(biāo)所對應(yīng)的最適合的塑性鉸模型，為橋梁抗震工作者提供理論指導(dǎo)。
　　(2)提出了改進(jìn)的基于統(tǒng)計線性化的非線性隨機(jī)振動虛擬激勵法，通過算例進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)此方法突破了隨機(jī)振動計算效率低的瓶頸，并且比常規(guī)的反應(yīng)譜法更精確，比動力時程法更高效;以獨柱式城市高架橋為研究算例，對其進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的影響分析，結(jié)果表明采用本文所提算法進(jìn)行計

3、算時，隨著獨柱墩墩高、橋梁跨度與跨數(shù)、視波速以及相干效應(yīng)的變化，對應(yīng)的墩頂、墩底的內(nèi)力及位移會有不同規(guī)律的變化，此結(jié)論可為獨柱式城市高架橋的抗震分析提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)。
　　(3)基于性能的抗震設(shè)計理念，確定了城市高架橋的抗震設(shè)防水準(zhǔn)、性能水準(zhǔn)以及對應(yīng)的性能目標(biāo);結(jié)合模糊邏輯控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、自適應(yīng)遺傳算法的優(yōu)點，提出了一種可以考慮非線性的基于性能的獨柱橋墩的抗震設(shè)計方法;選取不同截面型式的獨柱墩進(jìn)行驗算，發(fā)現(xiàn)由此算法所確定的最

4、優(yōu)設(shè)計方案不僅可以滿足抗震等級要求及結(jié)構(gòu)性能要求，還可以最大限度地減少工程造價;對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行Pushover分析，發(fā)現(xiàn)其能力曲線與試驗滯回環(huán)的包絡(luò)曲線骨架基本一致，說明所提算法的實用性及精確性;將此算法應(yīng)用于獨柱式城市高架橋獨柱墩的抗震設(shè)計中，可方便、準(zhǔn)確、高效的確定其最優(yōu)設(shè)計方案。
　　(4)以可靠度理論為基礎(chǔ)，結(jié)合能量抗震分析方法，提出了基于滯回能的獨柱式城市高架橋抗震設(shè)計方法;通過算例研究可以發(fā)現(xiàn):采用此方法確定的獨柱式城

5、市高架橋的動力可靠度與地震動平穩(wěn)持時和地震動譜強度因子有關(guān)，隨著平穩(wěn)持時和譜強度因子的增加，橋梁結(jié)構(gòu)的動力可靠度會逐漸減小。
　　(5)以基于性能和的可靠度的抗震設(shè)計理論為基礎(chǔ)，對不同抗震設(shè)防水準(zhǔn)下的獨柱式城市高架橋進(jìn)行抗震性能理論分析;采用非線性隨機(jī)有限元法和概率Pushover法對研究算例進(jìn)行橋墩及橋梁整體的可靠性研究;結(jié)果發(fā)現(xiàn):橋梁整體的失效概率大于單個構(gòu)件的失效概率;橋梁整體失效概率隨著PGA和震級的增加而增加;橋梁在橫向

6、更易損壞，因此具有較大的地震風(fēng)險;非線性隨機(jī)有限元法與概率Pushover法的計算結(jié)果基本一致，但前者的計算值偏小，偏于保守。
　　(6)以全概率理論為基礎(chǔ)，基于性能的地震工程框架，引入IDA法，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行概率地震需求分析，求得易損性曲線，結(jié)合地震危險性分析，對通過拉丁超立方體抽樣法選取的8個獨柱式城市高架橋樣本進(jìn)行數(shù)值模擬與計算，最終從概率的角度對研究算例進(jìn)行抗震性能評估;結(jié)果發(fā)現(xiàn):在縱向和橫向地震輸入下，八個橋梁樣本均滿足