强震条件下的大跨度桥梁横向减震体系研究

As the demand of infrastructure construction increases in the west of China, recently and in the near future, more challenges are introduced when long-span bridges are to be built in the typical highly seismic regions. This project mainly focuses on the lateral earthquake-resisting system (ERS) for long-span bridges under severe seismic conditions. Based on the fundamental demand that both large restoring force and large displacement capability are required for a valid lateral ERS used for long-span bridges located in high seismic zones, two types of lateral ERS, including the “protection” system employed in the Rion-Antirion Bridge, are to be theoretically and experimentally investigated for uncovering the substantial isolation mechanism and developing the basic design method of the primary parameters of the isolation devices. Furthermore, comprehensive parameter analyses combined with experimental results of a shake table test on the seismic performance, isolation efficiency and appropriate design parameters for the different types of ERS under various strong ground motions (e.g. near-fault, crossing fault, and typical far-field ground motions) will be carried out and the applicability of the different lateral ERS will be developed. The outcomes of this project can help select and design efficient earthquake resisting systems for long-span bridges under severe seismic conditions.

随着我国基础设施建设重点逐渐向西部转移，在当前及未来一段时期，我国将面临更多的大跨度桥梁强震安全问题。本研究重点针对强震条件下的大跨度桥梁横向减震体系开展研究。基于大跨度桥梁横向减震的大约束力和大位移能力需求特点，重点针对包括希腊安蒂雷翁大桥“牺牲保护”体系在内的两种大跨度桥梁横向减震体系在减震机理和关键参数设计方法等方面存在的不足，开展针对性的理论与试验研究，完善其基本设计理论与方法；在此基础上，结合数值参数分析与试验验证，对各减震体系开展不同强震激励（近断层、跨断层、远场）下的减震行为、减震功效与减震体系合理参数匹配研究，建立各减震体系的适用性，为强震条件下的大跨度桥梁合理抗震体系选择和设计提供技术支撑。

我国基础设施建设重点正逐渐向西部高烈度地震区转移，此外“一带一路”也催生了一大批强震区的交通基础设施建设需要，大跨度桥梁的强震安全与减震技术亟待解决。本研究重点针对强震作用下的大跨度桥梁横向减震体系开展研究。基于大跨度桥梁横向减震中的大约束力和大位移能力需求特点，重点针对包括希腊安蒂雷翁大桥的“牺牲保护”体系在内的两种大跨度桥梁横向减震体系在减震机理和关键参数设计方法等方面存在的不足，开展针对性的理论与试验研究，完善其基本设计理论与方法。结合数值参数分析与大比例斜拉桥全桥振动台试验验证，对各减震体系开展不同强震激励（近断层、跨断层、远场）下的减震行为、减震功效与减震体系合理参数匹配研究，建立各减震体系的适用性。研究结果显示：实际粘滞阻尼器中的低速摩阻会导致牺牲元件“牺牲”后，在发生体系变换后的结构中产生较大的残余位移，为确保震后结构在余震作用下的安全性和抢修阶段的通行需要，需要提供足够的阻尼器设计冲程和塔梁相对位移空间，提出“牺牲保护”体系的阻尼器位移需求设计理论与方法。弹塑性索+粘滞阻尼器组合减震体系具有显著的大约束力和大位移能力特性，对远、近场强震作用的适应性强。坚硬场地远场强震作用下，对应的峰值加速度小于1.5g，减震索基本处于弹性变形状态，具有震后完全可恢复性；对于软弱场地地震，组合减震体系可适应的峰值加速度均值为0.6g。当近断层地震脉冲周期与结构基本周期接近时响应值很大，与理想弹性索体系相比，弹塑性索体系在脉冲作用时刻可以提供更大的耗能，耗时更短，往复振荡更少，与软钢阻尼器体系相比，其耗能历程以及耗能相对值与之相差并不大，可以实现类似的良好减震消能效果，并且具有更好的自复位能力。本项目研究为强震条件下的大跨度桥梁合理抗震体系选择和设计可提供直接的技术支撑。