地震作用下钢筋混凝土曲线桥梁损伤破坏机理与试验研究

本项目拟针对钢筋混凝土（简称RC）曲线桥梁（包括城市立交桥梁、山区公路曲线桥梁等）地震破坏机理和抗震性能开展理论分析、数值模拟和试验研究，建立多维多点地震作用下RC曲线桥梁非线性地震反应分析方法，以获得RC曲线桥梁在地震作用下的损伤破坏机理与地震响应特性和规律。主要研究内容：（1）通过对RC桥墩的非线性压弯扭耦合性能和隔震支座拉压-剪切-扭转耦合作用试验和分析，建立RC曲线桥梁构件的非线性动力精细化模型；（2）建立多维多点地震作用下RC曲线桥梁的非线性地震反应分析以及分析曲线桥梁平面和空间变化特性等对其非线性地震反应影响效应；（3）通过大比尺RC桥墩多维地震模拟振动台试验和地震作用下RC曲线桥梁结构体系的损伤与失效破坏过程的数值模拟，揭示RC曲线桥梁地震损伤破坏机理和损伤形态。

针对钢筋混凝土曲线桥梁抗震性能，本项目对钢筋混凝土曲线桥梁的损伤破坏机理以及隔震技术开展了理论分析和试验研究，获得了在地震作用下的曲线桥梁地震响应特性和规律，建立多维多点地震动作用下钢筋混凝土曲线桥梁非线性地震反应分析方法，主要研究内容和取得成果如下：（1）研究了弯扭复合作用下钢筋混凝土圆形桥墩在的抗震性能，分析了弯扭复合作用下扭转作用对桥墩抗弯能力的影响以及配筋率、箍筋间距及箍筋形式对桥墩弯扭抗震性能的影响，建立了弯扭复合作用下考虑扭弯比作用的弯曲恢复力四线型模型和考虑扭弯比作用的扭转恢复力三线型模型，提出了“交叉螺旋箍筋”配筋方式来解决斜交桥梁和曲线桥梁的钢筋混凝土桥墩弯扭相互作用导致的桥墩弯扭失效问题；（2）基于Bouc-Wen的模型，提出了一种考虑钢筋混凝土桥墩强度和刚度退化以及捏拢效应的改进非线性滞回模型，确定了影响该改进滞后模型的控制参数，并在Matlab里实现对RC桥墩各种破坏模式非线性滞后性能预测，并通过试验证实了本文提出改进模型的正确性和有效性；（3）研究了钢筋混凝土矩形空心桥墩在单向压弯作用下的抗震性能，分析了高宽比，纵向钢筋配筋率，横向钢筋体积配箍率及轴压比对其抗震性能影响，并通过累积概率曲线把残余裂缝，混凝土保护层剥落，核心混凝土的压碎等主要损伤状态与纵向钢筋的拉应变和混凝土的压应变等工程设计参数联系紧密，确定适合于基于性能抗震设计方法需要性能的量化措施和对应性能需要的有效结构细部构造；（4）研究了水平双向地震作用下矩形空心桥墩抗震性能，分析了一种构造简单的横向配筋构型的RC矩形空心桥墩，可以取代当前我国公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）建议的矩形空心截面横向配筋构型。空心截面桥墩塑性铰发展区域更为集中。（5）自主开发出一种新型多球面滑动摩擦隔震支座，阐明了这种隔震支座的构造特点、工作机理和滑动机制，建立了其力-位移关系非线性恢复力模型，并对该支座的力学性能进行了试验研究，对其各摩擦面的滑动顺序机制和非线性恢复力模型进行了试验确认；（6）提出了铅芯橡胶支座双向耦合塑性模型，建立了水平双向地震激励下曲线隔震桥梁的非线性地震反应分析方法; （7）开展了钢筋混凝土桥墩大跨度桥梁的振动台台阵试验，并提出了考虑地震动空间效应的多点地震动作用下大跨度桥梁的非线性地震反应分析方法。