基于性能的高速铁路典型桥梁抗震设计与评估方法研究

本项目针对高速铁路典型桥梁的抗震设计问题，通过桥墩抗震性能试验研究，分析高速铁路桥墩的延性性能、滞回耗能特性和地震损伤破坏机理，提出高速铁路桥墩的滞回模型、损伤模型和损伤性能水平量化指标。进行地震作用下列车－线路－桥梁系统的动力响应分析，研究桥梁结构特性对地震作用下高速列车行走安全性的影响规律，提出受线路折角容许值控制的桥墩最大允许变形和残余变形指标，结合桥墩抗震试验研究结果，提出高速铁路桥梁的多级性能水准和抗震设防目标。开展考虑高铁桥梁滞回特征的弹塑性反应谱研究，提出基于弹塑性反应谱和Push-over分析的高速铁路桥梁抗震设计和评估方法。

以京沪高铁沿线简支梁桥桥墩为试验原型，通过8个缩尺比为1:5的高速铁路圆端形桥墩模型的拟静力试验，从破坏模式、滞回曲线、承载能力、延性性能、刚度退化效应和残余位移等方面，研究了剪跨比、配筋率和配箍率等参数对桥墩横桥向和顺桥向抗震性能的影响规律。采用OpenSees进行了桥墩模型的有限元数值模拟，建立了低周反复荷载作用下的纤维单元模型，并通过试验数据验证了模型的有效性。系统比较了已有的钢筋混凝土结构地震损伤模型，对改进的刚度退化模型、Mander-Cheng低周疲劳损伤模型和Park-Ang双参数地震损伤模型进行了基准研究。应用混凝土压应变、钢筋拉应变和损伤指数定义了高速铁路桥梁的性能水准，将桥梁的性能水准分为完全运营、有限运营和接近倒塌三个等级。结合拟静力试验分析结果，对Caltrans规范和Priestley等人提出的桥墩强度计算公式进行了讨论分析。对高速铁路桥墩的延性抗震能力评估方法进行了研究。