[00124809]非规则桥梁抗震减震设计理论与方法及工程应用

任务来源：国家973项目、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金国际（地区）合作与交流重大项目、国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金重点项目、北京市教委科技重点项目以及企事业委托项目等。 项目组于本世纪初,开始针对桥梁结构抗震领域的关键基础理论、方法与技术问题,结合工程实践和规范、规程与标准制定,深入地开展了科技攻关研究,取得了系统、全面的系列创新性研究成果,并在大量重要公路桥梁工程中的抗震分析方法、性能评估及抗震设计中得到应用。内容涉及桥梁结构地震非线性反应和损伤破坏模拟的理论分析、数值建模和试验技术与方法,地震破坏机理和失效模式,抗震设计理论和分析方法以及减震控制技术等。在非规则桥梁结构抗震领域,发展了新理论和新模型,提出了新方法和新技术,解决了桥梁工程抗震减震的多个关键问题,完善了公路桥梁抗震减震理论、方法与技术,推动了我国桥梁抗震减震领域的发展。成果的创新性和先进性具体体现为如下几个方面： 1.发展和完善了复杂受力状态下桥梁主要构件的非线性力学行为及分析模型,研发了系列具有自主知识产权的桥梁结构隔震装置和阻尼器,是准确预测桥梁结构非线性地震反应基础。 2.提出了桥梁桩-土相互作用的高效计算分析方法,发展了直接基于位移的桥梁抗震设计理论和方法,发展了基于OpenSees平台的桥梁结构多维多点随机地震响应分析方法,揭示了非规则桥梁结构地震破坏机理与失效模式,数值模拟再现了强震作用下桥梁结构损伤演化与破坏倒塌的灾变过程。 3.开发了多振动台台阵系统及其协同控制技术,实现多维多点地震作用下大跨度结构抗震性能试验,研发了振动台实时混合试验技术,极大拓展了振动台的试验能力和工作效率,实现了同时考虑地震动行波效应和土-结构相互作用效应的长大桥梁振动台试验。 本项目针对高烈度区交通基础设施工程建设中亟需解决的桥梁结构抗震设计和分析中的关键问题,建立了表征复杂受力状态下桥梁主要构件非线性力学行为的分析模型,发展了桥梁结构多维多点随机地震响应分析方法,提出了直接基于位移的桥梁抗震设计理论和方法,揭示了非规则桥梁结构地震破坏机理与失效模式,数值模拟再现了强震作用下桥梁结构损伤演化与破坏倒塌的灾变过程;研发了系列具有自主知识产权的桥梁结构减隔震装置,以及多振动台台阵试验系统及其协同控制技术与振动台实时混合试验技术,发展和完善了桥梁结构减隔震设计理论和方法,等。本项目以公路桥梁结构为研究对象,解决了三个主要难题：建立了复杂受力状态下桥梁主要构件/装置非线性力学行为及分析模型,发展了基于性能的桥梁结构抗震设计分析理论与方法;研发了系列具有自主知识产权的桥梁结构减隔震装置,发展和完善了桥梁结构减隔震设计理论和方法;研发了多振动台台阵系统及其协同控制技术与振动台实时混合试验技术等关键技术与方法。 本项目提出的复杂受力状态下桥梁主要构件/装置非线性力学行为及分析模型,为公路桥梁精细化分析和数值建模提供了重要的理论基础,是桥梁抗震性能评价和结构抗震设计的基础性工作。发展了基于性能的桥梁结构抗震设计分析理论与方法,是我国公路桥梁抗震由安全设计向性态设计,从被动防灾到主动防御的重要发展,引领了我国公路桥梁抗震设计的重要发展方向。研发了具有自主知识产权的桥梁结构减隔震装置及完善了桥梁结构减隔震设计理论和方法,为发展和完善我国公路桥梁抗震减震设计提供了重要的理论依据,为保障我国公路桥梁地震安全提出了多种关键解决方案,是国内外工程抗震领域正在发展的可恢复功能抗震设计理念的重要组成部分。项目研发的多振动台台阵系统及其协同控制技术、实时混合试验技术等关键试验装备、技术与方法,不仅为开展大跨度结构抗震试验提供了重要的试验平台保障,更为我国同类试验平台建设提供了宝贵的借鉴经验。综上所述,本项目提出和发展的分析理论、设计方法、试验装备等系列研究成果,形成了从应用基础研究到规范编制,最终应用于工程实践,并为开创了国内多振动台台阵系统建设和关键技术研发的先河,体现出了显著的社会效益和公益性。 本项目部分研究成果已写入《公路桥梁抗震设计规范》和国家《城市轨道交通结构抗震设计规范》,在指导规范公路桥梁抗震设计的同时,积累工程实践经验,发展和完善了桥梁结构抗震分析理论和设计方法。编写交通行业桥梁抗震规范1部,在指导地震区的桥梁工程建设中发挥了重要作用。研究成果也已在北京、天津、长春、广东、重庆、四川等强震区桥梁工程抗震设计及分析中得到应用。成为我国桥梁工程防震减灾分析和设计的重要依据,产生了巨大的社会经济效益。