高架橋梁強(qiáng)震非線性損傷破壞及抗震性能研究

針對(duì)高架橋梁在強(qiáng)震作用下的非線性損傷破壞和抗震性能，研究多維非一致地震動(dòng)作用下，考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)非線性以及碰撞接觸的非線性建模方法和數(shù)值算法；研究基于增量動(dòng)力分析方法的地震動(dòng)強(qiáng)度輸入指標(biāo)和增量方案，以及表征結(jié)構(gòu)損傷和破壞的輸出定量指標(biāo)，建立高架橋梁強(qiáng)地震動(dòng)作用下的非線性增量動(dòng)力分析方法；研究高架橋梁各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷模型，分析結(jié)構(gòu)局部損傷指標(biāo)和整體損傷之間相互關(guān)系及其加權(quán)組合方法和權(quán)重；研究高架橋梁在強(qiáng)震動(dòng)作用下的非線性效應(yīng)和損傷演化規(guī)律，以及結(jié)構(gòu)易損性模型建立方法和基于概率的抗震性能評(píng)估方法。在Opensees軟件架構(gòu)下，應(yīng)用上述研究成果開(kāi)發(fā)高架橋梁強(qiáng)震非線性分析和抗震性能評(píng)估的功能模塊和分析平臺(tái)，為揭示強(qiáng)地震動(dòng)作用下高架橋梁的損傷機(jī)理和破壞機(jī)制，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力提供理論和方法。由于高架橋梁跨度較小，不屬于重大工程，不包含在重大研究計(jì)劃的研究范圍之內(nèi)，因此本項(xiàng)目從面上項(xiàng)目的類(lèi)別中提出申請(qǐng)。 2100433B

以近斷層高地震風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)建設(shè)的高墩橋梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，針對(duì)強(qiáng)地震動(dòng)場(chǎng)模型和近斷層破壞性效應(yīng)，高墩橋強(qiáng)震損傷破壞機(jī)理，抗倒塌性能評(píng)估，以及高墩橋的減震措施和基于延性的抗震設(shè)防方法等，進(jìn)行了一系列深入的研究。提出了近斷層空間多點(diǎn)、多維地震動(dòng)場(chǎng)人工模擬方法，建立了近斷層脈沖型地震動(dòng)定量提取和合成方法，揭示了近斷層潛在破壞性效應(yīng)及其對(duì)高墩橋的影響規(guī)律；提出了考慮地基－橋梁基礎(chǔ)動(dòng)力相互作用的分析模型，對(duì)高墩橋強(qiáng)震作用下破壞、體系失效和倒塌進(jìn)行分析，闡明了近斷層高墩橋的失效模式和倒塌機(jī)制；基于IDA和易損性分析方法，揭示近斷層區(qū)高墩橋梁強(qiáng)震作用下抗倒塌性能，提出基于等效延性的抗倒塌優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立了近斷層高地震風(fēng)險(xiǎn)性環(huán)境下高墩橋結(jié)構(gòu)倒塌模式控制方法。部分研究成果對(duì)近斷層地區(qū)高墩橋抗震設(shè)計(jì)與安全性提升具有極其重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為“一帶一路”沿線橋梁生命線工程的建設(shè)與抗震設(shè)防提供科學(xué)建議。 2100433B

針對(duì)淺源地震發(fā)生的極不確定性和強(qiáng)破壞性，以我國(guó)近斷層（含跨越斷層）高墩橋梁為研究對(duì)象，采用理論分析、數(shù)值仿真和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，考慮近斷層強(qiáng)震高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中，高墩橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力非線性反應(yīng)規(guī)律及其影響因素，分析近斷層空間地震動(dòng)的破壞性效應(yīng)，揭示近斷層場(chǎng)地上高墩橋的強(qiáng)震破壞規(guī)律和倒塌機(jī)制。項(xiàng)目預(yù)期將建立近斷層地區(qū)空間多點(diǎn)、多維地震動(dòng)場(chǎng)模型和生成方法，提出地基－橋梁基礎(chǔ)動(dòng)力相互作用的子結(jié)構(gòu)分析模型及區(qū)域分解高效算法，再現(xiàn)近斷層高墩橋梁強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)破壞、體系失效和倒塌全過(guò)程，闡明近斷層強(qiáng)震作用下高墩橋梁的失效模式和倒塌機(jī)制，揭示近斷層區(qū)高墩橋梁強(qiáng)震作用下抗倒塌性能，建立近斷層高地震風(fēng)險(xiǎn)性環(huán)境下高墩橋結(jié)構(gòu)倒塌模式控制理論與方法。預(yù)期研究成果對(duì)近斷層場(chǎng)地上高墩橋梁抗震設(shè)計(jì)與安全性評(píng)價(jià)具有極其重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也為進(jìn)一步探索重大橋梁工程考慮近斷層（含跨越斷層）強(qiáng)震作用的抗震設(shè)防提供科學(xué)建議。

本項(xiàng)目針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)地震災(zāi)變過(guò)程控制這一核心科學(xué)問(wèn)題，系統(tǒng)地開(kāi)展其在強(qiáng)震下的非線性動(dòng)力損傷過(guò)程控制理論與方法研究。考慮多種強(qiáng)非線性因素的影響，研究強(qiáng)震下超高層建筑結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)建模理論和高效的計(jì)算分析方法，實(shí)現(xiàn)超高層建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)震動(dòng)力災(zāi)變過(guò)程模擬及非線性損傷過(guò)程控制模擬；通過(guò)程序模擬、理論分析及結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，建立超高層建筑結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件及結(jié)構(gòu)整體損傷指標(biāo)及失效破壞準(zhǔn)則、建立超高層建筑結(jié)構(gòu)地震失效模式優(yōu)化及采取減震控制措施的災(zāi)變過(guò)程控制理論和方法，建立超高層建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下提高整體抗倒塌能力的控制措施，對(duì)保障我國(guó)超高層建筑的安全建設(shè)和運(yùn)營(yíng)、提高我國(guó)超高層建筑的抗震能力提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐，具有重大的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。