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原文传递独柱式城市高架桥抗震分析与设计方法研究

论文题名：	独柱式城市高架桥抗震分析与设计方法研究
关键词：	独柱式城市高架桥;独柱墩;抗震设计
摘要：	对独柱式城市高架桥进行高效准确的抗震分析及抗震设计，是目前国内外工程抗震领域亟待解决的问题之一。本文结合浙江省交通运输厅科技计划项目“独柱桥墩合理构造型式及实用设计方法的研究(2010H32)”以及浙江省建设厅科研推广项目“基于性能的独柱式城市高架桥桥墩抗震理论分析及试验研究(2014Z129)”，以独柱式城市高架桥为背景，对独柱墩构件及桥梁系统的抗震分析、设计以及评估方法进行了相关的数值计算和理论分析。主要研究内容及成果如下: 　　(1)对不同施工工艺的独柱墩进行了基于塑性铰模型的抗震性能分析;针对不同的抗震性态评价指标，得出每一个评价指标所对应的最适合的塑性铰模型，为桥梁抗震工作者提供理论指导。　　(2)提出了改进的基于统计线性化的非线性随机振动虚拟激励法，通过算例进行验证，发现此方法突破了随机振动计算效率低的瓶颈，并且比常规的反应谱法更精确，比动力时程法更高效;以独柱式城市高架桥为研究算例，对其进行相关参数的影响分析，结果表明采用本文所提算法进行计算时，随着独柱墩墩高、桥梁跨度与跨数、视波速以及相干效应的变化，对应的墩顶、墩底的内力及位移会有不同规律的变化，此结论可为独柱式城市高架桥的抗震分析提供准确的理论依据。　　(3)基于性能的抗震设计理念，确定了城市高架桥的抗震设防水准、性能水准以及对应的性能目标;结合模糊逻辑控制法、神经网络法、自适应遗传算法的优点，提出了一种可以考虑非线性的基于性能的独柱桥墩的抗震设计方法;选取不同截面型式的独柱墩进行验算，发现由此算法所确定的最优设计方案不仅可以满足抗震等级要求及结构性能要求，还可以最大限度地减少工程造价;对设计结果进行Pushover分析，发现其能力曲线与试验滞回环的包络曲线骨架基本一致，说明所提算法的实用性及精确性;将此算法应用于独柱式城市高架桥独柱墩的抗震设计中，可方便、准确、高效的确定其最优设计方案。　　(4)以可靠度理论为基础，结合能量抗震分析方法，提出了基于滞回能的独柱式城市高架桥抗震设计方法;通过算例研究可以发现:采用此方法确定的独柱式城市高架桥的动力可靠度与地震动平稳持时和地震动谱强度因子有关，随着平稳持时和谱强度因子的增加，桥梁结构的动力可靠度会逐渐减小。　　(5)以基于性能和的可靠度的抗震设计理论为基础，对不同抗震设防水准下的独柱式城市高架桥进行抗震性能理论分析;采用非线性随机有限元法和概率Pushover法对研究算例进行桥墩及桥梁整体的可靠性研究;结果发现:桥梁整体的失效概率大于单个构件的失效概率;桥梁整体失效概率随着PGA和震级的增加而增加;桥梁在横向更易损坏，因此具有较大的地震风险;非线性随机有限元法与概率Pushover法的计算结果基本一致，但前者的计算值偏小，偏于保守。　　(6)以全概率理论为基础，基于性能的地震工程框架，引入IDA法，对桥梁结构进行概率地震需求分析，求得易损性曲线，结合地震危险性分析，对通过拉丁超立方体抽样法选取的8个独柱式城市高架桥样本进行数值模拟与计算，最终从概率的角度对研究算例进行抗震性能评估;结果发现:在纵向和横向地震输入下，八个桥梁样本均满足多重抗震设防水准，无论在哪一级的性能水准下均能正常服役，有较高的安全储备，为桥梁工作者提供了一种简单可靠的抗震性能评估方法。
作者：	罗晓峰
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	项贻强
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文