论文摘要
基于性能的抗震设计思想,不仅受到了世界各国学术界和工程界的广泛关注,而且被美国、日本等抗震研究比较先进的国家作为结构抗震设计的未来发展方向。可以说,基于性能的抗震设计理论是21世纪桥梁抗震设计的大潮流。如何提供一种简单有效的地震响应分析方法,以方便地确定结构的地震响应,这是基于性能的抗震设计方法能否得到广泛应用的首要问题。在各国相继围绕基于性能抗震设计思想进行抗震规范修订的潮流下,本文以某跨江大桥北引桥第五联为工程背景,针对推倒分析法、能力谱法以及模态推倒分析法开展了研究工作。主要研究内容如下:系统研究了基于柔度法的纤维模型弹塑性梁柱单元,着重介绍了纤维模型和基于柔度法的弹塑性梁柱单元以及所采用的钢筋及混凝土材料本构模型。以某跨江大桥北引桥第五联为工程背景,对三种计算模型分别进行了500年重现期的弹性推倒分析以及2500年重现期的弹塑性推倒分析。以时程分析法计算结果为基准,详细研究了控制节点选择方法及侧向力分布模式对推倒分析法计算精度的影响。研究表明,在进行横桥向推倒分析时,采用侧向力分布模式1及控制节点选择方法B或者C得到的地震响应总体上吻合较好,误差大小受结构自身特性（白振周期、振型有效质量系数、是否考虑桩土作用以及是否设置减隔震支座等）影响较大,特别是对基本周期在2s以内较刚的结构进行横桥向弹性推倒分析时,承台底剪力及弯矩被严重高估;对于在墩梁间设置了减隔震支座—板式橡胶支座的结构,只进行横桥向弹性推倒分析即可。简要介绍了能力谱法的发展过程和研究现状,随后较为详细的论述了能力谱法的基本步骤、基本理论与具体求解过程;对Chopra采用的三种弹塑性体系强度折减系数与延性关系的可靠性进行研究,并介绍了Chopra的改进能力谱法及本文提出的改进的Chopra能力谱法基本步骤;介绍了Iwan优化能力谱法,并在对一系列不同周期不同延性的SDOF体系进行弹塑性地震响应分析的基础上,通过与ATC-40能力谱法的对比分析,得出了Iwan优化能力谱法可以明显提高计算精度的结论。在对能力谱法以及弹塑性体系强度折减系数与延性关系研究的基础上,分别提出了基于弹性推倒分析法和基于弹塑性推倒分析法的简化能力谱法;以某跨江大桥北引桥第五联为工程背景,针对三种计算模型,分别进行了弹性以及弹塑性地震响应分析。并以时程分析法计算结果为基准,对ATC-40能力谱法、Iwan优化能力谱法、改进的Chopra能力谱法以及简化能力谱法的计算精度进行了对比分析。研究表明,在进行纵桥向地震响应分析时,本文提出的简化能力谱法B（对于弹性分析,即为简化能力谱法）精度最高,是一种较好的简化分析方法,但是只能对墩梁间设置固定支座或者设置减隔震支座一板式橡胶支座的桥墩进行较为精确的评估,而对于在墩梁间设置活动支座的桥墩,误差较大;在进行横桥向弹性地震响应分析时,对于横桥向基本周期在2s以上的结构,本文提出的简化能力谱法能够给出理想的结果,是一种较好的简化分析方法;在进行横桥向弹塑性地震响应分析时,本文提出的简化能力谱法B精度最高,是一种较好的简化分析方法;Iwan优化能力谱法误差最大,改进的Chopra能力谱法及本文提出的简化能力谱法A精度相当。在对模态推倒分析法进行研究的基础上,分别提出了基于弹性推倒分析法和基于弹塑性推倒分析法的简化模态推倒分析法,以及适用于桥梁结构的模态推倒分析法;以某跨江大桥北引桥第五联为工程背景,对三种计算模型分别进行了500年重现期的弹性地震响应分析以及2500年重现期的弹塑性地震响应分析。并以时程分析法计算结果为基准,对比分析了基于ATC-40能力谱法的MPA法、基于Iwan优化能力谱法的MPA法、基于改进的Chopra能力谱法的MPA法、简化能力谱法以及简化MPA法的计算精度。研究表明,在进行纵桥向地震响应分析时,简化MPA法精度较高,是一种较好的简化分析方法;相对于边墩,中墩受力更为不利,因此从设计角度讲,采用简化能力谱法B进行分析即可满足设计要求;在进行横桥向地震响应分析时,简化能力谱法B得到的主梁节点位移精度最高,而对于结构的其余地震响应,各种分析方法精度差别取决于结构的动力特性;基于Iwan方优化能力谱法的MPA法误差最大,基于改进的Chopra能力谱法的MPA法及本文提出的简化能力谱法A精度相当。
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