獨柱式城市高架橋抗震性能研究

羅曉峰，浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，建筑工程學院副院長 副教授，

教育背景

2001.09-2005.06 長沙理工大學 工程力學 本科、學士

2005.09-2008.06 長沙理工大學 橋梁與隧道工程 碩士研究生、碩士

2009.09-2015.12 浙江大學 橋梁與隧道工程 博士研究生、博士

工作經(jīng)歷

2008.6-2009.9 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 巖土所 科員

2009.9-2010.9 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 科研處 科員

2010.09至今 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 建筑工程學院 專業(yè)負責人、副院長

承擔項目情況

1、主持紹興市科技計劃項目—基于全壽命的城市重大交通基礎設施集群監(jiān)測體系及結(jié)構(gòu)安全評估關(guān)鍵技術(shù)研究（2011年）

2、主持浙江省建設廳項目—基于性能抗震設計理論的獨柱式城市高架橋橋墩抗震性能評估及試驗研究（2014年）

3、主持浙江省高等教育課堂教學改革研究項目—高職《橋梁工程》課程教學改革探索與實踐（2016年）

4、2010-2013，浙江省交通廳科技計劃項目（編號為2010H32），獨柱橋墩合理構(gòu)造型式及實用設計方法的研究。（排名3）

5、2013-2016，國家自然科學基金（批準號 51279178），水流環(huán)境下懸浮隧道管體、錨索的耦合振動效應及試驗研究。（排名4）

6、2012-2015，國家自然科學基金（批準號 51178416），在役混凝土箱梁橋時變承載力的分析理論及試驗研究。（排名3）

獲獎情況

1、2011年獲特色教學案例成果三等獎(鋼筋混凝土簡支梁現(xiàn)場調(diào)查評估與荷載試驗)（排名1）

2、2012年獲特色教學案例成果一等獎(中承式鋼管混凝土拱橋荷載試驗研究)（排名1）

3、2017年6月獲省級專業(yè)帶頭人

1緒論001

1.1項目研究的目的及意義·/003

1.2獨柱式城市高架橋的概念及特點·/003

1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀·/004

1.3.1獨柱式城市高架橋獨柱墩的抗震性能研究·/004

1.3.2橋梁抗震分析方法研究·/008

1.3.3橋梁抗震設計方法研究·/011

1.3.4橋抗震性能評估方法研究·/016

1.4技術(shù)路線·/020

本章參考文獻·/022

2獨柱橋墩基于塑性鉸模型的抗震性態(tài)分析與評價029

2.1概述·/031

2.2獨柱橋墩的類型·/031

2.2.1按構(gòu)造的分類·/031

2.2.2按施工工藝的分類·/033

2.3塑性鉸模型·/036

2.3.1塑性鉸模型計算的基本原理·/036

2.3.2截面彎矩曲率分析·/038

2.3.3計算采用的六種塑性鉸模型·/038

2.4基于塑性鉸模型的獨柱橋墩抗震性能分析方法·/042

2.4.1選取的獨柱墩試件·/042

2.4.2抗震性態(tài)評價指標的分析研究·/043

2.5本章小結(jié)·/050

本章參考文獻·/051

3基于統(tǒng)計線性化的非線性隨機振動虛擬激勵法053

3.1概述·/055

3.2傳統(tǒng)的虛擬激勵法·/055

3.2.1多維多點運動方程·/055

3.2.2傳統(tǒng)的虛擬激勵法原理·/057

3.3基于統(tǒng)計線性化的非線性隨機振動虛擬激勵法·/058

3.3.1統(tǒng)計線性化方法·/058

3.3.2絕對位移直接求解的虛擬激勵法·/060

3.4算例驗證及分析·/061

3.4.1工程背景及模型信息·/063

3.4.2計算概要·/064

3.4.3絕對位移法與隨機振動法的結(jié)果對比分析·/064

3.4.4絕對位移法、時程法及譜分析的對比分析·/068

3.5參數(shù)影響分析·/072

3.5.1計算模型·/072

3.5.2獨柱墩高度·/074

3.5.3橋梁跨度及跨數(shù)·/076

3.5.4視波速·/078

3.5.5相干效應·/079

3.6本章小結(jié)·/082

本章參考文獻·/084

4基于性能的獨柱橋墩抗震優(yōu)化設計方法085

4.1概述·/087

4.2城市高架橋基于性能的抗震設計研究·/087

4.2.1抗震設防水準的確定·/087

4.2.2性能水準的確定·/089

4.2.3性能目標的確定·/093

4.3應用基于性能的抗震設計方法確定獨柱橋墩的最優(yōu)模型·/093

4.4尺寸控制因子的確定·/095

4.5應用基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應遺傳算法確定模型最優(yōu)解·/097

4.5.1基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應遺傳算法原理·/097

4.5.2算法的綜合流程圖·/100

4.6算法驗證·/101

4.7算例分析·/105

4.8本章小結(jié)·/108

本章參考文獻·/109

5基于滯回能的獨柱式城市高架橋抗震可靠度分析111

5.1概述·/113

5.2橋梁結(jié)構(gòu)抗震可靠度·/113

5.2.1失效準則·/113

5.2.2不同性能水準下的可靠度分析·/114

5.2.3條件可靠度公式·/114

5.2.4橋梁結(jié)構(gòu)體系抗震可靠度的計算步驟·/116

5.3基于滯回能的抗震可靠度分析與研究·/117

5.3.1滯變能隨機反應求解·/117

5.3.2滯變能隨機反應的功率譜密度·/118

5.3.3基于滯變能求解橋梁結(jié)構(gòu)動力可靠度的一般流程·/121

5.4算例分析·/122

5.5本章小結(jié)·/127

本章參考文獻·/127

6基于性能和可靠度的獨柱式城市高架橋抗震設計方法研究131

6.1概述·/133

6.2不同抗震設防水準下的動力可靠度研究·/133

6.2.1“小震不壞”性能的隨機振動響應及可靠度分析·/133

6.2.2“中震可修”“大震不倒”性能的隨機振動響應及可靠度分析·/136

6.3采用非線性隨機有限元方法求解結(jié)構(gòu)的抗震可靠度·/140

6.3.1性能目標與極限狀態(tài)·/140

6.3.2基于性能和可靠度的隨機有限元法·/141

6.4基于性能和可靠度的抗震設計示例·/143

6.4.1模型介紹·/143

6.4.2材料模型·/144

6.4.3單元模型·/146

6.4.4概率Pushover分析·/148

6.4.5橋墩抗震性能可靠度分析·/148

6.4.6橋梁系統(tǒng)抗震性能可靠度分析·/152

6.5本章小結(jié)·/155

本章參考文獻·/156

7基于概率的抗震性能評估方法在獨柱式城市高架橋中的應用159

7.1概述·/161

7.2基于概率的抗震性能評估方法基本原理·/161

7.3拉丁超立方體抽樣法建立橋梁樣本·/162

7.3.1拉丁超立方體抽樣法·/162

7.3.2分析步驟·/163

7.3.3橋梁樣本及地震動結(jié)構(gòu)樣本的確定·/163

7.4基于概率的抗震性能評估方法應用分析·/167

7.4.1參數(shù)選擇·/167

7.4.2基于IDA法的結(jié)構(gòu)需求參數(shù)的概率地震需求模型·/168

7.4.3易損性曲線的形成·/169

7.4.4橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能評估·/172

7.5本章小結(jié)·/175

本章參考文獻·/175

8結(jié)論與展望177

8.1主要結(jié)論·/179

8.2主要創(chuàng)新點·/180

8.3研究展望·/180 2100433B

對獨柱式城市高架橋進行高效準確的抗震分析及抗震設計，是目前國內(nèi)外工程抗震領域亟待解決的問題之一。本書結(jié)合浙江省交通運輸廳科技計劃項目“獨柱橋墩合理構(gòu)造型式及實用設計方法的研究（2010H32）”以及浙江省建設廳科研推廣項目“基于性能的獨柱式城市高架橋橋墩抗震理論分析及試驗研究（2014Z129）”，以獨柱式城市高架橋為背景，對獨柱墩構(gòu)件及橋梁系統(tǒng)的抗震分析、設計以及評估方法進行了相關(guān)的數(shù)值計算和理論分析，具體在以下幾方面進行了深入的研究：首先對采用不同施工方法的獨柱式橋墩進行基于塑性鉸模型的抗震性態(tài)分析與評價；其次以獨柱式城市高架橋為背景，提出了基于統(tǒng)計線性化的隨機振動虛擬激勵法，并開展了基于性能和可靠度的相關(guān)設計方法的研究；*后在以上研究的基礎上，提出了基于概率的抗震性能評估方法，并將其應用于獨柱式城市高架橋抗震性能的評估中。

本書可供交通工程、市政工程、土木工程等領域相關(guān)的從業(yè)者、科研人員、技術(shù)人員、教師、學生等人員參考。

目前我國大型及超大型城市或城市群的建設正在加快，這就對城市橋梁的建造速度、經(jīng)濟性及其對建設場地周邊環(huán)境的影響提出了更高要求。另外，強震區(qū)震后橋梁工程的快速建造與修復對災區(qū)救援和重建起到至關(guān)重要的作用。因此標準化設計、標準化施工的全預制橋梁快速建造技術(shù)是未來橋梁工程的一個重要發(fā)展方向。本項目旨在采用理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗等手段研究強震區(qū)柱式橋墩的快速建造關(guān)鍵技術(shù)及其抗震性能和設計方法。提出全預制柱式橋墩的節(jié)段連接和節(jié)點連接構(gòu)造模式，建立全預制柱式節(jié)段橋墩及其連接節(jié)點的非線性行為及其精細化分析模型；揭示強震作用下全預制柱式節(jié)段橋墩的損傷演化過程、破壞機理與失效模式；提出全預制柱式橋墩的抗震計算分析理論與設計方法。本項目研究對加快橋梁建設速度、提高施工質(zhì)量、減少環(huán)境影響及緩解因橋梁施工造成的交通擁堵問題，同時提高全預制建造橋梁的抗震防災能力具有重要的學術(shù)價值和廣闊的工程應用前景。

目前我國大型及超大型城市或城市群的建設正在加快，這就對城市橋梁的建造速度、經(jīng)濟性及其對建設場地周邊環(huán)境的影響提出了更高要求。另外，強震區(qū)震后橋梁工程的快速建造與修復對災區(qū)救援和重建起到至關(guān)重要的作用。因此標準化設計、標準化施工的全預制橋梁快速建造技術(shù)是未來橋梁工程的一個重要發(fā)展方向。本項目采用理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗等手段研究了強震區(qū)全預制拼裝柱式橋墩的快速建造關(guān)鍵技術(shù)及其抗震性能和設計方法。重點研究了基于預應力連接、灌漿波紋管連接、自鎖式連接和旋鈕式連接等連接方法的節(jié)段預制拼裝橋墩的關(guān)鍵技術(shù)、合理構(gòu)造、抗震措施等，發(fā)展了節(jié)段預制拼裝橋墩的數(shù)值建模方法，研究了擬靜力往復作用下全預制柱式節(jié)段拼裝橋墩的承載能力、耗能能力、延性性能、局部損傷演化過程、失效機理和破壞模式，初步提出節(jié)段預制拼裝橋墩的抗震設計分析方法。本項目研究成果對推動我國預制裝配橋梁技術(shù)進步及工程推廣，加快橋梁建設速度、提高施工質(zhì)量、減少環(huán)境影響及緩解因橋梁施工造成的交通擁堵問題，同時提高全預制建造橋梁的抗震防災能力具有重要的學術(shù)價值和廣闊的工程應用前景。 2100433B

美國落杉磯、日本神戶等大地震中現(xiàn)代高架橋震害突出，表明城市高架橋的抗震設計理論和方法尚有不足，本項申請擬從輸入地震動特性到高架橋的多點、多維分析模型和方法上進行研究。城市高架橋的損傷珍斷和安全評估對保證其安全運行和抗震安全意義重大，特別是對將舉辦奧運會的北京更有其社會意義和現(xiàn)實價值，擬申請建立一種高架橋損傷識別新方法。 2100433B