深水航道高樁橋梁地震損傷機(jī)理研究

我國(guó)已經(jīng)修了一些建跨越繁忙航道的橋梁，并將修建更多的這類橋梁。深水和防船舶撞擊設(shè)施是跨航道橋梁的兩個(gè)不同于其它橋梁的特點(diǎn)。我國(guó)工程師在深水橋梁中廣泛采用高樁基礎(chǔ)。從已有的工程實(shí)踐來看，地震區(qū)的深水高樁基礎(chǔ)橋梁，地震往往成為控制設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。由于缺乏必要的研究?jī)?chǔ)備，如何考慮水和防撞設(shè)施對(duì)航道橋梁地震性態(tài)一直是困擾橋梁設(shè)計(jì)工程是師的一項(xiàng)技術(shù)難題，很大程度上影響了工程的造價(jià)。為解決此技術(shù)難題，擬開展深水高樁航道橋梁地震破壞機(jī)理的研究工作，主要內(nèi)容如下：（1）深水高樁基礎(chǔ)抗震分析動(dòng)力學(xué)模型及與之匹配的地震動(dòng)輸入模式；（2）典型群樁基礎(chǔ)地震動(dòng)水壓力的計(jì)算方法；（3）典型防撞設(shè)施及與承臺(tái)之間的地震動(dòng)力學(xué)模型；（4）試驗(yàn)驗(yàn)證理論模型與計(jì)算方法；（5）以在建和規(guī)劃中的跨海橋梁為背景，根據(jù)建立起來的模型與方法研究深水高樁橋梁的地震破壞機(jī)理。 2100433B

我國(guó)的越江跨海橋梁工程廣泛采用高樁承臺(tái)基礎(chǔ)，抗震問題非常突出，而高樁承臺(tái)基礎(chǔ)正是全橋的抗震最薄弱部位。然而，對(duì)于高樁承臺(tái)基礎(chǔ)的地震損傷機(jī)理，這一越江跨海橋梁抗震性能研究的瓶頸問題，目前國(guó)內(nèi)外還未見相關(guān)報(bào)道。大型高樁承臺(tái)基礎(chǔ)具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：一是承臺(tái)的質(zhì)量往往很大， 二是河床沖刷問題非常突出。本項(xiàng)目是為了探索和揭示大型高樁承臺(tái)基礎(chǔ)的地震損傷機(jī)理，為大型樁基橋梁的抗震設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)制定提供理論基礎(chǔ)而提出的，主要研究?jī)?nèi)容包括：1)建立能夠合理有效地考慮樁－土－結(jié)構(gòu)相互作用、河床沖刷效應(yīng)和各種非線性影響的大型高樁承臺(tái)基礎(chǔ)非線性理論分析模型；2) 研究沖刷效應(yīng)對(duì)大型樁基橋梁結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）地震反應(yīng)的影響規(guī)律；3) 采用彈塑性靜力分析（Pushover分析）和擬靜力實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，考慮沖刷效應(yīng)，研究大型高樁承臺(tái)基礎(chǔ)的抗震行為特性，揭示損傷機(jī)理，提出抗震性能指標(biāo)體系。 2100433B

我國(guó)建設(shè)的深水橋梁多處于地震多發(fā)區(qū)，地震作用下深水橋梁墩-水耦合振動(dòng)的研究很少，相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范不完善，急需在該方面展開深入研究。本項(xiàng)目在前期研究的基礎(chǔ)上，基于輻射波浪理論，推導(dǎo)多邊形、圓端形、橢圓形橋墩附加動(dòng)水壓力半解析解計(jì)算方法，采用ANSYS WORKBENCH ANSYS CFX ANSYS Mechanical對(duì)復(fù)雜幾何形狀橋墩附加動(dòng)水壓力進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。并在此基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有計(jì)算程序進(jìn)行二次開發(fā)，研制專門針對(duì)墩-水耦合附加動(dòng)水壓力數(shù)值計(jì)算的軟件，并采用該軟件對(duì)附加動(dòng)水壓力的影響因素，如自由表面重力波等進(jìn)行分析。利用分析結(jié)果，并參考各國(guó)附加動(dòng)水壓力的相關(guān)規(guī)范，對(duì)規(guī)則幾何形狀橋墩附加動(dòng)水壓力半解析計(jì)算方法進(jìn)行簡(jiǎn)化，提出適用于工程的合理、高效的簡(jiǎn)便計(jì)算方法。該方面的研究將進(jìn)一步完善墩-水耦合振動(dòng)理論，并對(duì)我國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)、橋梁抗震規(guī)范的制定具有重要的參考價(jià)值。