本课题围绕高墩桥梁在地震作用下的倒塌问题开展了相关研究工作。 结合申请人在桥梁抗地震倒塌能力关键问题方面的前期研究工作和该学科的最新成果，针对地震作用下桥梁墩柱在变形过程中刚度、强度随着损伤积累而退化的问题，探索高墩桥梁在地震作用下抗倒塌能力，重点研究了高墩桥梁中桥墩纵向钢筋屈曲导致结构在地震作用下倒塌破坏的地震灾变机理，并对桥梁劣化对地震作用下高墩桥梁的抗倒塌能力的影响进行了初步研究。取列得了一系的研究成果。主要工作包括： 1）对墩柱中纵向钢筋的屈曲进行了深入分析。提出了能考虑纵向钢筋屈曲的钢筋应力应变模型，通过考虑纵向钢筋屈曲压应变的方式计入纵向钢筋屈曲的影响。基于该钢筋模型建立了模拟高墩墩柱纵向钢筋受压屈曲破坏的高墩桥梁有限元分析精细模型； 2）对高墩桥梁在地震作用下的响应进行了深入分析，提出了高墩刚构桥倒塌破坏的判断准则，通过墩顶节点的竖向位移来反映结构承受竖向荷载的能力，以此判定高墩桥梁在地震作用下是否发生倒塌破坏. 3）对地震作用下高墩桥梁发生倒塌破坏的机理进行了深入分析，揭示了结构发生倒塌破坏的机理。梁桥结构的墩柱先后进入弹塑性状态，混凝土保护层发生剥落，随后纵向钢筋屈曲而逐渐丧失承受竖向荷载的能力，继而发生倒塌破坏。 4）研究了高墩桥梁在地震倒塌极限状态点的塑形变形特征，破坏模式以及P-Δ 效应对极限承载能力的影响力。 5）研究了劣化对高墩桥梁结构抗倒塌能力的影响。混凝土剥落、钢筋截面减少、和钢筋强度降低等劣化在一定程度上影响了结构在地震作用下的抗倒塌能力，其中钢筋截面减少对极限承载能力影响最大。 2100433B

高墩桥梁结构近年来在地震灾害频繁的我国西部多山谷地区得到了广泛的应用，开展地震作用下高墩桥梁的抗倒塌性能研究是一项重要的科学与工程任务。地震作用下桥梁墩柱在变形过程中刚度、强度会随着损伤积累而出现退化特性，严重影响墩柱的抗倒塌能力。将钢筋后期强度退化引入到墩柱的退化特性中，是桥梁结构抗倒塌能力评估的关键工作。本项目将研究考虑纵向钢筋屈曲的高墩桥梁地震灾变数值模拟及倒塌机理。采用矩形薄壁空心墩柱拟静力倒塌试验研究，建立考虑纵筋屈曲的精细有限元模型并进行参数分析，提出考虑受压屈曲的钢筋应力应变模型；基于该模型建立模拟高墩墩柱纵向钢筋受压屈曲破坏的有限元模型；进而结合试验研究和数值模拟探明墩柱倒塌破坏机理，提出高墩桥梁倒塌破坏判别准则；在此基础上研究P-Δ效应、墩高、地震动输入方向等因素对高墩桥梁抗地震倒塌能力的影响，从而揭示高墩桥梁地震灾变倒塌机理。预期成果能为相关重大工程的建设提供科学支撑。

我国建设的深水桥梁多处于地震多发区，地震作用下深水桥梁墩-水耦合振动的研究很少，相关抗震设计规范不完善，急需在该方面展开深入研究。本项目在前期研究的基础上，基于辐射波浪理论，推导多边形、圆端形、椭圆形桥墩附加动水压力半解析解计算方法，采用ANSYS WORKBENCH ANSYS CFX ANSYS Mechanical对复杂几何形状桥墩附加动水压力进行数值计算。并在此基础上，对现有计算程序进行二次开发，研制专门针对墩-水耦合附加动水压力数值计算的软件，并采用该软件对附加动水压力的影响因素，如自由表面重力波等进行分析。利用分析结果，并参考各国附加动水压力的相关规范，对规则几何形状桥墩附加动水压力半解析计算方法进行简化，提出适用于工程的合理、高效的简便计算方法。该方面的研究将进一步完善墩-水耦合振动理论，并对我国桥梁抗震设计、桥梁抗震规范的制定具有重要的参考价值。

本项目主要研究地震作用下库区深水桥梁动水压力的计算问题。根据项目计划书中的研究要点，对正方形、矩形、圆端形、椭圆形桥墩动水压力半解析半数值表达式进行了研究；对复杂截面形状桥墩动水压力的数值计算方法进行了研究；并且研究了动水压力的影响因素：结构弹性振动、自由表面重力波、水的可压缩性等；另外还对基于辐射波浪理论的圆形桥墩、矩形桥墩动水压力表达式进行了简化研究。上述研究已经得到较好的执行，并取得了相应的研究成果： 1）提出了基于辐射波浪法和流体单元法的一种新的动水压力计算方法：混合法，并利用该方法得到了正方形桥墩和矩形桥墩动水压力半解析半数值表达式。 2）根据一阶频率降低率与附加质量的关系，提出了一种计算动水附加质量的方法：附加质量比法。并用该方法得到了圆端形桥墩、椭圆形桥墩动水压力表达式。另外，该方法也适用于其它复杂截面动水压力表达式的求解。 3）对流体单元法（Solid45单元模拟桥墩，Fluid30单元模拟流体）进行了改进，简化了流体域边界、提出了合理的流体域范围以及网格划分精度，使得流体单元法的建模复杂程度降低，计算效率和适用性提高。利用改进后的流体单元法，对规则、复杂截面形状桥墩动水压力进行了计算，并对混合法、附加质量比法计算结果提供验证，结果表示：研究中提出的两种新方法具有相当高的计算效率和较好的精度。 4）对动水压力影响因素的研究结果表明：地震作用下，弹性振动引起的附加质量与刚体运动引起的附加质量近似相等；一般情况下，自由表面重力波对动水压力的影响很小，可以忽略；水的可压缩性对动水压力会产生影响，但是影响很小，在计算过程中可忽略。 5）基于辐射波浪理论的圆形桥墩外域水、内域水动水压力表达式，以及矩形桥墩外域水动水压力表达式极其复杂，难以在实际工程中应用。研究中对上述表达式进行了简化研究，提出了相应的简化表达式。对比结果表明：简化后的表达式具有较好的精度。 2100433B

桥梁地震易损性模型作为交通系统地震风险评估中的关键环节，对于桥梁抗震加固修复决策及震后紧急响应评估具有重要指导意义。鉴于既有桥梁地震易损性研究不足，采用经验统计和数值模拟相结合的方法，建立更加完善和精确的典型公路桥梁地震易损性模型：通过大量的汶川地震桥梁震害调研资料分析，建立典型公路桥梁分类准则，基于实测地震数据和地震动衰减模型提出地震动强度混合预测方法，采用贝叶斯统计方法建立典型公路桥梁经验型地震易损性模型；建立考虑边界效应及瞬态动力效应的典型桥梁样本基准有限元模型，评估界定多重破坏模式下构件极限状态及其概率特征，应用多维概率性地震需求分析方法，建立典型公路桥梁分析型地震易损性模型；开展桥梁参数敏感性分析，提出基于修正系数的典型公路桥梁易损性简化计算方法。研究成果将进一步揭示桥梁动力学行为和地震响应机理，提升典型公路桥梁易损性分析的精度和效率，为后续桥梁抗震评估及加固决策提供参考和依据。