【摘 要】
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新型钢-混凝土组合连续刚构桥的主体结构采用钢-混凝土组合梁和双层钢箱-混凝土组合墩柱（CFDST墩柱）,在受力性能、耐久性以及施工建造等方面相比传统混凝土连续刚构桥具有明显优势;特别是组合墩柱的使用显著提高了桥梁结构的抗震设防水平,是一种有望在高烈度地震区推广应用的新型桥梁结构。本文通过理论分析、模型试验和数值模拟,对新型组合连续刚构桥在强震下的行为进行了研究,主要工作包括如下几个方面:（1）提出
【基金项目】
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国家重点研发计划重点专项“高性能组合结构体系研究与示范应用”课题五子课题 3——“组合结构城市桥梁体系在强动载作用下的灾变机理及数值计算模型研究”（2017YFC0703405-03）2017.07-2020.06； 国家自然科学基金项目“爆炸及地震作用下双层钢箱—混凝土组合墩柱动力灾变性能研究”（51678141）2017.01-2020.12；
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新型钢-混凝土组合连续刚构桥的主体结构采用钢-混凝土组合梁和双层钢箱-混凝土组合墩柱（CFDST墩柱）,在受力性能、耐久性以及施工建造等方面相比传统混凝土连续刚构桥具有明显优势;特别是组合墩柱的使用显著提高了桥梁结构的抗震设防水平,是一种有望在高烈度地震区推广应用的新型桥梁结构。本文通过理论分析、模型试验和数值模拟,对新型组合连续刚构桥在强震下的行为进行了研究,主要工作包括如下几个方面:（1）提出了一种基于目标永久位移的地震动基线校正方法。（2）开展了一座三跨钢-混凝土组合连续刚构桥模型的地震模拟振动台试验,并探索用于模拟跨断层地震动的振动台混合输入控制方法。（3）根据试验结果分析了组合刚构桥在近断层地震动作用下的动力响应特点,并通过有限元分析对比了新型组合连续刚构桥与传统组合连续刚构桥相比抗震性能的优势。（4）结合试验结果及有限元模拟分析了新型组合连续刚构桥在跨断层地震动作用下的结构响应特点及损伤破坏模式,并进行了参数分析。（5）分析了新型组合连续刚构桥CFDST墩柱增设不同加劲肋的地震损伤降低效果。论文主要研究结论如下:（1）提出了一种基于目标永久位移的地震动基线校正方法,可用于跨断层地震动的模拟;跨断层桥梁地震响应可分为动力响应和拟静力响应两部分,基线校正的目标永久位移对结构的拟静力响应起主导作用,而对动力响应基本无影响。（2）提出了一种用于模拟跨断层地震动的地震模拟振动台混合输入控制方法,该方法克服了传统加速度输入或位移输入的局限性,能够兼顾低频永久位移和高频加速度的精度要求;振动台试验验证了本文方法的有效性。（3）近断层一致激励地震动作用下的振动台试验结果表明:包含强烈速度脉冲的近断层地震动能够更显著地放大桥梁结构的地震响应,并导致明显的残余位移,模型桥损伤主要表现为CFDST墩柱顶部和底部外钢板屈服并与内填混凝土脱空。采用Open SEES建立的组合刚构桥有限元模型能够准确地预测模型桥在一致激励地震作用下的结构响应,与采用传统钢筋混凝土（RC）墩柱的组合刚构桥相比,采用了CFDST墩柱的新型组合刚构桥能够显著降低峰值位移和残余位移。（4）跨断层地震动作用下的振动台试验结果表明:模型桥的结构损伤主要集中于CFDST墩柱的顶部和底部,表现为外钢板的屈服、屈曲以及内填混凝土压溃,存在显著的残余变形,主梁部分会严重参与整体结构响应;基于显式积分有限元程序LS-DYNA建立的三维精细化有限元模型能够准确地预测模型桥在跨断层地震动作用下的地震响应及破坏模式,模型桥的地震损伤主要由拟静力变形控制;跨断层地震动作用下新型组合刚构桥结构表现出了良好的抗倒塌能力,表明此类桥型在地震断裂带地区具有推广应用前景。（5）数值分析结果表明:当桥梁跨越断层角度为90°时,逆冲断层和走滑断层导致的桥梁结构地震响应具有很大差异。TCU地震动（逆冲断层）作用下CFDST墩柱以弯曲变形为主,而在ELC地震动（走滑断层）作用下CFDST墩柱以扭转变形为主。对新型钢-混凝土组合连续刚构桥的CFDST墩柱设置合理的双向加劲肋能够有效降低CFDST墩柱在强震下的损伤破坏程度,抑制钢板的局部屈曲,适用于应对近断层地震动以及不同断层机制的跨断层地震动作用带来的结构损伤风险。
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