1、文章编号：1673-0291（2023）03-0001-09DOI：10.11860/j.issn.1673-0291.20220104第 47 卷 第 3 期2023 年 6 月Vol.47 No.3Jun.2023北京交通大学学报JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY基于韧性的摇摆桥墩桥梁抗震研究综述倪永军，宋园，江辉（北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044）摘要：实现地震后桥梁使用功能的快速恢复即基于韧性的桥梁抗震设计方法是当前研究的热点方向.首先，总结基于韧性的抗震设计理论，从摇摆体系、自复位体系、可更换构件体系 3个方面展开详细探讨，
2、介绍易损性分析曲线研究的发展阶段.然后，回顾国内外摇摆桥墩可恢复性设计理论与试验研究现状，分析摇摆桥墩在震后恢复上的优势及不同摇摆桥墩体系的特点.最后，归纳现有的计算分析方法，讨论当前基于韧性的桥梁抗震设计研究中的不足和发展趋势.研究结果表明：基于韧性的抗震设计理念及摇摆桥墩在桥梁震后恢复上的优势已得到普遍认可，但仍存在一些问题需进一步研究；基于韧性抗震设计亟待实现韧性指标量化及多道设防指标的梯度控制；摇摆桥墩的关键构造问题有待解决，应注重新材料、新构造形式的开发；现有分析模型忽略了增加耗能装置后的体系阻尼的变化，需进一步研究桥梁抗震性能与韧性耗能复位装置的交互作用.关键词：摇摆桥墩；韧性；可
3、恢复功能；抗震设计中图分类号：U442.5 文献标志码：AReview of resilience-based earthquake resistance for bridges with rocking columnsNI Yongjun,SONG Yuan,JIANG Hui（School of Civil Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China）Abstract:Immediate rehabilitation of bridge structures following an earthquake,i.e
4、.,resilience-based seismic design for bridges,is a current focus in the research field.First,this paper summarizes the resilience-based seismic design theory,with detailed discussions on the rocking system,self-centering system,and replaceable component system.The research development stage of vulne
5、rability analysis curves is introduced.Furthermore,the review of theoretical and experimental research on the bridges with rocking columns in China and abroad is reviewed in detail,analyzing the advantages of rocking piers in their post-earthquake recovery and the characteristics of different rockin
6、g pier systems.Finally the paper also summarizes the calculating and analyzing methods used.The limitations and emerging research directions of resilience-based seismic design for bridges are discussed.The research results indicate that although the resilience-based seismic design philosophy and the
7、 recoverable function of the rocking structure after a strong earthquake are widely accepted,there are still some issues that need 收稿日期：2022-08-18；修回日期：2023-01-17基金项目：北京市自然科学基金（8192035）；高速铁路轨道技术国家重点实验室“重点”开放课题（2019YJ193）Foundation items:Beijing Municipal Natural Science Foundation（8192035）；Key Open
8、Program of State Key Laboratory for Track Technology of High-speed Railway（2019YJ193）第一作者：倪永军（1973），男，陕西府谷人，副研究员，博士，博士生导师.研究方向为桥梁抗震与桥梁性能评估.email：.引用格式：倪永军，宋园，江辉.基于韧性的摇摆桥墩桥梁抗震研究综述 J.北京交通大学学报，2023，47（3）：1-9.NI Yongjun，SONG Yuan，JIANG Hui.Review of resilience-based earthquake resistance for bridges wit
9、h rocking columns J.Journal of Beijing Jiaotong University，2023，47（3）：1-9.（in Chinese）北京交通大学学报第 47 卷further research.These issues include that there is need for quantification of resilience design indices and multileveled fortification indices for resilience-based seismic design;critical structural
10、problems regarding the rocking column require solving,thus needing development of new materials and construction measures;and as the existing analytical models ignore the change in system damping after adding energy dissipation devices,there is need for further investigation into the interaction bet
11、ween bridge seismic performance and energy dissipation and self-centering devices.Keywords:rocking column；resilience；restorable function；seismic design强震下在役桥梁可能会发生不同程度的损害，严重时造成交通网络中断及震后修复困难及其他间接损失1，因此加强桥梁抗震设计十分必要.早期桥梁抗震设计关注结构承载能力，仅仅依靠强度指标进行抗震设防2，但是这种设计方法没有考虑结构动力响应与地震的交互作用，导致设计出的结构抗震能力偏低.此后有学者相继提出延性抗
12、震设计和减隔震设计理念，即根据不同桥梁各自的抗震需求，利用其构件延性或设置减、隔震装置来耗散部分能量，进而防止结构倒塌破坏3.设计时把墩柱作为延性构件，通过其塑性变形耗散地震能量，但强震作用下往往导致塑性铰区破坏严重，甚至震后残余位移过大使得桥梁结构丧失使用功能，经济损失巨大4.随着经济的发展，这种桥梁主要承重构件发生震后严重损伤而影响桥梁使用功能的抗震设计理念已经不能适应时代需求，各国学者逐渐意识到震后残余位移及功能可恢复也是抗震设计的重要指标.有效控制桥梁结构地震损伤、减小甚至消除残余位移，并缩短其震损后功能恢复时间，是现阶段桥梁韧性抗震主要理念及目标.目前桥梁抗震研究逐渐走向提高结构功能
13、可恢复性方向，抗震设计理念也从传统的延性设计或者减隔震设计向基于韧性抗震设计转移，使桥梁在小震作用下无损伤，在大震作用下可自复位，损伤可控或修复快速，具有韧性.为此，本文从抗震设计理论、试验研究和计算分析 3 个方面对基于韧性的抗震研究进行了归纳和总结，简单介绍基于结构可恢复功能的抗震设计概念及抗震设计方法，综述摇摆桥墩抗震性能发展和现状，归纳摇摆桥墩现有计算分析方法，为韧性抗震设计理论的发展和完善提供依据.1 基于韧性的桥梁抗震设计理论当前基于抗倒塌与保护生命为原则的桥梁延性抗震设计方法得到了广泛的社会认同，但震后桥梁功能中断带来的直接及间接经济损失十分巨大.实现地震后桥梁功能快速恢复成为桥
14、梁抗震设计的新目标.桥梁抗震设计理念开始向韧性抗震设计方向迈进5-6.1.1 概念基于韧性的抗震设计理论强调桥梁功能可恢复和损伤构件易更换，减轻桥梁功能中断带来的社会影响，减少人民生命财产损失.基于结构可恢复功能的抗震设计概念即可恢复功能桥梁结构体系具备震后不需修复或稍加修复就可以恢复正常使用功能7.1.2 抗震设计方法目前基于韧性的抗震设计方法正处于研究中，功能可恢复桥梁结构体系在地震作用下有变形较大的特点，相比传统抗震设计方法，基于位移的设计方法更为合理.以目标位移作为地震需求指标，设定桥梁墩柱具备一定的延性能力，使损伤只发生在预设部位.特别是直接基于位移的设计方法，给定位移需求可直接确定
15、结构的内力，设计过程无需迭代，采用等效线性化原则或弹塑性位移反应谱，更适合功能可恢复桥梁结构的抗震设计8-9.王军文等10提出一种先依据桥梁抗震设防水准得出摇摆桥墩损伤水平，再依据墩底接缝区变形计算桥墩位移的抗震设计方法，研究结果表明此方法与非线性时程分析结果相关度更高.韩强等3指出直接基于位移的摇摆桥墩抗震设计方法需结合摇摆桥墩的力学行为和变形特点，总结了其设计原则和具体步骤，强调了性能指标的确定对基于性能抗震设计重要性.综上可知，基于韧性的抗震设计方法已取得了一定研究成果，但实际应用中还有 2 个问题有待解决.首先是韧性指标的量化：传统混凝土桥墩的常用量化指标为最大变形和损伤指标等，但实际
16、上摇摆桥墩的破坏状态和性能指标与传统桥梁有较大区别，因此需要根据摇摆桥墩的自复位和可恢复性特点对其性能指标进行量化，在设计中根据量化指标落实性能目标.其次是多道设防指标的梯度控制：要实现在不同水准地震下结构体系相应的抗震设防目标，抗震设防时要有多道准备和减震设计，在不同水准地震下使得减隔震装置发挥耗能减震作用的梯度控制是需要重点解决的问题.2倪永军等：基于韧性的摇摆桥墩桥梁抗震研究综述第 3 期1.3 可恢复功能桥梁的体系功能可恢复桥梁设计指的是采用新材料、新构造、新体系等方法减少桥梁震后损伤，缩短修复时间，从而实现韧性抗震设计理念1.韧性抗震设计使桥梁结构保证结构安全的同时更注重其功能可恢复，从而降低全寿命周期成本.摇摆体系、自复位体系和可更换构件体系是目前功能可恢复桥梁结构体系的常用体系.摇摆体系即利用桥墩摇摆界面的提离和复位耗散地震能量，满足桥梁结构位移需求.设计时放松一部分桥梁相邻桥跨之间、上部结构与基础之间、基础与地基之间的竖向或转动约束，使结构受到地震作用时其连接部位能在一定范围内不断“提离”“闭合”，从而耗散地震能量9.摇摆体系本身耗散地震能量有限，一般靠结构自重或者后张
