基于风险的桥梁抗灾性能设计方法

基于风险思想,提出了考虑灾害危险性和桥梁多级性能水平的抗灾设计方法.根据桥梁结构灾害下的性能要求,定义量化的桥梁性能目标,结合易损性分析,获得灾害下各性能水平的易损性曲线.通过易损性曲线与灾害危险性模型的卷积,获得桥梁各性能水平的概率模型,随后进一步考虑性能水平的损伤比,实现综合失效风险分析.以一斜拉桥桥塔为例,利用建立的方法对地震灾害中桥梁进行了多性能水平分析.     

考虑随机变量相关性的桥梁地震易损性分析

引入Nataf变换,结合均匀设计响应面法,提出了一种综合考虑地震动和结构不确定性及结构参数相关性的桥梁地震易损性分析方法.以一多跨连续梁桥为研究对象,分别对算例桥梁在考虑与不考虑结构参数相关性情况下进行了地震易损性分析.同时,分析了考虑结构参数变量相关性对结构易损性分析和响应面模型精度的影响.结果表明:本文方法可以有效考虑结构参数之间的相关性,且考虑变量相关性后建立的响应面能够更好地拟合结构真实的极限状态函数曲面;桥梁结构在各个破坏状态下的失效概率均有一定程度的降低;忽略结构参数相关性的影响,可能会低估桥梁结构在地震作用下的抗震性能.     

基于地震行车危险性分析的桥梁网络易损性研究

基于中小地震作用下,高速铁路列车脱轨可能造成线路阻塞,本文提出一个考虑区域性地震作用下的高速铁路网络连通易损性的分析框架.以我国西南地震多发区一个密集的桥梁网络覆盖地域为例,通过PSHA方法确定桥梁场址的地震危险性参数,得到了任意地震作用水准下的场址加速度反应谱,将地震时桥上发生桥上行车的危险性概率作为网络节点关闭概率,再通过基于改进后的Order-X网络连通度分析,进而得到了不同水准地震作用下的网络连通概率.分析结果表明:地震小区划和宏观区划烈度间对桥梁危险性的估计差异,是形成地震网络易损性分析复杂性的重要影响因素,考虑行车安全性是构成地震场作用下的桥梁网络易损性分析重要组成部分.     

冲刷作用对大跨度自锚式悬索桥地震响应的影响

目的研究冲刷作用对大跨度自锚式悬索桥桥塔地震响应的影响,为此类桥梁冲刷条件下抗震设计提供参考.方法采用考虑几何非线性的全桥有限元模型,并应用m法模拟土对桩基的约束刚度,分析不同基础冲刷深度条件对基础刚度和桥梁整体动力特性,以及对高耸桥塔地震响应的影响.结果冲刷效应通过减小土对桩基的约束,使桥塔基础刚度明显减小,但桥梁竖向和纵向基频不受影响,高阶振型及其地震效应的变化控制了结构的某些地震响应;不同冲刷深度下,桥塔关键截面-塔底截面纵桥向内力会出现明显峰值,而塔顶位移及横桥向内力效应呈现不同的规律.结论对于大跨度自锚式悬索桥高耸桥塔结构,最不利地震荷载效应并不完全发生在冲刷深度最大时,抗震设计需要考虑地震下多目标效应的多级冲刷的精细化处理方法.     

基于IDA-MC的桥梁地震风险概率评估方法

针对目前桥梁地震风险评估考虑的风险因素单一的不足,并为避免复杂的解析分析,引入增量动力分析方法(IDA)与蒙特卡罗(MC)分析方法相结合的技术,同步考虑地震危险性与桥梁结构在地震作用下的易损性,提出基于IDA-MC的特大桥梁地震风险概率评估方法。依据桥梁所在场地的地震烈度概率分布,通过蒙特卡罗抽样得到数量充足的地震烈度值,将其转换为对应的峰值加速度,并结合IDA分析,结果得到大量的结构响应;根据地震损伤准则判断桥梁结构的损伤指数,进而统计桥梁结构在不同损伤等级下的风险概率。以飘浮体系斜拉桥为例进行了演示,分析过程及结果充分体现了该方法的高效性与准确性,并对飘浮体系斜拉桥的地震风险概率规律进行了深入分析,分析结果将对桥梁的地震风险、运营管理提供有力的技术支撑。     

钢筋混凝土矮塔斜拉桥地震易损性分析

为研究矮塔斜拉桥地震易损性,文章以一座在建钢筋混凝土矮塔斜拉桥为例,分析其构件与系统易损性;考虑材料参数的变异性,采用神经网络模型和均匀设计法建立支座、过渡墩和主墩的易损性曲线;基于串联系统的失效概率公式,采用Copula函数计算构件之间的联合失效概率,绘制系统易损性曲线,并用一阶界限法验证其可行性。结果表明：支座的抗震性能最差,在地震作用下最容易发生破坏;采用Copula函数计算的系统易损性曲线介于一阶界限法的上界和下界之间,且与一阶界限法的下界更接近。     

基于IDA的大跨连续梁桥地震易损性分析

目的分析公路连续梁桥的地震易损性,为该类桥的多级设防抗震设计研究提供理论依据.方法基于性能抗震设计思想,确定结构的5个性能水准,以桥墩的位移延性比作为性能量化指标,计算桥梁不同极限状态的损伤界限值.在此基础上,采用IDA分析方法计算20条人工拟合地震波作用下的地震响应,基于可靠度理论进行对数回归拟合分析,最终获得地震易损性曲线.结果理论易损性曲线表明该桥具有良好的综合抗震性能,在0.3 g地震动作用下,轻微损伤、中等损伤和严重损伤的概率分别为57.9%、44.7%和3.6%.结论易损性分析结果可以反映桥梁的综合抗震性能和各级损伤状态的超越概率,对分析整个交通路网的抗震性能和制定紧急救援方案具有指导意义.     

基于破坏形态的重力坝地震易损性研究

大坝的地震风险分析是评价和改进大坝抗震安全度的有效工具.大坝的地震易损性是指大坝在给定地震荷载作用下发生各级损伤的条件概率,是地震风险研究（地震危险性分析、地震易损性分析、地震灾害损失评估）的3个主要组成部分之一.在考虑混凝土材料细观层次非均匀性影响的基础上,通过对碾压混凝土重力坝强震损伤破坏形态和过程的大量数值模拟,总结提炼了重力坝的典型震害形态,并据此提出了重力坝的五级震害等级划分标准.结合大坝设计地震超越概率,提出了大坝易损性分析方法,给出了金安桥重力坝挡水坝段的地震易损性曲线.研究结果可为混凝土重力坝的抗震设计和加固决策等提供参考.     

立式储罐地震可靠性研究

采用数值分析方法对库区两种大型立式钢制圆柱形储罐进行地震动响应分析,基于易损性理论通过验算点法(JC)计算分析储罐在不同地震烈度下的失效概率.结果表明,随着地震烈度的增大,储罐的失效概率逐渐增大,5×104 m3储罐的抗震性能要好于2×104 m3储罐;对2×104 m3、5×104 m3储罐的易损性起主要作用的失效模式分别是抗失稳和抗提离.采用多个失效模式对储罐进行地震可靠性研究更有科学性.     

斜拉桥复合地震易损性分析

通过引入ANN(artificial neural network,人工神经网络)计算斜拉桥复合地震易损性,显著减少在分析结构能力随机性过程中的计算量,获得结构能力概率分布.采用IDA(incremental dynamic analysis,增量时程分析)非线性时程分析法获得结构需求概率分布.通过蒙特卡洛抽样得到各PGA(peak ground acceleration,地面峰值加速度)下结构失效概率,进而获得易损性曲线.分析结果说明,使用ANN模拟结构能力分布可以显著减少计算量;在考虑结构能力随机性的前提下,斜拉桥地震易损性有所增加.     

考虑钢筋锈蚀影响的桥梁综合时变地震易损性分析

传统的钢筋混凝土桥梁地震易损性分析一般只针对桥墩截面曲率等局部构件参数进行,且不考虑耐久性对结构性能的影响,具有一定的局限性.提出一种基于时变周期的桥梁地震易损性分析方法,能够计算复杂桥梁多维整体易损性.在此基础上,通过对钢筋黏结力和截面面积的修正,建立不同龄期桥梁有限元模型,可考虑耐久性降低对地震易损性的影响.通过基于周期和桥墩曲率的易损性分析,建立了考虑钢筋锈蚀影响的桥梁综合时变地震易损性分析方法.算例结果表明基于时变周期的锈蚀桥梁地震损伤值及相关易损性分析能准确细致地反映桥梁整体的损伤演变过程,在此基础上提出的不同服役年限下损伤指数比函数可以表征整体易损性的时变规律.     

浅基础桥梁在锈蚀和主震-余震序列作用下的易损性

为了解锈蚀钢筋混凝土结构在地震作用下的破坏情况,以锈蚀钢筋混凝土浅基础桥梁结构为研究对象,采用非线性动力分析,研究其在主震-余震序列作用下的易损性.研究结果表明:锈蚀和主震-余震序列对浅基础桥梁的倒塌概率具有很大的影响;当地震的强度大于某一数值时,桥梁的倒塌概率将随锈蚀程度的增加而增加;随着主震-余震序列强度的增大,结构的破坏概率也逐渐增大.因此在桥梁抗震设计时要考虑锈蚀和主震-余震序列对钢筋混凝土结构安全性的影响.     

基于时频分析与神经网络的桥梁冲刷动力评估

桥梁基础水文作用是引起桥梁结构功能及安全性能失效的首要原因,而桥梁冲刷又是水文作用最主要的表现形式.依托舟山大陆连岛工程金塘大桥主通航孔桥,提出一种基于时频分析与神经网络的桥梁冲刷动力评估方法.首先,利用白噪声地震波模拟环境振动激励,采用动力时程分析法模拟环境激励下的上部结构振动,并获得其加速度响应,同时在振动过程中实时模拟基础冲刷深度的连续发展,进行环境振动激励下桥梁模态参数与冲刷发展的关联性分析,研究该方法的识别敏感性.进而,利用数值动力参数分析研究上部结构既有局部损伤多种组合形式对桥梁结构模态参数的扰动程度,以确定非冲刷损伤形式对桥梁冲刷动力评估方法准确性的干扰.最后,以模态分析中的低阶模态参数作为样本输入,以冲刷深度与墩位的不同组合作为样本输出,建立BP神经网络,实现桥梁冲刷深度与墩位的同步评估.研究结果表明:利用自振频率构建的动力指纹对冲刷发展较为敏感;该方法无论对冲刷深度还是冲刷墩位均具有较高的识别准确度,且可忽略有限局部损伤对识别准确性的干扰.该方法不需要水下操作,不需要昂贵的测试设备,仅需要加速度传感器以及数据采集装置,便于融入常规桥梁检测项目中.     

非一致地震激励下飘浮体系斜拉桥易损性分析

利用Open Sees软件对一座主跨为420 m的斜拉桥建立有限元模型,分别进行了仅考虑失相干效应、考虑失相干效应和行波效应、考虑失相干效应和场地效应以及综合考虑失相干效应、行波效应和场地效应等4种非一致激励情况下的易损性分析.结合联合概率地震需求模型(TPSDM)和蒙特卡罗抽样获得了基于构件的体系易损性曲线.考虑地震动空间效应的飘浮体系斜拉桥损伤概率明显高于一致激励且失相干效应和场地效应的影响较为显著.失相干效应越明显,斜拉桥体系遭受地震损伤的概率越大.场地效应的影响较为复杂,总体上表现为相邻场地类型差异越大,沿地震波传播方向场地类型由软变硬时,体系损伤概率增加.行波效应对飘浮体系斜拉桥地震损伤的影响较小,易损性分析时忽略行波效应的影响不会造成较大的误差.因此,对飘浮体系斜拉桥进行非一致激励下的地震易损性分析应考虑失相干效应和场地效应的影响,目前广泛采用的一致激励下的易损性分析高估了体系的抗震性能.     

带主梁的简化模型与响应面联合 的桥梁船撞易损性分析方法

以往桥梁船撞动力分析以给定事件确定性分析为主,难以反映船撞作用的偶然性和概率性特征,以及不同能量撞击下的桥梁损伤演化特征.为此,本文面向两类典型船舶,以桥梁墩柱受船舶撞击后的剩余承载能力作为损伤评估指标,较为系统地研究了桥梁船撞易损性.首先,建立了受压RC墩柱受到侧向冲击后剩余承载能力的直接模拟方法,通过与试验结果进行对比,验证了该模拟方法的有效性.然后,基于一座典型连续钢筋混凝土梁桥,建立了两种不同的有限元简化模型,并进行了比较和验证.提出一种有限元简化模型与响应面代理模型联合的桥梁船撞易损性分析方法,获得了两类典型船舶撞击下的桥梁易损性曲线.结果表明:所建立的响应面具有良好的精度,可替代复杂的非线性有限元计算;两类船舶类型撞击下的桥墩剩余承载力的响应特征区别较大,在球艏船撞击下剩余承载能力随船速的增大而均匀减少,而在受驳船撞击时,剩余承载能力与临界船速密切相关,呈现出双折线的特征,在进行样本设计时需基于临界速度进行分段;在相同船速及质量的情况下,驳船撞击所造成的结构损伤以及失效的概率普遍要高于球艏船撞击,实际设计中应尤为关注.     

在役钢筋混凝土框架结构抗震性能评估

对在役结构进行了易损性分析.考虑后续使用期往往小于实际基准期的事实,依据等超越概率原则给出不同后续使用期内地震作用参数的具体取值.首先分析了场地土对地震动参数的影响,在此基础上又考虑了抗力的随机时变性,然后利用调整后的地震动参数对在役建筑物进行基于概率Pushover分析的结构易损性分析,得出结构在不同的地震作用下,结...     

桥梁结构地震与温度作用效应组合研究

对于双塔斜拉桥和连续刚构等纵向约束较强的桥梁结构,纵向地震作用和温度作用会产生巨大的桥墩弯矩.作为随机性很强的地震作用和温度作用,规范中没有给出明确的温度作用效用组合系数.基于概率方法,建立了桥梁结构在纵向水平地震作用下,考虑温度作用的组合计算模型,利用Turkstra组合方法,考虑地震作用和温度作用的随机概率分布,得到了桥梁结构抗震设计中温度作用效应的组合系数.参数分析表明,温度作用效应的组合系数随组合效应概率分布分位值的增大而减小;随年最高和最低日平均气温出现的概率增大而增大;随地震与温度作用效应的比值增大而减小,当效应比大于6时,温度效应可以忽略.     

基于构件的RC连续梁桥地震体系易损性分析

提出了考虑各构件(桥墩、支座、桥台)地震响应相关性的体系易损性计算方法.首先利用均匀设计得到56个结构-地震样本对,得到各构件的地震响应;其次通过Matlab计算得到联合概率地震需求模型(JPSDM),并计算出对应的各构件能力样本;最后借助蒙特卡洛抽样(MCS)得到桥梁结构体系易损性曲线.以一座3跨连续梁桥的非线性Opensees模型为例,结果表明不考虑构件相关性的体系易损性会带来较大误差.     

山区非规则梁桥地震易损性分析研究

地震作用下,山区非规则梁桥的震害明显高于常规梁桥,采用地震易损性分析方法能够较好地获得山区非规则梁桥在不同地震水准作用下的地震响应规律及其震害机理,从而实现更加有效的桥梁抗震设计.     

基于概率的地震作用下桥梁结构易损性分析

应用能力谱方法和增量动力分析方法分别建立了用于评价地震作用下桥梁结构性能的桥梁结构易损性曲线。通过对用两种方法建立的易损性曲线的对比分析表明：对于保护层混凝土剥落破坏状态,两种方法分析的结果相差不大;对于纵筋屈曲和倒塌破坏状态,能力谱方法给出的桥梁结构在给定地面运动强度下的失效概率偏低。用能力谱方法建立结构的易损性曲线避免了对结构进行非线性动力时程分析,分析方便快速,但对于严重破坏状态分析精度较低;非线性动力分析方法需要对结构进行大量的动力时程分析,但结果更为精确可靠。