采用拉索减震支座的斜拉桥地震易损性分析

利用易损性方法对斜拉桥设置拉索减震支座与否进行了细致的研究,并得到了塔底弯矩和墩梁位移的易损性曲线.通过基于概率的分析研究表明,拉索减震支座能够有效地限制墩梁的相对位移,同时还能够适当地减小塔底的弯矩.对斜拉桥安装拉索减震支座的减震机理进行探讨表明,依靠摩擦增加阻尼以及通过拉索改变地震力的传力路径是减小斜拉桥地震响应的主要方式.     

独塔部分斜拉桥顺桥向地面运动作用下的易损性分析

以墩塔梁固结的独塔预应力混凝土部分斜拉桥为对象,采用动力增量法和数据统计分析研究该类桥梁的地震易损性,确定顺桥向地面运动作用下结构构件的易损部位及损伤破坏概率.采用理论易损性分析方法,选取地面峰值加速度作为地震输入强度指标,并以放大系数为基础选取地震输入;以位移延性比、强度与变形、相对位移、索力为指标分别定义了各构件的损伤状态;根据各构件的损伤概率,拟合建立了各构件及全桥的易损性曲线.结果表明,在顺桥向地面运动作用下,中墩和支座为最易损构件;边墩、主梁均会发生不同程度的损伤;斜拉索、桥塔、桩基安全储备较高.     

基于IDA方法的连续梁桥地震易损性分析

连续梁桥因跨越能力强、行车舒适性好以及施工方法成熟等优点被广泛采用,因此,保障连续梁桥在地震作用下的安全性,研究连续梁桥抗震性能具有重要意义。使用Midas civil软件建立典型三跨连续梁桥模型,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法对桥梁结构进行地震易损性分析,得到桥梁结构构件地震易损性曲线,从而对桥梁结构抗震性能进行研究。研究结果表明：地震作用下,使用盆式固定支座的桥墩损伤概率始终大于使用活动支座的桥墩,盆式固定支座的破坏概率也大于活动支座;隔震桥墩损伤概率与墩高密切相关,墩高越高,墩顶位移越大,桥墩损伤概率也越大;与非隔震桥墩相比,隔震桥墩损伤概率明显降低,隔震效果明显;与非隔震活动支座相比,由于采用隔震支座后,桥梁结构刚度下降,隔震支座破坏概率反而更高;但相比于非隔震固定支座,隔震支座破坏概率改善明显,总体结果符合桥梁抗震设计思路。     

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.     

考虑氯离子侵蚀时变劣化效应的近海斜拉桥地震易损性分析

为研究氯离子侵蚀对近海大型桥梁地震易损性的时变影响规律,以某近海斜拉桥为对象,建立非线性数值模型并开展增量动力分析,获得主塔等构件及桥梁系统的时变易损性曲线.结果表明,材料腐蚀会导致构件及结构的损伤概率出现不同程度的增加.桥梁结构第1阶自振周期对应的谱加速度Sa(T1)为0.3g时,主塔严重损伤的概率在0、25、50、75、100a五种服役时间下分别为0、8.9％、12.1％、22.1％和35.1％.不同构件的损伤概率差异显著,服役时间为100 a,Sa(T1)= 0.15g时,主塔、桥墩、桩、支座、拉索严重损伤的概率分别为0、0、21.0％、97.4％、6.4％.对于轻微损伤、中等损伤及严重损伤状态,系统易损性主要取决于支座的损伤概率;完全破坏状态则主要取决于桩的损伤概率.因此应重视沿海桥梁抗震性能的时变劣化,在桥梁设计中考虑环境侵蚀的影响.     

大跨度桥梁边墩横向减震体系的地震易损性分析

在大跨度桥梁中,边墩的竖向恒载与中墩相比往往较小,导致支座滑动摩擦力较小,因此,摩擦型耗能减震支座无法有效控制地震位移.针对以上问题,提出了滞回型钢阻尼器和滑动支座配合使用的桥梁边墩减震体系.然后,以一座大跨度钢桁架拱桥为例,建立了全桥有限元模型,以支座位移、墩底弯矩以及拱脚立柱的应力为工程需求参数,采用云图法建立概率地震需求模型,分析了该大跨度桥梁的边墩横向地震易损性.结果表明,采用滞回型钢阻尼器和滑动支座的桥梁边墩减震体系可有效降低桥梁上、下部结构各主要控制部位的横向地震易损性.     

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.     

基于响应面法的高铁隔震桥梁地震风险分析

考虑高铁桥梁结构自身和地震动的不确定性,采用SAP2000分别建立隔震与非隔震高铁桥梁模型,运用中心复合设计法建立试验样本,对桥梁结构模型进行非线性动力时程分析,分别建立以墩柱位移延性系数和支座剪切位移为输出的响应面函数。基于拉丁超立方抽样,获得隔震与非隔震桥梁构件的易损性曲线;基于结构易损性和地震所造成的损失分析,得出桥梁结构在其全寿命期内的总费用。研究结果表明：通过中心复合设计法得到响应面函数的方法,可以大幅提高高铁隔震桥梁易损性分析的计算效率;隔震墩柱发生各级破坏的超越概率均明显低于非隔震墩柱,说明摩擦摆隔震支座通过延长结构周期和摩擦耗能对高铁桥梁墩柱起到了很好的保护作用;隔震桥梁全寿命期内地震经济损失、检修费用及全寿命总费用等均低于非隔震结构,说明隔震桥梁在全寿命周期内的经济性好。     

某大跨度连续梁桥的地震易损性分析

连续梁桥是我国高速公路、轨道交通中常用的一种桥梁结构形式。为研究大跨度连续梁桥，选用CSibridge软件对某跨度为181 m的桥梁进行有限元模拟，首先通过非线性增量动力分析方法，计算不同地震动下的墩顶位移。然后通过Xtract软件得到墩底弯矩曲率曲线并定义地震损伤指标。再基于对数正态分布假定，计算了不同地震动强度下的地震需求参数，得到了连续梁桥的地震易损性曲线。最后通过曲线得到了在不同强度的地震作用下，发生轻微破坏、中等破坏、严重破坏和完全破坏的概率。结果表明，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，为桥梁结构抗震设计提供了参考。     

考虑材料劣变过程的桥梁地震易损性分析

建立了一套基于概率和非线性有限元的桥梁结构地震性能演变分析方法,分析了材料劣变过程;且结合人工神经网络(ANN)与蒙特卡罗(MC)方法,建立了结构随机能力模型;在能力模型的基础上,通过增量动力分析(IDA),建立了考虑材料劣变过程的需求模型,从而形成地震易损性曲线;并以一座斜拉桥的主塔为例,利用所建立的方法研究了随着服役年限增加结构易损性的变化规律.研究成果可为桥梁的全寿命设计、既有桥梁的运营以及地震风险评估等提供理论依据.     

基于天然橡胶支座老化时变规律下近海隔震桥梁时变易损性分析

对天然橡胶隔震支座开展海洋环境下的耐久性试验,进而得到其随老化时间变化的性能劣化规律,同时参考已有钢筋混凝土材料在氯离子侵蚀作用下的性能劣化规律,通过SAP2000软件建立近海隔震桥梁的非线性动力分析模型。考虑墩柱单独劣化、支座单独劣化及二者共同劣化三种工况,开展全寿命周期不同时间节点的桥梁时变地震易损性分析,对比分析不同工况下不同破坏状态的构件失效概率。结果表明:在相同工况和破坏状态下,支座易损性均大于墩柱易损性,随着服役年份增加,墩柱易损性增加,支座易损性下降;从工况一至工况三,墩柱在不同破坏状态下的易损性都随着劣化时间增长而呈现不同程度的上升,而隔震支座的易损性则随劣化时间增长而呈现下降的趋势,在工况三下,两者易损性的变化最为显著;无论对于墩柱还是对于橡胶隔震支座,和不考虑劣化的初始值相比,三种工况下的易损性曲线均产生了较大变化,以初始值对应的易损性曲线去评估桥梁全寿命期内的抗震安全性会导致低估了墩柱易损性,而高估了支座的耗能能力,无法真实反映隔震桥梁的真实抗震性能变化情况。     

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.     

主蒸汽隔离阀地震概率易损性分析

采用有限元软件对主蒸汽隔离阀进行等效静力计算,确定其抗震薄弱点,并运用概率易损性方法计算主蒸汽隔离阀的抗震裕度.计算结果表明:主蒸汽隔离阀的抗震薄弱点随着地震震动的放大会发生转移.经过计算,确定主蒸汽隔离阀的抗震薄弱点为支架,计算出支架在95%置信度、5%失效概率下的抗震能力为11.14g,在此基础上绘制了主蒸汽隔离阀在弹性失效模式下的不同置信水平的易损性曲线,梳理了核电阀门抗震裕度的计算方法,论证了在超设计基准地震发生时,抗震裕度对于抗震安全的重要性.     

行波激励对非对称矮塔斜拉桥抗震性能的影响

为研究非对称结构矮塔斜拉桥的抗震性能,基于实际工程案例,采用Midas Civil软件建立非对称矮塔斜拉桥有限元模型,并根据大质量法理论模拟行波激励,分析地震动的内力与位移响应,结合能量法计算滞回耗能和损伤系数,研究行波效应对近波源桥塔及延性抗震的影响。研究结果表明:非对称矮塔斜拉桥在不同向地震作用下中墩内力响应最为显著;行波效应会削弱边塔底部的抗弯、剪承载能力,不同行波激励均对中塔顶顺桥向位移有较大影响。结合受力规律提出非对称结构在抗震设计时只考虑一致激励将造成中墩安全隐患,且随着桥跨不对称性增大设计时应着重考虑边墩受力。     

体外预应力混凝土风力发电塔地震易损性分析

以体外预应力混凝土风力发电塔为研究对象,采用纤维梁柱单元,建立了非线性有限元分析模型.基于pushover分析结果定义了4个损伤状态限值.选取20条真实的地震动记录进行增量动力分析,分别以水平位移角和地面加速度峰值作为结构地震需求参数和地震动强度参数,基于对数正态分布假设回归分析建立了概率地震需求模型.形成了体外预应力混凝土风力发电塔的易损性曲线,并对发电塔地震易损性进行评估.结果表明:体外预应力混凝土风力发电塔可满足7度设防区抗震设防要求,而在8度罕遇地震下有一定概率发生严重或完全损伤.     

双柱悬索拉线塔风致倒塌易损性分析

作为风敏感结构,双柱悬索拉线塔在强风荷载作用下易遭受不同程度的损伤甚至发生倒塌破坏,因此,有必要对其进行风灾易损性分析。为此,本文提出一种双柱悬索拉线塔风致倒塌易损性分析方法。首先,考虑结构参数的不确定性,基于拉丁超立方抽样建立双柱悬索拉线塔不确定性模型,完成所有样本模型的非线性静力推覆分析;然后,利用B-R准则和对数正态分布函数拟合得到双柱悬索拉线塔倒塌易损性曲线;最后,研究风向角和拉线初张力对结构倒塌易损性曲线的影响。研究结果表明：相较于确定性倒塌分析,不确定性倒塌分析能够更好地评估双柱悬索拉线塔的抗风承载能力;风向角对双柱悬索拉线塔的倒塌易损性影响较大,结构的最不利风向角为45°,当基本风速小于56.5 m/s时,结构在任一风向角下的倒塌概率都很小;拉线初张力对结构倒塌临界风速无影响,但对立柱顶点位移易损性曲线影响较大;增大拉线初张力,左右侧立柱的顶点位移易损性曲线均向左移动,且其对背风侧立柱的影响更大。     

基于有限元的边墩超高阻尼支座地震响应研究

为了研究超高阻尼橡胶支座对刚构矮塔斜拉桥边墩的地震响应,以实际在建工程项目甘肃天水国际陆港环城公路渭河五号桥（75+126+75）m为研究对象,基于有限元软件Midas Civil建立桥梁模型和支座、桩基拟合体系并进行非线性时程分析,对比非减隔震和减隔震桥梁的各向内力和位移。结果表明：以人工拟合地震波为基础波进行结构体系地震输入时,超高阻尼橡胶支座相比于非减隔震支座而言,支座所在的边墩处,其墩底位置各向内力、墩顶各向位移均大幅度减小,减隔震效果明显;中墩墩底位置处的纵向内力和位移数值减小明显,由于宽幅结构特点,横向弯矩、横向剪力、横向位移均变化不大,总体减隔震效果呈正向分布;设置有超高阻尼支座的桥塔塔底纵横向内力、塔顶纵横向位移数值下降较为显著,内力和位移的隔震率比较突出。     

基于概率密度演化理论的地震概率安全评估

基于概率密度演化理论,通过引入随机地震动模型,可以获得某一场地在一定时期内遭遇不同地震动强度的超越概率,并且有望解决地震易损性分析中如何选择地震动的关键问题.在此基础上,通过调幅随机地震动模型的基底幅值参数,并与地震易损性研究中的增量调幅思想相结合,可以获得工程结构在遭遇不同超越概率的地震作用时,结构性能达到各极限状态的超越概率.这一将地震易损性曲线的地震动强度度量指标赋予概率意义的工作,可以避免以往采用不同地震动强度度量指标时,由于计算方法的不同,生成的地震易损性曲线具有较大不同的缺点.这一工作,进一步与基于性能的地震工程全概率决策框架相结合,可为工程结构的地震概率安全评估提供坚实的理论基础.     

节点域承载力对半刚性钢框架地震易损性影响研究

目的 通过考察节点域承载力变化与地震易损性曲线间的关系,获得半刚性钢框架地震易损性曲线,量化节点域屈服承载力对半刚性钢框架地震易损性的影响。方法 采用OpenSEES抗震分析软件建立以节点域承载力比为主要参数的半刚性钢框架模型,通过地震需求分析和抗震能力分析,绘制不同节点域屈服承载力比(0.5～1.0)对应的半刚性钢框架地震易损性曲线。结果 节点域屈服承载力比的取值为0.7时,半刚性钢框架地震易损性曲线在四种极限状态下均小于其他半刚性钢框架,且形成包络趋势。结论 在水平地震作用下,允许节点域屈服,可显著降低钢框架的失效概率,结构的抗震性能也得到了明显改善;节点域屈服承载力比取0.7时,结构抗震性改善效果最显著。     

基于PSDM和IDA法的深水隔震桥梁地震易损性分析比较

考虑地震动水压力和波浪效应的共同作用,建立了隔震桥梁的弹塑性有限元分析模型,分别基于概率地震需求模型(PSDM)法和增量动力分析(IDA)法形成了桥梁系统及主要构件的地震易损性曲线,并对2种方法所形成的易损性曲线的差异进行了比较分析.研究表明,当桥墩处于弹性阶段时,基于PSDM和IDA法所得到的各损伤极限状态下桥墩的超越概率差别不大;但当桥墩构件进入非线性阶段,由于非线性结果的离散性导致基于PSDM法的需求回归分析的拟合结果失真,而基于IDA法能够很好的避免此种情况的出现;无论是桥墩还是支座,基于PSDM和IDA法计算得出的易损性曲线从轻微破坏到倒塌,2者差异越来越大.