基于PSDM和IDA方法的桥梁地震易损性模型参数比较分析

以汶川地区一座典型三跨简支梁桥为例,基于OpenSees平台建立全桥三维非线性基准有限元模型.在考虑地震动及结构参数不确定性基础上,对抽样生成的桥梁样本进行了一系列非线性地震响应分析,分别采用PSDM和IDA方法分别建立桥梁构件及系统的地震易损性模型.介绍了易损性模型参数的物理意义,对不同方法计算得到的地震易损性分析结果展开模型参数比较研究,分析探讨了结果的差异原因及既有方法改进措施.     

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.     

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.     

非结构构件的地震损失概率评估模型

当前的抗震设计方法并不能有效地控制非结构构件的地震损坏,由此造成巨大的经济损失.文中考虑地震易损性曲线生成和地震损失率评估过程中的不确定性因素,以地震易损性参数和地震损失率参数作为地震损失评估过程中的基本随机变量,分析了各基本随机变量取不同变异系数时,非结构构件地震损失率变异性的变化.进而通过经验拟合的方式,建立了非结构构件地震损失率的概率评估模型.基于建立的概率评估模型,一旦确定非结构构件的地震响应参数值,即可计算位移敏感型和加速度敏感型非结构构件地震损失率的均值和标准差.研究结果表明:非结构构件的地震损失率曲线随层间位移角和楼面加速度的增加,离散性逐渐增大,但最终趋于稳定.严重破坏(LS)和倒塌(CP)性能点的地震易损性参数和地震损失率参数的变异性对非结构构件地震损失率曲线的变异性影响显著.研究结果可为非结构构件的地震损失评估提供概率依据.     

多烈度区多层RC框架结构实际震害易损性分析

为了研究区域多层RC框架结构地震易损性,以汶川地震都江堰930栋该类结构实际震害调研样本为研究背景进行了数值统计分析.首先,对该市RC框架结构按照震损等级进行了归纳与统计,给出了样本数量与震损等级的非线性拟合模型,考虑楼层数、年代、抗震设防因子对其影响和多烈度区特点,分别建立了易损性矩阵与连续型非线性回归模型.提出了平均震害指数计算模型,并结合调查数据得到了基于该参数的易损性矩阵与回归曲线.上述分析结果可为地震烈度标准修订和抗震设计提供一定的基础借鉴.     

基于IDA的岸桥结构地震倒塌易损性研究

为研究岸桥结构在地震作用下的倒塌易损性,以两台典型岸桥为研究对象,分别建立岸桥在工作和非工作两种工况下的有限元分析模型.采用增量动力分析(IDA)方法,以门框构件失效和结构有限元计算失稳作为倒塌能力的判定准则,分析得到岸桥结构地震倒塌易损性曲线.结果表明:两种工况均适合以谱加速度作为地震动强度参数进行岸桥结构易损性分析;两台岸桥实例在不同工况下的结构倒塌易损性具有较明显的差异,建议将岸桥结构分为工作和非工作工况进行抗震性能研究,以提高分析的准确性.     

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.     

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.     

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。     

车辆火灾作用下桥梁风险概率评估方法

基于易损性分析及危险性分析,提出了桥梁在车辆火灾作用下风险概率的数值计算方法.依据车辆火灾事故的统计数据,利用最大熵原理估计出了最大热释放速率的概率密度函数.提出了基于RSM-MCS的桥梁构件易损性分析方法,并通过对结构体系、构件相关性及体系损伤准则的进一步研究给出了结构体系易损性的分析方法.以一座简支梁桥为例,利用该方法对不同损伤等级下的风险概率进行了计算分析.结果表明:利用文中方法可以对桥梁的抗火性能进行有效评价.     

基于增量动力分析的钢框架-混凝土剪力墙结构地震易损性

易损性是结构本身的一个特性,是结构在不同地震强度指标作用下,达到特定失效状态或性能水平的可能性。建立钢框架-混凝土剪力墙结构的非线性分析模型,采用增量动力分析方法对结构进行地震易损性研究,提出地震需求参数与地震动强度指标之间的关系,绘制易损性曲线;并结合地震倒塌储备系数对结构的抗震能力进行定量分析。结果表明:结构在立即使用状态时,易损性曲线斜率较大,曲线较陡,说明结构在震后不需经过修理仍可使用,随着谱加速度的增大,结构的超越概率急剧上升。结构在防止倒塌和整体失稳状态时,曲线走势趋于平缓,说明结构进入弹塑性状态后,耗能能力显著增强,结构的抗震倒塌能力可以满足规范要求。倒塌储备系数与结构的倒塌能力呈正相关变化趋势。研究结果为结构的抗震及倒塌能力评估提供参考。     

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。     

不确定性参数对梁桥地震易损性影响的量化

为定量研究梁桥中常见的不确定性参数对结构地震易损性的影响程度,以三跨混凝土连续梁桥为例,引入重要性测度分析方法考虑不确定性参数之间的交互效应,量化不确定性参数对桥梁地震易损性的影响水平。通过Monte-Carlo抽样构建地震动-桥梁样本并采用Open Sees平台进行非线性时程分析,提出基于地震易损性的矩独立重要性测度指标并基于非参数核密度估计对其进行数值积分求解。结论:支座剪切模量及上部结构质量对梁桥地震易损性的影响明显大于其他参数;基于地震易损性的重要性测度指标能够考虑不确定性参数之间的交互效应,准确量化不确定性参数对梁桥地震易损性的影响水平。     

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.     

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.     

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.     

大跨度斜拉桥地震易损性分析

摒弃传统易损性分析假定，采用增量动力分析方法，提出改进损伤指标参数，对脉冲地震波和非脉冲地震波进行对比，定量分析桥梁结构损伤程度.首先，建立大跨度斜拉桥精细化有限元模型，使用增量动力分析方法，进行大跨度桥梁2 100次非线性时程分析；然后，以斜拉桥桥墩墩底、主塔塔底和支座系统为研究对象，选取合适的损伤指标建立各构件在不同损伤状态下的限值；最后，根据桥梁构件在各级地震作用下的损伤概率，为桥梁抗震提供参考意见.