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、...     

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.     

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.     

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.     

考虑地震方向性的高耸RC烟囱结构易损性分析

选用240 m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立了相应的非线性有限元分析模型.为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择了20条合理的地震动记录,进行增量动力分析.分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,通过增量动力分析将三维地震动以7种不同入射角度作用于结构并获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算结构的易损性.通过钢筋和混凝土的材料应变定义了4个损伤状态限值,最终得到了考虑地震方向性的高耸钢筋混凝土烟囱结构地震易损性曲线.研究结果表明,考虑地震方向性后,当PGA小于0.2g时,该烟囱的最不利地震波输入角度大约在75°~90°左右,结构完全损伤概率大约增大了1.5%;当PGA大于0.2g时,该烟囱的最不利地震波输入角度在45°左右,结构完全损伤概率大约增大了2.4%.     

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。     

考虑开洞影响的砌体结构房屋地震易损性分析

为分析不同底层开洞横墙数量(比例)对结构抗地震倒塌性能的影响,从单个墙片、层间墙片及整个结构三层次进行分析,逐步完成房屋抗地震倒塌易损性分析.在基于已有试验结果验证数值模拟参数及结果可靠的基础上,首先利用ABAQUS对单片墙体模型进行模拟分析,得到各墙片荷载-位移曲线;然后将每层所有抗震横墙的荷载-位移曲线拟合后叠加得到层间恢复力模型,并简化为三折线恢复力模型;最后采用层间剪切简化三折线模型和50%分位值增量动力分析(IDA)曲线进行4种不同横墙开洞数量(比例)模型的地震易损性分析.结果表明:随着底层开洞横墙数量比例的增加,结构的抗倒塌性能降低,并在相同性能点下其能承受的地面峰值加速度和最大层间位移角减小;开洞横墙比例小于50%且处在低于9.0度设防烈度下的房屋结构基本满足"大震不倒"的设防水准;为保证结构具有良好的抗震性能,应严格控制抗震横墙开洞数量(比例).     

地下结构地震易损性研究进展

为了促进国内地下结构地震易损性分析的发展和应用,详细评述了地下结构地震易损性分析在国内外研究现状、存在的问题和未来发展方向。首先,介绍了地震易损性的定义,总结了破坏指标、地震动强度参数的选取以及不确定性的影响,归纳了常用的2种地下结构易损性曲线建立方法。依据不同来源的分析数据,介绍了5种国内外常用的地下结构地震易损性分析方法,归纳了每种方法的适用性及优缺点。最后,分析了当前研究中遇到的问题以及存在的局限性,对地下结构地震易损性研究的发展方向进行了展望。     

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.     

基于地震动预测模型的桥梁结构易损性分析

利用修正的地震动预测模型(GMPE)分别计算特定矩震级M_w、断层距R_(JB)和场地条件(以地下30,m平均剪切波速v_(s30)为代表)时近断层脉冲地震动和非脉冲地震动谱加速度的超越概率.以某两跨连续梁桥为例,利用地震易损性曲线计算特定震级、断层距和场地条件时近断层脉冲地震动和非脉冲地震动作用下桥墩、桥台、支座以及桥梁系统不同损伤水平的超越概率.结果表明,不同矩震级条件下,近断层脉冲型地震动作用下桥梁构件和桥梁系统不同损伤水平的超越概率明显大于非脉冲地震动作用下相应的超越概率,如M_w=6.5、R_(JB)=10,km、v_(s30)=300,m/s时,桥梁系统轻微、中等、严重、完全破坏对应的损伤概率扩大系数(有脉冲与无脉冲条件下结构损伤概率的比值)分别为1.191、1.816、3.464、8.412;而近断层区的桥梁构件及系统的损伤概率扩大系数,随矩震级的增大而减小,随断层距和v_(s30)的增大而增大.     

考虑线性分布应力影响的混凝土氯离子侵蚀模型

基于氯离子扩散系数与结构应力服从多项式函数关系的假定以及Fick第二定律,通过边界条件的奇延拓和扩散方程的傅里叶变换推导建立综合考虑结构截面线性分布应力的混凝土氯离子侵蚀模型,并给出其求解流程以及相关参数的确定方法,进一步结合既有混凝土氯离子侵蚀试验数据进行实例验证和对比分析。研究结果表明:所建立的氯离子侵蚀模型能够反映结构截面线性分布应力对氯离子扩散的影响,特别是在浅层区,计算的氯离子质量分数与既有成果较吻合,且更接近于试验值,模型是可靠的。     

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.     

混凝土桥梁氯离子侵蚀过程仿真的细胞自动机模型

为准确高效地模拟钢筋混凝土桥梁在运营期间氯离子的侵蚀过程,并获得梁截面内任意时刻任意位置的氯离子浓度,提出基于细胞自动机理论的混凝土桥梁氯离子侵蚀过程模拟方法.首先,根据细胞自动机原理对氯离子侵蚀过程进行分析,利用简单的局部进化行为模拟复杂的扩散过程.然后,综合考虑时空变异性、水灰比、应力状态等因素对氯离子侵蚀过程的影响,建立多因素耦合作用下的混凝土桥梁的氯离子侵蚀模型.最后,以某T梁为例,分析桥梁服役期间氯离子扩散规律及混凝土水灰比和应力状态对氯离子扩散过程的影响.结果表明,钢筋表面的氯离子浓度值在侵蚀20年时开始趋于稳定,角部区域钢筋更易锈蚀;混凝土水灰比越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越快;梁截面拉应力越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越快,而压应力越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越缓慢.     

基于性能的平面不规则结构地震易损性分析

针对平面不规则框剪结构,提出基于性能的结构整体地震易损性分析方法。基于性能分析静力弹塑性,根据结构极限损伤状态定义平面不规则框剪结构层间位移角和层间扭转角的4个性能水平限值。通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应。根据超越概率的定义,分别计算层间位移角和层间扭转角极限状态下超越概率。结合地震峰值加速度及超越概率对一平面不规则框剪结构进行基于性能的地震易损性分析,绘制结构的易损性曲线,比较2个指标的易损性曲线,评估结构的抗震性能。研究结果表明:对平面不规则结构进行易损性分析时,应考虑扭转响应对结构的影响,防止高估这类结构的抗震性能。     

粘滞阻尼器耗能减震结构的地震易损性分析

评价结构采用消能减震技术后的损伤破坏水平,需要对减震结构进行地震易损性和可靠性研究。本文以钢筋混凝土框架结构为研究对象,粘滞阻尼器为减震装置,采用ETABS有限元软件对结构进行传统时程分析,确定消能减震分析模型;基于增量动力分析(IDA)的基础上,对消能减震结构应用Perform-3D进行了地震易损性分析,依据指定不同强度地震作用下各极限状态的结构地震易损性概率,评定减震结构在地震作用下的破坏程度。结果表明,设置粘滞阻尼器后可有效地提高结构的抗震性能,能够满足抗规“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震要求。基于增量动力分析方法的结构易损性分析也可以为实际工程结构的地震破坏和损失评估提供有力的科学依据。     

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。     

铁路桥梁的地震易损性分析

近年来我国发生的大地震,尤其是5·12汶川地震表明,铁路桥梁作为交通系统中的枢纽结构,在地震中极易受损.多跨连续钢筋混凝土桥是铁路桥梁中常见的结构形式.故采用国家强震动台网中心提供的汶川地震强震波和NGA强震数据库提供的地震波,以位移延性比为破坏指标,应用结构分析软件SAP2000,分别对多跨连续钢筋混凝土铁路桥进行非线性时程分析,并对其结果进行回归,得出以PGA(Peak Ground Acceleration)为自变量,结构超过某一特定损坏状态的概率为因变量的地震易损性曲线;最后分析了该类铁路桥在地震作用下的地震易损性.     

氯离子侵蚀下预应力混凝土桥梁抗弯承载寿命函数

通过菲克第二定律和预应力钢丝局部蚀坑模型,运用蒙特卡罗方法分析了预应力筋的开始锈蚀时间和剩余面积变化规律;利用预应力筋锈蚀计算结果,分析了抗力退化情况;结合跨中弯矩效应时变规律,运用蒙特卡罗方法分析了结构正截面抗弯承载可靠概率在寿命期内的变化;利用威布尔型寿命函数拟合了可靠概率计算结果,二者显示出较好的相合性;对主梁高度、保护层厚度、氯离子质量浓度、扩散系数和腐蚀电流密度等对寿命函数的影响进行了参数分析.结果表明:增加梁高对耐久性能影响较小,保护层厚度对寿命函数影响较大,提高耐久性能应当针对环境氯离子质量浓度、扩散系数和腐蚀电流密度等因素制定措施.     

隔层桁架式立体停车结构地震倒塌易损性分析

采用基于增量动力分析的易损性分析方法定量地评估了隔层桁架式立体停车结构的抗地震倒塌能力.分析了结构在地震作用下的倒塌过程、倒塌机理,对结构在单向和双向地震作用下的抗地震倒塌能力进行了对比,并比较了不同层数结构的抗倒塌能力及安全储备系数.结果表明,该类型结构具有良好的抗地震倒塌性能,底层是结构抗倒塌薄弱层;随结构层数的增加倒塌概率增大、抗震能力减弱,但抗倒塌安全储备系数并不是随结构层数的增加而不断减小.建议针对该类型立体停车结构的设计可以考虑突破现行建筑结构规范高宽比的限值.     

氯离子侵蚀砼的影响因素分析

氯离子的侵蚀造成砼中钢筋锈蚀，结构的耐久性能逐渐表退，危害了结构的承载能力，降低了结构的使用寿命。本文对各种影响因素进行了分析，为钢筋砼结构耐久寿命预测与评估奠定基础。