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.     

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.     

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。     

基于累积塑性应变的结构多维易损性分析

将拟力法的概念运用于能量平衡方程而提出累积塑性应变,其表示为塑性耗散能需求与耗能能力之比.塑性耗散能反映了结构在地震作用下的损伤累积效应,作为构件层次损伤指标的累积塑性应变也考虑了损伤累积效应.建立基于最大层间位移角的易损性曲线,假定一系列累积塑性应变阈值,通过易损性曲线吻合度确定与全局性能水准相对应的局部损伤状态,即累积塑性应变阈值.以累积塑性应变和峰值层加速度响应作为结构构件和非结构构件的工程需求参数,在多维易损性理论框架下建立二维性能极限状态方程和概率地震需求模型,进行易损性分析,并分别讨论加速度阈值、工程需求参数和性能极限状态相关性对易损性的影响.     

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.     

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。     

基于风险的桥梁多灾害下合理冲刷深度研究

为了在桥梁设计和评估中充分考虑多灾害影响,基于一致风险原则,提出桥梁在考虑冲刷和地震联合灾害作用条件下的分析框架,开展了考虑地震灾害的合理冲刷深度研究.首先对桥梁进行考虑冲刷的地震易损性分析,获得结构的易损性曲线和易损面;根据两种灾害的危险性模型,获得不同给定冲刷深度下失效概率与冲刷深度的关系及联合失效概率.然后将联合失效概率所对应的冲刷深度作为两种灾害组合时的合理冲刷深度,进一步与设计冲刷深度比较,得到地震和冲刷多灾害下桥梁设计中所需要的冲刷荷载组合系数,并以一悬索桥为例说明分析过程.文中方法有效考虑了桥梁整体风险和经济性,可为地震和冲刷联合灾害作用下不同类型和大小的桥梁的探索分析提供基础.     

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...     

考虑氯离子侵蚀的近海桥梁结构地震易损性分析

分析氯离子侵蚀作用对近海桥梁结构抗震性能的影响,提出了近海桥梁时变地震易损性分析方法.以一座近海简支梁桥为例,基于概率方法得到氯离子侵蚀作用引起的纵筋直径和屈服强度、箍筋直径、保护层混凝土抗压强度随时间的退化规律,研究发现随着钢筋腐蚀程度增加,小剪跨比的桥墩会由弯曲破坏转变为弯剪或剪切破坏.基于OpenSees软件建立桥墩在不同服役时间考虑弯曲、粘结和剪切变形的有限元模型并进行Pushover分析和增量动力分析以评估腐蚀桥墩的抗震性能.定义腐蚀桥墩的损伤状态,评估各级损伤状态能力,通过易损性分析方法得到桥梁时变地震易损性曲线.研究结果表明,在氯离子侵蚀作用下,桥墩的材料性能不断退化,导致近海桥梁地震易损性随服役时间逐渐增长.     

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。     

地震作用下简支梁桥的碰撞反应分析

为了研究地震作用下简支梁桥的碰撞响应,本文通过建立全桥模型,在输入不同的地震激励、考虑不同桥墩高度下,进行了简支梁桥地震响应时程分析。结果表明:地震作用下碰撞在一定程度上显著地改变了桥梁结构的响应状态,增大了墩底的弯矩和剪力;桥墩的高度和地震激励的变化会对梁间碰撞产生影响。     

车致火灾作用下预应力混凝土T梁易损性计算方法

为了对车致火灾下预应力混凝土T形截面梁桥进行抗火性能评估,利用响应面分析法建立响应面函数(RSM)来模拟结构的非线性有限元分析,用蒙特卡洛抽样(MCS)来模拟参数的随机性,然后建立了基于响应面函数以及蒙特卡洛模拟(RSM-MCS)的车致火灾易损性分析方法。该方法中将桥梁构件的损伤等级划分为轻微损伤、中等损伤、严重损伤、完全损伤4个等级,用构件的剩余承载力定义其损伤度,并根据已有的试验和理论成果定义不同损伤状态的界定标准;研究火灾和结构自身参数的随机性问题,并基于中心复合试验设计对参数进行抽样,形成试验样本和检验样本,建立基于RSM-MCS的易损性分析方法,并以此开展预应力混凝土T形截面梁的易损性分析。研究结果表明:基于构件剩余承载力的易损性指标满足了不同破坏模式的需求,其界定标准反映了不同构件的损伤状态;火焰温度、火灾燃烧时间及火焰距受火面的距离3个参数能够很好描述火灾对结构作用的随机性;中心复合试验设计显著减少了复杂的有限元计算;在充分考虑火灾和结构不确定因素的情况下,易损性曲线能较好地反映T形截面梁在不同温度及不同损伤状态下的失效概率;车致火灾作用下预应力混凝土T梁易损性计算方法研究可为其灾前风险评估及灾后性能评估提供依据。     

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.     

非平稳地震作用下顺层边坡动力可靠度分析

针对地震的非平稳性以及顺层边坡结构面力学参数的时变性,提出一种顺层边坡非平稳地震响应及动力可靠度分析方法.首先,运用虚拟激励法及逐步积分法建立顺层边坡动力响应的快速求解方程;根据动力响应计算结果,计算出顺层边坡结构面抗滑力的统计特征值;基于首次穿越破坏准则,建立非平稳地震作用下顺层边坡动力可靠度分析方法.算例分析表明:该顺层边坡非平稳地震响应快速计算方法简便可行,且计算精度较高;动力可靠度分析方法能更真实地反映边坡在地震中的实际安全情况,很好地考虑边坡结构面力学参数的时变性影响.     

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。     

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。     

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.     

地震下高度不等的相邻框架结构碰撞的易损性分析

针对相邻结构在地震下避免碰撞的安全水平亟待量化的问题,提出了相邻结构在地震下发生碰撞的易损性分析方法 .该方法以峰值地面加速度作为地震动强度指标,以相邻结构最大相对位移作为工程需求参数,基于相邻结构的非线性有限元模型开展增量动力分析,分别利用最大似然估计和回归分析,包括单参数线性回归、双参数线性回归和双线性回归,来确定易损性函数的参数.以层高相等的6层和5层相邻钢筋混凝土框架结构为例,对比分析了不同间距下采用不同方法所得地震下发生碰撞的易损性曲线;计算了6层和4层、6层和3层相邻结构的碰撞易损性,分析了不同楼层数与楼层高度对碰撞易损性结果的影响.研究结果表明：当峰值地面加速度较大时,通过双线性回归所得易损性曲线与蒙特卡罗法结果最为接近,且结构间距越大,二者越接近;其他两种回归方法所得易损性偏大,最大似然估计所得易损性最保守;层高不等的6层和5层相邻结构的碰撞易损性最大,层高相等的6层和4层相邻结构次之,表明当相邻结构的周期比和碰撞位置的影响达到平衡时,碰撞易损性最大.