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.     

钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀与疲劳耦合损伤

钢筋混凝土桥梁在运营过程中同时承受环境侵蚀作用和荷载疲劳作用,导致承载力衰变.通过对钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀损伤和疲劳损伤过程的相互影响分析,建立了钢筋锈蚀与疲劳损伤耦合效应下的钢筋截面综合损伤计算模型.对空心板梁的计算分析表明,锈蚀作用造成钢筋疲劳寿命显著减小.因此,钢筋截面综合损伤计算模型可为钢筋混凝土桥梁结构时变承载力评价提供依据.     

基于易损性的RC桥墩复合损伤指标适用性分析

为克服以墩顶位移或控制截面曲率作为损伤参数进行桥墩易损性分析的不足,基于墩顶位移和弹塑性耗能差率构建复合损伤指标,用于桥墩的易损性分析中。为验证此损伤参数的有效性,采用OpenSees建立RC桥墩有限元模型,进行非线性增量动力分析,分别利用复合损伤指标、基于弹塑性耗能差率的损伤指标和基于墩顶位移的损伤指标对比验证,并进行易损性分析。结果表明,复合损伤指标可以同时考虑墩顶位移和滞回耗能的影响,利用复合损伤指标作为损伤指标的拟合效果更好,其标准差的波动范围小,该指标具有适用性和有效性。研究结果为钢筋混凝土桥墩易损性分析提供参考。     

长持时地震动下RC桥墩地震反应分析

钢筋混凝土(RC)桥墩可能遭受长持时地震动的影响,并引起桥墩严重破坏.为揭示长持时地震动下RC桥墩的地震损伤破坏机理,基于OpenSees平台建立考虑混凝土与钢筋材料累积损伤的RC桥墩抗震数值分析模型.根据谱匹配原则筛选长持时地震动以及与之匹配的短持时地震动记录共计100组,对比分析了地震动持时对RC桥墩地震反应的影响,采用云图法进行了不同持时地震动下桥墩易损性分析.结果表明,剪跨比为6时,长持时地震动下桥墩的最大位移角、残余位移角、曲率延性系数分别是短持时地震动下桥墩反应的1.2～1.3倍、1.6～1.7倍和1.5～1.6倍.剪跨比为4时,桥墩最大位移角、残余位移角、曲率延性系数分别为短持时地震动下桥墩反应的1.6～1.7倍、2.3～2.9倍和2.1～2.6倍.PGA相同时,长持时地震动下桥墩不同损伤状态下的超越概率均大于短持时地震动下的损伤超越概率.长持时地震动将引起桥墩更为显著的损伤,在桥梁抗震性能评价中应该考虑地震动持时这一因素的影响.     

混凝土桥梁抗弯承载能力的退化分析

目的研究钢筋锈蚀对混凝土桥梁抗弯承载能力的影响,实现混凝土桥梁抗弯承载能力的时变分析,为混凝土桥梁的全寿命分析与设计奠定基础.方法在实桥设计分析中,将锈蚀率作为基本变量进行混凝土桥梁的抗弯承载能力的时变退化分析,分析过程考虑了普钢钢筋强度、预应力钢筋强度、钢筋与混凝土之间的粘结强度等随锈蚀率的特性变化,从而进一步分析不同锈蚀率、不同位置钢筋锈蚀工况下混凝土桥梁的时变抗弯承载能力.结果分析结果表明,对于预应力混凝土桥梁,预应力钢筋的锈蚀会引起桥梁承载能力的大幅下降,当预应力钢筋锈蚀率为4.2%时,算例T梁桥的抗弯承载能力下降高达16%.结论预应力混凝土桥梁中预应力钢筋的耐久性尤为重要,尤其是最外层预应力钢筋,必须采取措施避免预应力钢筋出现锈蚀情况,确保桥梁结构的安全性能.     

普通大气环境下混凝土桥梁时变抗弯性能

目的研究混凝土桥梁在碳化、钢筋锈蚀等环境因素影响下的时变抗弯性能,促进全寿命设计方法在桥梁设计实践中的应用.方法通过实验研究结构受力状态对混凝土碳化的影响,根据已有研究成果分析钢筋锈蚀、钢筋强度退化、粘结强度退化等影响因素,并进一步对混凝土保护层锈胀剥落破坏进行数值仿真研究,在此基础上提出普通大气环境下混凝土桥梁时变抗弯性能的分析方法.结果利用提出的分析方法对实桥进行了计算分析,结果表明在各种退化因素影响下,桥梁的性能逐年退化,预应力钢筋开始锈蚀后,退化速率明显加快.结论各种退化因素对桥梁性能的影响不容忽视,在桥梁的设计实践中引入时变性能分析更为科学合理.     

基于双地震动强度指标的桥墩地震易损性模型研究

基于双地震动强度指标,开展典型桥墩的地震易损性模型研究.采用Open Sees软件建立桥墩的有限元分析模型,通过增量动力分析方法计算得到桥墩的地震响应.根据受试者工作特性分析方法对地震动强度指标进行评价,选择出有效性较好的地震动强度指标组合,基于线性组合的方法分别建立双地震动强度指标桥墩易损性模型,并和单地震动强度指标模型进行对比.结果表明:双地震动强度指标的有效性普遍优于单一地震动强度指标;桥墩发生相同损伤状态时,基于双地震动强度指标建立的易损性曲面的中位值小于基于单一地震动强度指标得到的中位值.研究结果可为桥梁结构的后续风险评估及加固决策提供参考.     

锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震能力评估

为了探究钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震能力的影响,在考虑锈蚀对桥墩纵筋、核心混凝土以及保护层混凝土影响的基础上,提出了锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震能力的数值模拟方法,并通过已有试验验证了该模拟方法的可靠性.基于Open Sees平台建立了锈蚀钢筋混凝土桥墩有限元模型,针对仅纵筋锈蚀、仅箍筋锈蚀以及纵筋、箍筋均锈蚀这3种工况,采用Pushover方法计算了钢筋混凝土桥墩的抗震能力,研究了钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震能力的影响,并对纵筋、箍筋均锈蚀工况下的混凝土桥墩抗震能力进行了评估.结果表明:纵筋锈蚀主要影响钢筋混凝土桥墩的极限承载力,箍筋锈蚀则主要影响钢筋混凝土桥墩的延性能力,纵筋、箍筋均锈蚀对钢筋混凝土桥墩的抗震能力影响最大;钢筋锈蚀率越高、地震烈度越大,则混凝土桥墩损伤越严重.     

海洋环境下钢骨混凝土桥墩时变抗震性能分析

借助有限差分法确定考虑多重环境因素影响的钢骨混凝土桥墩内置钢材初始锈蚀时间,基于海蚀环境中纵筋截面面积和屈服强度时变退化公式,建立钢骨混凝土桥墩内部型钢力学性能劣化表征方法,基于OpenSees软件建立考虑腐蚀损伤的钢骨混凝土桥墩全服役期内有限元纤维模型。通过滞回分析及延性分析,了解和掌握全寿命服役过程中钢骨混凝土桥墩的腐蚀损伤和性能劣化机制,探究腐蚀现象对于耗能能力、延性、强度和峰值位移反应的影响规律。结果表明:保护层厚度显著影响锈蚀初始发生时间,型钢腹板性能退化程度对构件性能的影响程度远远小于翼缘。翼缘锈蚀开始后,桥墩抗震性能出现明显的退化现象。     

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.     

近场地震作用下锈蚀钢筋混凝土桥墩的IDA分析

利用锈蚀钢筋混凝土柱的滞回试验结果,验证钢筋混凝土构件中锈蚀模型的正确性;利用钢筋混凝土框架的振动台试验结果,验证用OPENSEES程序进行钢筋混凝土结构非线性动力分析的可行性.在此基础上,从PEER地震数据库中选取了30条地震记录,采用OPENSEES建立弹塑性有限元动力分析模型,对钢筋锈蚀的钢筋混凝土桥墩在远场地震、近场非脉冲地震和近场脉冲地震作用下的性能进行非线性时程分析,研究桥墩柱在三类地震作用下的反应,以及钢筋锈蚀对结构地震响应的影响.针对近场脉冲地震对结构进行增量动力分析(Incremental dynamic analysis,IDA),得到结构的IDA曲线和近场地震作用下钢筋锈蚀对结构抗震性能的影响.分析结果表明,在考虑钢筋锈蚀因素时,近场脉冲地震对结构抗震性能影响最为显著,在结构抗震设计中应引起注意.     

基于RSAPS平台的钢筋混凝土墩柱损伤分析

基于结构精细化模拟分析平台RSAPS,开发了柔度法纤维梁柱单元模型,并将混凝土单轴损伤本构模型开发到RSAPS材料库中,同时通过引入截面单元模型,结合钢筋应力-滑移关系模型并考虑钢筋黏结滑移效应,建立了钢筋混凝土墩柱构件的损伤分析方法.应用RSAPS平台分别对钢筋混凝土柱的拟静力试验和桥墩的振动台试验进行模拟分析.结果表明,RSAPS平台可有效模拟钢筋混凝土构件损伤演化过程,描述构件的薄弱部位,且具有较高计算效率,从而为桥梁结构地震灾变过程模拟提供了实用的分析手段.     

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.     

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、...     

寿命期内钢筋混凝土连续梁体系可靠度分析

建立了一种基于概率和有限元的寿命期内钢筋混凝土桥梁性能演变分析方法.在重点解决材料力学性能退化、截面面积削弱以及结构整体力学性能演变等问题数值模拟方法的基础上编写了耐久性分析程序CBDAS;根据现有研究成果建议了结构性能演变分析中出现的主要随机变量的统计参数;结合CBDAS和Monte-Carlo模拟建立了钢筋混凝土桥梁时变体系可靠度分析方法.最后,以一座钢筋混凝土连续梁为对象,利用时变体系可靠度研究其在氯离子侵蚀作用下寿命期内的结构性能演变规律.     

耐久性最弱截面的确定方法研究

考虑到构件耐久性损伤对桥梁承载能力的影响，引入了耐久性最弱截面的概念，并以混凝土缺损、混凝土碳化、裂缝、混凝土强度和钢筋锈蚀等五个方面作为衡量耐久性损伤的影响因素，尝试采用层次分析法确定耐久性最弱截面的计算方法．并以一实桥拆除构件为例，验证了该方法的可行性，     

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.     

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.     

钢筋锈蚀后砼耐久性的模糊可靠度分析

基于钢筋锈蚀引起砼开裂机理,考虑钢筋锈胀引起砼结构失效具有明显的模糊性,将模糊概率的数学模型引入锈蚀砼结构的可靠度分析中.对砼因钢筋锈胀开裂引起的耐久性失效进行模糊可靠度分析,建立钢筋锈蚀后耐久性模糊可靠度分析模型.通过算例证明,该方法符合实际情况,可用于工程实践.     

海冰对单柱式桥墩非线性地震反应的影响

用简化的附加水质量模型考虑动水压力对桥墩的影响,用动冰力模型考虑冰与桥墩的相互作用,建立了冰水域单柱式桥墩地震反应的动力计算模型,并利用时程分析法研究了在不同类型地震作用下海冰对桥墩非线性地震反应的影响.桥墩的最不利反应一般发生在海冰质量为5×106～5×107kg,可作为桥墩设计时的海冰质量;且墩底截面出现最大曲率时对应的海冰质量随着水深的增大而变大.有冰时墩底截面曲率延性需求系数、墩顶最大位移和墩顶残余位移比无冰时增大数倍,墩底截面弯矩–曲率滞回曲线呈倒"S"型更显著,桥墩的变形和耗能能力显著下降.同时,与近场地震波作用时相比,远场地震波作用下海冰对单柱式桥墩顶部最大位移和残余位移的影响更大.