钢筋混凝土桥梁地震易损性分析方法

总结了地震作用下钢筋混凝土桥梁主要构件的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,并且应该考虑到地面运动、本地土壤条件以及桥梁本身参数等不确定性。进一步说明如何考虑桥梁主要易损构件如桥墩、支座和桥台等对整个桥梁体系易损性的影响,并且利用概率工具从单个构件的易损性直接预计桥梁体系的易损性,表明桥梁作为一个体系比任何一个单独的构件更易损。     

基于非参数核密度估计的桥梁结构地震易损性分析

针对桥梁结构构件常用地震易损性分析方法的不足,提出桥梁构件地震易损性分析的核密度估计方法。基于结构地震易损性条件概率的基本定义,重新定义易损性函数,采用概率统计中的非参数估计的核密度估计思想,实现地震动和抗震需求的联合概率密度分布函数、地震动边缘分布概率密度函数的估计,据此构建桥梁结构构件地震易损性的核密度估计算法。用Bootstrap重抽样方法验证所提易损性算法的正确性和可靠性。以一座刚构-连续组合体系桥梁为例,结合桥梁结构抗震设计规范,构建基于OpenSees软件平台的有限元模型,考虑结构参数不确定性和地震动的不确定性,基于增量动力分析和核密度估计,分析桥梁构件的地震易损性。同时分别用结构易损性分析参数估计的最大似然估计法和概率地震需求分析法、非参数估计的蒙特卡罗法计算结构地震易损性曲线,对比讨论4种结构地震易损性分析方法的结果,验证所提方法的正确性和可靠性。研究结果表明:相同计算精度条件下,所提桥梁结构地震易损性分析的核密度估计方法具有较好的计算效率,可用于桥梁结构构件的地震易损性分析中。     

基于改进条件边缘乘积法的桥梁系统地震易损性分析方法

桥梁结构是由多种不同类型的构件按照一定的逻辑关系构成的结构系统。既有桥梁易损性分析中,通常基于构件的易损性曲线来评价整个桥梁系统的抗震性能。实际运营中的桥梁,在地震作用下,不同构件间相互影响,发生组合破坏将会增加桥梁系统整体失效概率。因此,将桥梁结构作为整体进行易损性分析能够更好地评估实际工程的抗震性能,弥补了既有分析方法的不足。以一座三跨预应力混凝土连续T梁桥为易损性分析对象,结合桥墩和支座两类构件的地震破坏,分别采用界限估计法、改进的条件边缘乘积法建立了算例桥梁系统易损性曲线。结果表明:界限估计法易受各失效模式排列顺序和相关性的影响,稳定性较差;改进的条件边缘乘积法,作为结构系统失效概率的一种近似求解法,解决了在多个失效模式并存下,结构系统可靠度问题中多维标准正态累计分布函数近似求解问题。后者计算精度较高,易于实现,适用于失效模式较多的复杂桥梁系统,具有一定的工程使用价值,为桥梁系统地震易损分析提供了借鉴参考。     

基于均匀设计响应面法的桥梁地震易损性分析

针对桥梁地震易损性分析中计算量偏大的研究现状,首先,以一座多跨连续梁桥为研究对象,综合考虑材料、结构和地震动的不确定性,提出了一种基于均匀设计和响应面法的地震易损性分析方法。基于Open Sees建立了算例桥梁非线性有限元模型。然后,考虑桥墩和支座等桥梁构件的损伤,定义桥墩和支座在不同损伤状态下的损伤指标,建立了桥梁构件和桥梁系统地震易损性曲线。最后,为验证本研究方法在桥梁地震易损性分析中的适用性和有效性,分别通过本研究方法、蒙特卡罗、正交设计和中心复合设计的响应面法对算例桥梁进行地震易损性分析,分别从抽样次数、计算耗时、响应面模型精度和易损性曲线等方面,对4种方法进行了比较。研究结果表明:在易损性曲线方面,本研究方法与基于蒙特卡罗的响应面法的偏差约为3%;在抽样次数、有限元计算耗时方面,本研究方法分别比基于蒙特卡罗、中心复合设计和正交设计的响应面法减少了99.70%,58.49%,8.70%;本研究方法建立的结构响应面模型与基于中心复合设计和正交设计的响应面法相比,其精度分别提高了12%和5%。     

两水准地震设防下的斜拉桥体系易损性分析

针对中国规范所定义的E1,E2地震下的结构性能进行的地震易损性研究尚不充分问题,提出两水准地震作用下结构性能的概率评估方法,推导了设计地震下地震风险的理论公式,并以特大跨斜拉桥为例来阐述该方法,建立考虑多种非线性效应的斜拉桥有限元模型,斜拉桥关键构件(桥塔、桥台、支座、阻尼器)和结构体系的概率需求地震模型以及地震易损性方程;拟合所在场地的地震危险性曲线方程,得到不同重现期地震下构件和体系的损伤概率;计算E1,E2两水准地震下的构件损伤概率,以多个构件的性能水平为目标,基于蒙特卡洛模拟抽样方法得到桥梁的体系易损性曲线,计算体系地震风险;基于提出的两水准地震设防下的斜拉桥体系易损性分析方法,进一步比较了使用阻尼器加固前后斜拉桥在E1和E2两水准地震下的体系易损性。结果表明:安装阻尼器以后斜拉桥在设计地震作用下的各个关键构件以及结构体系的损伤概率大大降低;表明两水准地震设防下的斜拉桥体系易损性分析方法可以为斜拉桥概率性抗震设计及加固提供实践方法。     

中小跨径混凝土连续梁桥地震易损性研究

以国内常见的中小跨径混凝土连续梁桥为对象,考虑了桥墩、板式橡胶支座构件损伤,对桥梁系统进行了地震易损性分析。在桥梁易损性分析中,使用了超拉丁方抽样技术形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库中选取了大量地震波作为地震动输入样本,以桥墩漂移率、支座相对变形作为损伤指标,并对损伤指标予以了量化。在计算得到桥梁构件易损性曲线的基础上,使用一阶可靠度理论形成了桥梁系统易损性曲线的上下界限,并得出了桥梁不同损伤状态对应的具有统计意义的中位值地震动强度。研究结果对于在役的同类型桥梁抗震加固设计及地震灾害损失评估提供了理论依据。     

近断层多脉冲地震作用下桥梁墩柱地震风险分析

桥梁墩柱是桥梁结构中的关键构件,为研究近断层多脉冲地震动对桥梁墩柱地震风险的影响,采用场地地震危险性、结构地震易损性和结构震后损失3项参数进行综合评估,以PGA为地震动强度指标,分析某8度设防场地的地震年均发生概率,利用OpenSees建立某桥梁墩柱有限元模型并给出其结构的易损性曲线,结合损失比得到桥梁墩柱结构的年均预期损失比分布对比曲线和年均预期损失比。结果表明:随着地震动强度的增大,其对应的年均发生概率反而减小,在小于0.3g范围内的年均地震动发生概率最大;能量最强方向地震时程对应易损性曲线的上限,水平最强方向上的显著小波分量不适合分析桥梁墩柱结构的地震风险,水平单向地震动低估了墩柱的年均预期损失比;对于桥梁墩柱的地震风险而言,能量最强方向上的地震时程对应着桥梁墩柱地震风险的最不利情况。     

基于易损性的桥梁地震经济损失评估

评估地震经济损失是地震风险分析的重要组成部分,也是地震易损性分析结果的重要延展内容。为了评价桥梁结构地震经济损失,基于地震易损性曲线提出了结构地震损失率曲线的计算和绘制方法。以某典型高速铁路连续梁桥为例,采用IDA方法(增量动力分析法),选取20条天然地震波进行动力时程分析,绘制易损性曲线。由易损性曲线得出某一地震动强度下各种破坏的概率,进而绘制地震损失率曲线。     

基于给定结构寿命的混凝土系杆拱桥设计及养护策略研究

针对混凝土系杆拱桥的病害及养护策略问题,从给定结构寿命的设计及养护的理念出发,提出根据系杆拱桥各构件的等级与易损性分析结果,寻找出结构中既关键又易损的构件,在桥梁设计及养护排序选择时,优先及重点关注这些构件,实现针对性的养护,同时在安全性和经济性之间进行权衡,从而达到降低维护成本,有效地延长桥梁使用寿命的目的。     

混凝土简支桥梁的体系延性与可靠度研究

目前对于桥梁结构的单梁在各类荷载作用下可靠度研究很多,但其很少涉及桥梁结构体系的整体可靠度问题,而单个桥梁构件的失效并不一定使得整个桥梁结构发生整体破坏。通过建立有限元模型并将其与基本的可靠度理论相结合,讨论和计算结构系统承载力的延性,从而建立一套可以考虑体系延性的可靠度计算方法。研究发现,仅仅考虑单梁失效的构件可靠度与实际体系的可靠度会有很大区别,进行可靠度分析时应进行体系分析,能够更为准确地评估桥梁结构的性能。     

中山一桥桥面系的方案选择

桥面系的方案选择是关系到整座桥的造价以及受力性能的重要因素,广州市中山一桥在进行桥面设计时采用了两个方案,一个是钢-混凝土结合梁体系,另一个是钢箱体系。通过对两种方案的截面几何尺寸、构件内力、挠度和变形曲线、自振周期和振型这几个方面的分析比较,得到它们之间的受力性能异同,结合中山一桥的具体特点和这两种方案下受力性能间的分析比较,最终选定桥面系的方案为钢箱体系。这种体系具有桥面系轻,各主要构件的内力小,桥面的挠度值小,施工速度快的特点,尤其适合于要求施工工期短的城市桥梁,将钢箱体系应用于中山一桥中取得了很好的综合经济效益。通过对中山一桥桥面系方案选择的探讨,旨在为类似桥梁桥面系方案的选择提供参考。     

大跨度悬索桥非线性地震反应响应规律探讨

以简支单跨体系的润扬悬索桥和双塔双跨的舟山西侯门大桥为工程背景,建立了非线性动力分析有限元模型。以悬索桥的主要承重构件主缆与主塔的响应为研究对象,选取四类场地共31条地震波对不同类型悬索桥进行非线性地震反应分析。分析表明,悬索桥桥塔在不同地震作用下的位移曲线以及弯矩响应具有良好的一致性,与悬索桥桥型、地震震级无关;地震波中的长周期成分对具有长周期特性的悬索桥的结构响应有重要的影响;主缆动轴力比其恒载轴力小一个数量级,在结构的简化模型中可考虑忽略。     

某桁式组合拱桥新拱脚结点局部应力分析

桁式组合拱桥的新拱脚支撑着中部桁架拱,新拱脚结点构造和受力复杂.以某桁式组合拱桥为例,借助通用有限元程序ANSYS,建立其新拱脚结点局部三维有限元模型,通过提取新拱脚结点处各杆件断面轴向应力沿各条路径的变化图,分析该部位的应力分布特征.分析结果表明:在最不利荷载组合工况下,新拱脚截面上缘、新拱脚处各杆件与新拱脚连接处以及各杆件间连接的圆弧段拉应力均较大,这些位置都容易出现横向裂缝.理论分析结果与实桥病害情况吻合.提出新拱脚结点局部设计的改进思路和方向.     

基于性能的大跨径斜拉桥 H 形桥塔纵向地震易损性分析

我国许多地区都处于板壳活跃地带,近年来,由于板壳活动的加剧遭受了多次不同程度的地震灾害,给人民带来了较大的生命财产损失。在地震作用下,作为斜拉桥主要受力构件的主塔若发生损伤,将使斜拉桥整体损伤风险明显提高。因此,以某斜拉桥为工程实例,通过SAP2000有限元分析软件,基于性能抗震设计理论学科知识,利用IDA时程分析结果,根据能力需求比模型法绘制出斜拉桥主塔各关键截面的地震易损性曲线,然后对斜拉桥主塔进行地震易损性分析。结果表明：纵桥向地震作用下,主塔的中塔底截面为易损截面。     

桥梁上部结构的加固维修方法综述

对存在各种病害的公路桥梁进行加固维修具有明显的经济效益和社会效益,本文综合论述了国内钢筋混凝土桥梁上部结构的各种常见加固维修方法,这些方法包括:增大截面法、粘贴加固法、体外预应力加固法、增加辅助构件加固法和体系转换法等,同时阐述了各种加固方法的特点和适用范围,并对它们的优、缺点进行分析。为钢筋混凝土桥梁上部结构的加固和维修提供参考。     

有限元确定沟谷岸坡桥基位置的应用

高陡边坡桥基位置的确定,应遵循桥基荷载对地质体扰动最小的设计原则,即沟谷临空面最大应力影响系数趋于稳定时的桥基位置为最合理位置:先用有限元法计算桥梁布设前后边坡的应力场,求出桥基荷载作用下的应力影响系数,再计算沟谷临空面最大应力影响系数随桥基位置的变化曲线,当曲线趋于稳定时的桥基位置为最合理。通过FLG特大桥实例分析表明,计算结果与该区其他桥梁桥基位置的选择较吻合,验证了基于应力分析法确定高陡边坡的桥基水平安全距离是可行的。     

某高速公路K112+500～K119+500段线路优化设计

通过对某高速公路K112＋500-K119＋500长达7km的线路设计情况的深入分析,提出了改线优化设计方案,由原设计的4座大桥、1座中桥、4座隧道及3．1km路基、2次跨越河流和国道、“三左两右”5段平曲线,优化为2座大桥、3座隧道及1．0km路基、“一左一右”2段平曲线、避开国道和河流,路线长度减少1．0km。隧道增长1711．5双延米,桥梁缩短1079双延米,路基缩短约1．6km。然后从技术、环保、经济、工期及运营方面进行了详细论述,技术上将“曲线取直”,并满足纵坡要求;环保上以“隧代路桥”,减少占用农田20．5hm^2;经济上降低工程造价1650．6万元;降低了施工难度和施工干扰,工期可缩短;隧道长度虽略有增加,但线路长度减短、线形更好,利于运营。     

薄壁箱梁应力实测与计算方法差异性分析

箱梁分析常采用空间分析和平面杆系分析2种方法。以陕西杏沟桥为例,将空间分析、平面杆系分析与荷载试验得到的结果进行对比分析,提出采用有限元计算剪力滞效应和偏载效应的具体方法,对不同的计算方法给桥梁设计和安全性评估带来的影响进行阐述,为桥梁设计和安全性评估提供一定的参考意见。     

曲线桥的空间地震响应分析

对于山区桥梁来说,由于地形的限制,桥梁一般位于平、竖曲线上。这种桥梁的地震响应有着其自身的特点。梁桥仍然是公路建设的主要桥型。用自编的梁桥地震响应分析程序,对此类桥梁进行了计算和分析,总结了此类桥梁的地震响应特点,提出了抗震设计的一些建议。