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。     

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。     

沉管隧道纵向地震易损性分析方法

目前沉管隧道抗震性能设计仅限于横断面分析,缺乏面向沉管隧道纵向抗震性能评估的地震易损性分析方法。为此,建立沉管隧道纵向地震易损性分析方法及评估指标。首先,合理考虑沉管隧道结构特征及接头构造,给出了纵向地震易损性分析模型,其中沉管管节结构采用宏观梁单元模拟,沉管接头采用细观精细化模型模拟,宏-细观模型之间需满足连续性约束方程,地层采用非线性弹簧单元模拟,并通过等效线性化方法来描述地层的非线性特征;其次,根据隧道所处场地的地震动特征选择合适的地震动输入,以及相应的地震动强度指标和结构损伤指标,建立基于增量动力分析的纵向地震易损性评估方法及分析流程,可以依据沉管隧道的不同极限状态定义获得用于纵向抗震性能评估的易损性曲线;最后,以某沉管隧道为应用实例,基于该方法建立了沉管隧道纵向地震易损性分析模型及评估指标,通过计算分析得到了表征隧道纵向抗震性能的地震易损性曲线,并开展多因素分析进而揭示了管节分段长度、地震动输入方向、地层-结构相对刚度比等关键参数的影响规律。结果表明：沉管隧道所处场地位置处的峰值速度是反映隧道纵向地震易损性特征的最优地震动强度参数;沉管隧道地震易损性与输入地震动波长有关,且管节长度与地震波长相近时地震易损性较小;随着地震动输入方向与隧道轴向夹角的增加,沉管隧道地震易损性逐渐减小,而垂直90°输入时相比水平0°输入最大降幅可达76%;地层-结构相对刚度比对沉管隧道纵向地震易损性影响显著,且随地层-结构刚度比的减小而逐渐增大。所提方法可为沉管隧道纵向抗震性能评估及地震风险分析提供科学依据。     

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。     

桥梁复合随机地震易损性分析方法研究及应用

影响桥梁地震安全的不仅是地震强度,还包括桥梁结构材料强度、结构尺寸,以及其离散分布特征等,这些因素也不是唯一确定的,而是随机的。传统的桥梁地震易损性分析方法已无法满足要求,需要充分考虑地震、材料等因素的随机性。为了更加全面而充分地确定在多种不确定因素综合影响下,桥梁结构的地震易损性分布及影响规律,采用全概率方法进行桥梁地震易损性分析。针对目前结构地震易损性分析方法的不足,引入人工神经网络和蒙特卡罗技术,采用动量增量分析方法和推倒分析方法,同时考虑了桥梁结构参数的随机性和地震动输入的随机性,提出了桥梁复合随机地震易损性分析方法。主要分析步骤为:首先,分别对随机桥梁结构的抗力和随机地震响应进行特征统计,在此基础上,再应用蒙特卡罗和神经网络技术对桥梁结构在不同损伤状态下的超越概率进行统计,绘制桥梁结构复合地震易损性曲线。复合随机地震易损性分析方法从全概率的角度比较全面地反映了桥梁结构的地震易损性,并具有以下特点:(1)采用神经网络仿真结构随机性的非线性分析,大大提高了计算效率;(2)采用充足地震波进行动量增量分析,从而考虑了地震强度的随机性;(3)采用蒙特卡罗随机抽样分析方法,避免了求解析解的困难。     

近场地震作用下大跨高墩连续刚构桥易损性分析

近场地震作用对于大跨高墩连续刚构桥的破坏性更强。该文以某新建大跨高墩连续刚构桥为依托,考虑近场地震动下桥梁的地震需求概率,运用OpenSees对该连续刚构桥进行时程分析,通过云图法获得桥梁结构在近场地震下的响应,基于结构的曲率需求概率模型对桥梁进行易损性分析。结果表明：大跨高墩连续刚构桥在PGA较低时结构曲率需求概率响应集中,在较大PGA作用下结构的曲率需求概率降低。在近场的罕遇与特罕遇地震作用下,桥墩出现严重损伤和完全破坏的概率几乎为零,桥梁结构在设防场地下能达到中震可修、大震不倒的要求。     

跨断层桥梁地震响应特性研究

为了解跨断层桥梁地震响应规律,为桥梁抗震设计与研究提供参考,以一座跨越走滑断层梁桥为研究对象,利用混合模拟法合成了跨断层桥梁地面运动时程,基于地震动位移输入模型,采用非线性时程分析法计算了该桥的结构地震响应,并从内力和位移响应方面与对应近断层桥梁进行了对比分析。结果表明:跨断层梁桥的桥墩承受较大扭矩;在断层错动方向,断层两侧主梁、支座及桥墩的内力、位移响应方向相反,地震动结束后,存在显著的残余内力和位移,具有较大的结构破坏风险。建议设计时应基于跨断层桥梁的地震响应特性,进行针对性的抗震设防,以减轻或避免结构破坏带来的不利影响。     

近场地震作用下桥梁结构动力响应研究进展

针对当前近场地震动特性和桥梁近场地震动响应方面的研究进展，从近场地震动强度指标、地震动拟合、地震动反应谱特征3个方面综述了近场地震动特性的研究现状，并梳理了梁式桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等不同结构型式的桥梁在近场地震作用下的动力响应特性研究进展，论述和比较了相关研究方法，总结归纳了现有近场地震作用下桥梁结构动力响应在今后有待进一步深入研究的若干问题及发展方向。     

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。     

基于一类桥梁样本的混凝土简支桥梁地震易损性分析方法

基于一类简支桥梁样本进行地震易损性分析,通过非线性时程分析得到构件响应,建立概率需求模型。采用定义的损伤状态函数计算构件的易损性曲线,并通过各个构件连接方式的串联假定,计算得到桥梁体系的易损性曲线。分析可知,桥台是最易损的部位,如果各个构件相互独立,体系易损性曲线与最易损构件的易损性曲线相差无几。     

黑水河特大桥工程场地地震安全性研究

针对白鹤滩水电站黑水河大桥改造工程现场进行了地震安全评价。内容包括区域地震构造与区域地震构造背景研究;确定地震带和潜在震源区大小的分布函数;确定潜在震源区对场地基岩地震加速度峰值的贡献概率,给出不同超越概率的地震动加速度的峰值和反应谱;在拟合基岩谱后,得到了场地设计的地震动参数,设计并合成了地面运动的时程曲线。研究成果为桥梁工程的抗震设计和分析提供了科学依据。     

考虑失效准则模糊性的近海V腿连续梁桥时变地震易损性研究

为了研究在氯离子侵蚀作用下桥梁结构地震易损性,既往的研究方法大多是在考虑了氯离子腐蚀引起的材料退化后,明确定义了结构在服役过程中不同时间点的损伤状态准则,而忽略了结构损伤边界的模糊性。鉴于此,提出了一种考虑失效准则模糊性的桥梁结构时变地震易损性分析方法。以某近海V腿连续梁桥为例,首先分析了近海环境中氯离子对钢筋混凝土结构侵蚀过程,利用菲克第二定律,同时结合Monte Carlo法,得到了钢筋和混凝土材料性能时变退化规律;然后采用OpenSees程序建立算例桥梁弹塑性动力分析模型,通过非线性时程分析,得到桥梁构件在不同年份的概率地震需求模型;最后引入模糊数学理论,建立了基于隶属函数的桥梁时变地震易损性分析方法,得到了考虑桥梁构件损伤模糊性的时变地震易损性曲线。研究结果表明:应用菲克第二定律,可以得到钢筋混凝土结构材料在氯离子腐蚀下的性能随着服役时间的延长而明显退化规律;在时变地震易损性分析中,通过引入模糊数学理论,可以更加准确地反映近海桥梁的损伤过程;模糊区间范围的大小对于结构在地震作用下的失效概率的影响显著,在应用中,应根据实际工程需求来确定模糊区间大小,以确保桥梁结构安全。     

基于IDA-PSDA的路堤震害易损性评价

为了研究路堤在地震作用下的易损性特点和挡土墙对路堤震害易损性的影响,选取连云港—霍尔果斯高速公路西安—宝鸡段K1125+470处路堤进行理论性震害易损性评价。通过划分路堤震害等级,选取路堤震害损伤参数,建立了路堤震害等级与路堤震害损伤参数之间的对应关系;采用Flac软件建立了无挡土墙和有挡土墙路堤的有限差分模型,选取实际记录地震动进行了增量动力分析,明确了一定地震动峰值加速度作用下无挡土墙和有挡土墙路堤震害损伤参数的取值规律;采用概率性地震需求分析方法研究了路堤发生各等级震害的概率,绘制了路堤震害易损性曲线,并将无挡土墙和有挡土墙路堤的震害易损性评价结果进行对比。研究结果表明:地震动峰值加速度为1.2g时,无挡土墙和有挡土墙路堤发生毁坏的概率比地震动峰值加速度为1.0g时平均高16.854%和76.679%,比地震动峰值加速度为0.8g时平均高95.895%和88.008%,即无论有无挡土墙,地震动峰值加速度越大,路堤发生更严重等级震害的概率越大;超越概率为30%、50%和80%时,有挡土墙路堤发生毁坏时对应的地震动峰值加速度比无挡土墙路堤平均高17.93%、18.14%和18.34%,即在相同地震作用下,有挡土墙路堤的震害状况低于无挡土墙路堤,说明挡土墙对提高路堤抗震性能具有积极作用。     

大跨连续刚构桥施工期间地震风险分析

根据以往地震后桥梁震害调查情况及连续刚构桥的施工特点,给出了施工期间不同等级地震作用下可能发生的风险事件。依据桥梁的抗震设防要求、施工特点以及结构性能,推断出地震发生的概率及其等级。针对施工期间地震发生时可能造成的损失,从经济损失、人员伤亡、工期延误、环境影响四个方面进行了考虑。然后根据风险发生概率及其对应的损失确定风险级别,并做出相应的决策。最后,应用所建立的分析方法对北山连续刚构桥进行了施工期间地震风险的分析和评价。     

不同破坏模式桥墩地震易损性及震后剩余承载力评估

震后桥梁通行能力预测与评估是抢险救援工作顺利进行的技术需求。桥墩是桥梁结构中重要的承载构件,地震作用下易发生损坏,由于设计参数的不同,将呈现弯曲破坏、弯剪破坏等不同破坏模式。应用理论易损性曲线法,以位移延性比来定义损伤指标,确定地震作用下桥墩弯曲破坏和弯剪破坏两种破坏模式的损伤程度判断标准,得到易损性曲线。为了分析桥梁震后通行能力,引入竖向承载能力折减系数作为损伤指标,对不同等级地震动作用下竖向承载能力的折减进行分析,并回归得到该损伤指标与地面震动加速度的函数关系。分析结果显示,相比弯曲破坏模式,桥墩在地震作用下发生弯剪破坏时达到中等破坏和完全破坏状态的概率随着地面震动加速度的增大而急剧增加。在弯剪破坏模式下,桥墩竖向剩余承载能力随着地面震动加速度的增加而下降的幅度也更大。需要在桥墩设计中合理选择参数避免弯剪破坏的发生。     

大跨度悬索桥地震行波效应分析

大跨度悬索桥由于各墩柱基础所处地质条件的差异,不同墩柱间的地震动输入存在时间差,结构考虑了行波效应的地震响应可能与一致激励得到的不同。为了研究大跨度悬索桥的行波效应,以某长江大桥为研究对象,分别采用一致激励和非一致激励地震动时程输入,分析结果表明,在不同视波速时结构内力变化不太显著,但对梁端纵向位移较为敏感,相比在一致激励作用下,考虑了行波效应的结构地震响应较小。     

地震作用下曲线匝道桥梁伸缩缝碰撞响应

针对曲线匝道桥梁的伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托一座多层互通式立交体系中的单支带伸缩缝曲线匝道桥工程,用Kelvin接触单元模拟桥墩两联间伸缩缝和桥台处伸缩缝在地震作用下的碰撞效应.文章建立了包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的全桥空间动力模型,利用非线性时程分析法,针对2个计算模型,分别输入多种地震动工况,对比分析曲线匝道桥...     

大跨三塔斜拉桥非线性地震响应分析

为评定某大跨三塔斜拉桥的抗震性能,文章对该结构开展非线性地震响应分析。根据场地类型选取El Centro地震波、Chi-Chi地震波并进行调整,并于桥址处人工合成地震波一起作为结构地震动输入,考虑结构非线性以及边界非线性,采用Newmark-β逐步数值积分方法进行桥梁结构非线性时程分析,得到不同地震波激励下,结构位移及内力响应。     

抗震加固对简支旧桥地震易损性的影响

我国早期建设的简支梁桥大多未进行抗震设计,对其进行抗震加固(如钢套管、碳纤维布、铅芯橡胶支座等)可减轻其震害。通过对加固前后的桥梁进行地震易损性分析,可以评价不同的抗震加固方法。首先参考桥梁抗震加固规范,对几种常见的抗震加固桥梁(如钢套管、碳纤维布等)进行建模;再采用增量动力分析(IDA)方法绘制加固前后的桥梁易损性曲线,定性对比分析得出:对墩柱进行加固会增加支座破坏概率;铅芯橡胶支座可大幅降低构件和结构的易损性;碳纤维加铅芯支座的组合加固方案可以最大程度降低桥梁结构的易损性,在不考虑经济条件的情况下为最优抗震加固方案。     

基于修正反应谱高墩连续刚构桥地震响应研究

在长周期地震动低频成分的作用下,桥梁会产生剧烈的地震反应。结构在进行反应谱分析时,相关规范中反应谱并未特别考虑长周期地震动这一重要因素。通过比较发现,按规范计算的相对位移反应谱在长周期段位移随自振周期线性增加,与实际地震动记录的变化趋势和统计特征差异明显,说明按规范计算的反应谱出现严重失真现象。该文选取考虑长周期地震动因素共612条各类场地的地震记录进行统计分析,提出衰减指数线性变化的修正方法,对规范设计反应谱进行合理修正,并确定了修正反应谱公式的相关参数。通过建立某高墩连续刚构桥CSiBridge动力有限元模型对修正反应谱进行验证,在E2地震作用和考虑三向地震作用下,该文分别对桥梁进行规范反应谱、修正反应谱分析和普通地震动、长周期地震动时程分析,比较结构的位移和内力响应结果,验证考虑长周期地震动因素的修正反应谱比规范反应谱更加合理安全,可为实际桥梁的抗震设计提供参考依据。