钢筋混凝土圆形空心高墩地震易损性分析

研究目的:截面形式对桥墩的力学性能有很大影响,中空截面的混凝土铁路桥梁的高墩有明显的优越性,然而目前对圆形中空高墩的抗震性能研究有侍进一步深入。本文以圆形空心高墩控制截面的材料发生损伤时所对应的截面曲率为损伤指标,采用增量动力分析方法,研究了圆形空心高墩的抗震性能。研究结论:分析结果表明:(1)圆形空心高墩在地震作用下,墩底、墩身中部、墩顶都是容易发生损伤的部位,但墩底比墩身中部和墩顶发生损伤的概率更大;(2)圆形空心高墩各个截面发生完全损伤的概率较小,说明圆形空心高墩的抗震性能优异;(3)圆形空心高墩地震易损性分析可为实际工程中高墩铁路桥梁的抗震性能研究提供理论依据。     

渝昆高铁典型连续梁桥地震易损性分析

为评估渝昆高铁典型三跨连续梁桥的抗震性能,基于概率地震需求分析方法对该桥进行理论地震易损性分析。选取渝昆高铁沿线实测地震动记录作为地震输入,考虑桥梁参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法生成桥梁有限元模型样本库。基于增量动力时程分析方法,通过对桥梁样本库进行非线性时程分析,获得了各构件地震响应峰值,通过峰值响应与地震动峰值加速度的线性回归分析建立构件地震需求模型。进一步对比研究安装普通球型钢支座与双曲面球型减隔震支座桥梁的地震易损性曲线。研究结果表明:减隔震支座可有效降低制动墩易损概率,优化墩高不等的非规则桥梁结构的抗震性能。其研究方法与结论可为非规则连续梁桥抗震设计提供参考。     

约束条件对山区高墩桥梁地震易损性的影响

以一座高墩大跨连续刚构桥为原型,利用OpenSEES平台建立桥梁结构的弹塑性动力分析模型,并基于"谱兼容"的方法从PEER数据库中选择20条地震记录,对比分析在不同约束条件下一致激励和多点激励对桥梁结构易损性的影响。结果表明:墩-梁固结可以对桥墩的过度变形产生限制作用,从而使得强震作用下桥墩具有更好的抗震性能;当约束条件为支座连接时,桥墩在强震作用下更容易发生严重损伤,应使用限位装置;当约束条件为墩-梁固结时,行波效应会对桥墩的易损性产生不利影响,使其发生各级别损伤的概率都增大。     

梁端碰撞效应对大跨高墩连续刚构桥易损性影响

西部山区连续刚构桥的主桥常常是高墩大跨,主桥与桥台或引桥的纵向刚度差异较大,导致在地震作用下,主桥与其两端的引桥(台)的动力响应不同步,从而发生梁端碰撞。以某大跨高墩连续刚构桥梁为背景,基于OpenSees平台建立其非线性有限元模型,选取100条实测随机地震动,引入拉丁超立方抽样、云图法以及概率地震需求模型基本理论,考虑梁端可能的碰撞作用,计算桥梁主要构件的地震易损性曲线,选用串联模型进行桥梁系统易损性分析,研究桥梁梁端碰撞效应对桥梁易损性的影响。研究结果表明:梁端碰撞作用对桥梁结构不同构件有不同的影响,考虑碰撞效应可以降低桥梁系统的损伤概率。     

基于增量动力分析方法的独塔斜拉桥地震易损性分析

斜拉桥是一种多次超静定柔性结构,其动力特性有别于常规桥梁。现行规范针对此类桥梁结构的抗震设计仅给出了基本设计原则。本文以一座混凝土独塔斜拉桥为研究对象,利用有限元软件OpenSees建立了该桥的有限元分析模型,并根据桥梁所处场地条件,从PEER强震数据库中选取16条地震波,基于增量动力分析方法建立了桥墩、主塔及支座的纵桥向地震易损性曲线。采用一阶可靠性方法对斜拉桥进行了整体地震易损性分析,对该桥的抗震性能进行了评估。分析结果表明:在地震作用下,辅助墩、主跨边墩和边跨边墩处支座相比其他构件更易受损,桥梁整体较易发生轻微损伤和中等损伤;斜拉桥整体易损性大于构件易损性;采用整体地震易损性分析结果来评估桥梁整体的抗震性能更加可靠。     

铁路简支梁桥三维地震易损性分析

为了评估铁路简支梁桥在近场地震作用下的抗震性能,基于OpenSEES平台建立铁路典型5跨简支梁桥的易损性分析模型。从PEER数据库选取100条地震波作为三维地震动输入样本进行非线性动力时程分析,获得不同地震输入角度对应的桥梁地震响应数据。根据桥墩弯曲破坏和支座变形破坏的损伤状态方程确定相应的损伤指标。基于结构可靠度理论,建立桥梁三维易损性分析方法,从而获得了桥墩和支座构件的三维易损性云图。由云图可以得到:桥墩和支座均在顺桥向和横桥向输入方向上最容易发生损伤。研究结果表明:在近场地震作用下,铁路简支梁桥的易损性与地震动的输入角度密切相关;桥墩和支座的易损性随地震动输入角度的变化规律具有明显的区别。基于三维易损性云图,可以给铁路简支梁桥的抗震设计和震后损伤识别提供理论依据。     

川藏铁路简支梁桥地震易损性及适应性分析

研究目的:震害表明,铁路桥梁作为交通系统中的枢纽结构在地震中极易受损。在建的川藏铁路穿越甘孜炉霍地震带和雅鲁藏布江地震带,地震设防烈度均在8度以上。本文以铁路桥梁中常见结构形式32 m跨简支梁桥为研究对象,采用汶川地震波,以位移延性比为破坏指标,对不同墩高的32 m跨简支梁桥进行易损性和适应性分析,为川藏铁路桥梁的抗震设计提供参考和依据。研究结论:(1)地震易损性分析结果表明:就川藏铁路桥梁墩高从3 m到40 m而言,25 m墩高的桥墩损伤概率最大,当地面峰值加速度为0.35g时,对应的轻微破坏概率为18%,说明桥墩抗震性能较好;(2)适应性分析结果表明:各种墩高的桥墩抗震性能相对较好,4种损伤状态中,轻微破坏和中等破坏的曲线较为接近,中等破坏和严重破坏的曲线离得较远,结构具有相对较好的延性能力;(3)本研究成果对于进一步完善西南山区铁路桥梁的抗震设计、震后紧急响应以及桥梁结构的评估等具有指导意义。     

基于IDA方法的地铁车辆基地TOD开发全框支剪力墙结构抗震性能评估

全框支剪力墙结构因上部塔楼剪力墙完全不落地而存在竖向构件不连续、刚度突变、大底盘多塔等不规则项，为综合有效评估此种超限结构的抗震性能，基于增量动力分析(IDA)方法得到不同地震烈度下结构最大层间位移角分布情况，并将结构性能水准划分5个等级，最终分析其地震易损性和损伤风险性。研究结果表明，结构随地震动峰值加速度(PGA)增大逐渐屈服并最终倒塌，不同地震记录时结构IDA曲线具有明显离散性；结构在7度多遇地震作用下处于正常使用性能水准的概率为97.914%,罕遇地震作用下结构倒塌的概率仅为0.053%;生命安全和接近倒塌性能水准对应的PGA中位数分别为1.287g和1.411g,远高于预估罕遇地震PGA;结构正常使用、基本可用、修复可用和接近倒塌性能水准50年超越概率分别为4.89%、1.74%、0.112%和0.046%。综上所述，结构满足预设抗震性能目标，具有良好的抗震性能及抗倒塌能力。     

小剪跨比铁路圆端桥墩拟静力试验及易损性分析

为厘清小剪跨比圆端铁路桥墩横桥向的地震损伤机理,以国内某铁路沿线桥梁为参考开展3组缩尺比1∶8的拟静力试验,对滞回曲线的延性、残余位移、滞回耗能和刚度退化4个方面进行分析,以试验结果为参考使用OpenSees建立纤维截面有限元模型并进行耐震时程动力计算,以桥墩的位移延性比为损伤指标,基于试验中观察得到的4个关键节点定义无、轻微、中度、严重和完全损伤5种损伤状态之间的位移延性比临界值,通过易损性分析桥墩的损伤发展历程。研究结果表明：1)配筋率从0.3%提升至0.7%,桥墩的承载能力提高至1.37倍,极限位移提高至1.22倍,最终残余位移提高至1.55倍,耗散能量增加至1.80倍,初始刚度提升至1.08倍,最终刚度提升至1.12倍。提高配筋率可以提升桥梁抗震性能,也能增加桥梁抗震韧性。2)当桥墩配筋率由0.3%提至0.7%时,在多遇地震下,轻微损伤概率从87.2%降为29.8%;在设计地震下,中度损伤的概率从63.5%降为30.0%;在罕遇地震下,严重损伤的概率从61.7%降为16.4%。纵筋配筋率可以大幅降低桥墩的损伤概率,提升桥墩的抗震性能。3)在现行铁路规范允许的延性系数为4.8时,...     

基于KDE的高烈度区典型简支梁桥地震易损性分析

为研究高烈度强震区各种墩高典型公路简支梁的抗震性能,以某8度地震区高速公路典型10～40 m墩高公路简支梁为研究对象,采用一种核密度估计(KDE)的桥梁易损性分析法开展不同墩高桥梁地震易损性分析.利用OpenSees软件建立各种典型墩高桥梁全桥有限元模型.考虑桥梁结构参数与地震动输入的不确定性,通过时程分析获得各墩高对...     

高墩刚构桥地震响应及减震控制研究

近些年,高墩甚至是超高墩刚构桥大量建设,由于其属于非规则桥梁,使得在抗震设计时需要做专项研究,加之桥墩和主梁采用现浇整体刚结的结构形式,使得隔震支座在高墩刚构桥上无法使用。选取一座典型高墩刚构桥,建立其弹塑性动力分析模型,分析了在设计地震动输入下的结构抗震性能规律,进而选取被动控制阻尼器分析了减震控制效果。分析表明:高墩刚构桥在设计地震作用下,桥墩塑性铰发展程度较低,能够满足设计抗震要求,但采用阻尼器进行减震控制后,桥墩能够在设计地震作用下保证为弹性受力状态,减震控制效果优于防落梁拉杆。     

金水沟特大桥弹塑性抗震分析

为了深入了解高墩大跨预应力混凝土刚构连续梁桥在罕遇地震下结构的反应特征,利用Midas/Civil软件,混凝土和钢筋分别采用Mander本构关系和修正梅内戈托与平托本构关系,建立结构的纤维模型,对金水沟特大桥进行罕遇地震下的弹塑性抗震分析。分析结果表明,纤维模型可以有效模拟结构地震下的反应,在罕遇地震下的强度与变形均满足规范,满足"大震不倒"的抗震设防要求,并且还有一定的安全储备;对于金水沟这类高墩大跨刚构连续梁桥,横桥向墩底为控制截面,顺桥向连续梁墩墩底、刚构墩的墩顶与墩底均为控制截面,并且结构顺桥向的地震力较横桥向更为控制结构设计。     

考虑近断层强震影响的铁路站房结构地震易损性分析

由于铁路选线限制，部分铁路站房修建在高烈度区，且靠近地震断层。为保障铁路站房结构的抗震安全，以某站房结构为研究对象，分析考虑近断层强震影响的站房结构地震易损性。首先，分别采用近断层抗震设计谱和规范抗震设计谱对铁路站房结构进行抗震设计，建立相应的站房结构数值模型，并对模型进行验证；然后，选取24组近断层脉冲型地震动，分析铁路站房的地震响应，并分别定义站房结构中混凝土框架、钢屋架和砌体填充墙的损伤指标；最后，对2种设计谱设计的铁路站房局部及整体地震易损性进行评估。结果表明：在8度罕遇地震作用下，考虑近断层强震影响的站房结构相较于不考虑的，其混凝土框架和砌体填充墙出现毁坏的超越概率分别下降58.26%和19.82%，整体结构出现毁坏的超越概率上下界分别下降17.27%和19.83%；考虑近断层强震影响的抗震设计能够降低站房结构发生损伤的概率，提高其抗震性能；考虑近断层强震影响的站房结构损伤概率由大到小依次为砌体填充墙、混凝土框架、钢屋架。基于此，地震断层附近的铁路站房结构抗震设计应考虑近断层强震的影响，并加强砌体填充墙的抗震构造措施。     

基于阻尼参数的高速铁路连续梁桥地震损伤概率影响分析

为研究阻尼参数对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响,以一座(32+48+32) m高速铁路连续梁桥为研究背景,借助大型开源程序Open Sees建立了数值模型,并应用基于可靠度理论的概率解析易损性函数表达式获得地震易损性曲线(面),探讨阻尼器参数对桥梁地震易损性的影响。研究结果表明:(1)设置阻尼器使桥梁受力更为合理,可进一步提高桥梁抗震性能;(2)阻尼系数的提高及阻尼指数的降低均使得桥梁固定墩曲率及活动支座位移减小,进而降低固定墩和活动支座在地震作用下的损伤概率。     

基于IDA分析法的公路隧道衬砌抗震性能分析

为合理评估地震作用下公路隧道衬砌损伤程度,以实际隧道震害资料及现有隧道损伤评价方法为基础,给出隧道衬砌性能指标并建立隧道衬砌损伤评价体系,采用IDA分析法全面讨论不同地震作用及地震动强度参数对于隧道衬砌地震响应的影响规律,通过易损性理论分析隧道衬砌在不同强度地震作用下超越不同性能水准的概率。结果表明:当设防烈度为6度时,小震作用下隧道损伤超越4个性能水准的概率均为0;中震作用下隧道损伤超越性能水准Ⅰ的概率为30.12%;大震作用下隧道损伤超越性能水准Ⅱ的概率为36.56%。IDA分析法作为一种有效的分析方法,能够较好地评估公路隧道衬砌的抗震性能。     

中承式钢管混凝土拱桥地震易损性分析

为从概率角度定量地描述中承式钢管混凝土拱桥的抗震性能,探讨采用理论分析法建立其地震易损性曲线。通过调查统计国内已建成的百余座中承式钢管混凝土拱桥的基本资料,总结其设计参数常用的取值范围及构造特点。以三跨无推力中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,建立其典型桥梁样本;通过线弹性静力分析和时程分析,确定典型桥梁样本在地震组合下的易损部位,进而定义各构件的性能水平;采用增量动力分析方法,建立典型桥梁样本的理论地震易损性曲线。结果表明:对三跨无推力体系,交接墩及其上设置的盆式支座是主要的易损构件,拱肋、吊杆和系杆以及基础一般不会因地震作用而破坏;与Ⅰ类场地条件相比,Ⅱ类场地条件下结构的损伤概率相对较高,而且地震动强度越高,场地条件的影响也越大。     

九度强震区高铁简支箱梁减隔震体系研究

为提出适用于9度强震区高速铁路简支箱梁的合理减隔震体系,基于核密度估计的地震易损性分析方法,以某高速铁路9度区32 m跨度简支箱梁为工程背景,采用时程分析法建立5种减隔震方案下桥梁结构地震易损性曲线,研究5种减隔震体系对桥梁抗震性能的影响。分析结果表明：球型钢支座与减隔震支座限位能力不足,不能满足9度地震区铁路简支梁桥抗震需求;采用减隔震支座、弹塑性限位耗能装置与钢防落梁组合减隔震体系后,9度区铁路简支梁地震损伤破坏发生概率最低,罕遇地震下桥墩完全破坏发生概率可控制在8%,金属弹塑性限位耗能装置具有耗能减震效果,可降低墩底内力,保护桩基础,同时钢防落梁发挥限位作用,罕遇地震下支座发生完全破坏的损伤概率小于10%,有效防止了落梁震害;推荐双曲面减隔震支座+弹塑性限位耗能装置+钢防落梁方案作为9度区铁路简支梁的组合减隔震体系。     

汶川地震隧道概率易损性模型研究

地震概率易损性模型是一种在地震发生后快速且较准确地估算震害损失的方法[1]。本文基于汶川地震的震害调查资料,将汶川地震中所调查隧道的破坏形式分为14种,根据震害程度将隧道的破坏状态分为轻微破坏、中度破坏、严重破坏和完全损毁4种,为方便模型的建立,将隧道结构分为洞口段、断层破碎段和普通段。统计分析调查资料,可以得到每一类隧道结构发生某一种破坏状态的统计概率,再结合隧道对应每一种破坏状态的破坏比,建立隧道的概率易损性模型。依据本文建立的隧道概率易损性模型可能在今后发生类似地震时快速地估计地震灾害损失。     

基于核密度估计的铁路桥梁构件地震易损性分析

针对现有桥梁构件地震易损性分析方法的不足,通过引入核密度估计算法建立一种非参数化的桥梁地震易损性分析方法。基于分析型地震易损性框架,考虑结构参数及地震动的不确定性,将非参数化的核密度估计思想引入地震动强度和抗震需求的联合概率密度分布函数及地震动边缘分布函数的估计中,克服了经典易损性分析方法中人为假定易损性函数分布形式的缺点。以某铁路刚构-连续组合体系桥梁为例,通过对比分析四种桥梁构件地震易损性分析方法的计算结果,验证了本文方法的正确性和可行性。最后用本文算法分析示例桥梁各构件的地震易损性,对比不同构件的地震易损程度,为桥梁结构抗震设计提供了依据。     

基于易损性能分析的山店江大桥高墩抗震评估技术研究

以汝郴高速公路山店江大桥1号高墩为工程背景,通过对钢筋混凝土截面的弯矩-曲率分析确定高墩的损伤指标,利用midas/civil软件进行非线性时程分析,得到该桥墩的理论易损性曲线,并讨论壁厚和基础约束刚度2个参数对桥墩易损曲线的影响。研究成果可为预测结构的抗震性能、结构的抗震设计、加固和维修提供参考。