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。     

基于IDA的深水连续刚构桥桥墩概率性地震损伤特性

为研究深水环境下连续刚构桥的概率性地震损伤特性,以中国西部某高速公路三跨深水连续刚构桥为对象,考虑桩-土动力相互作用和桥梁水中部分的动水效应,采用OpenSees软件建立其全桥非线性有限元模型。选取与规范设计谱相匹配的成组地震记录为输入,开展无水、水深12m、水深27m这3种工况下的全桥结构增量动力分析。以主跨左侧双壁墩为对象,采用概率地震需求分析方法计算16%、50%和84%这3种分位数水平的概率分位曲线,并生成不同损伤水平下的易损性曲线。结果表明:动水效应会延长结构的自振周期;桥墩各主要截面的曲率均随地震动峰值加速度PGA的增加而增大,墩底截面比墩顶以更高概率进入严重破坏、完全破坏阶段;双壁墩内侧墩壁截面出现同级损伤的概率大于外侧墩壁;随着水深增加,墩底截面曲率响应随之增大,各破坏等级的超越概率也相应增大,当PGA为0.6g时,3种水深下内侧墩底发生完全破坏的概率分别为28.1%、39.4%和67.6%。深水环境的存在会显著增大连续刚构桥在不同地震动水平下的破坏超越概率,应予以重视。     

基于PSHA计算方法的豫南地区桥梁设计地震动参数研究

根据我国路桥抗震设计规范,桥梁工程设计地震动参数以重现期T=475年和2 000年的概率水准确定,地震危险性概率分析方法(PSHA)常用于计算此类工程的基岩峰值加速度(PGA)。以豫南地区某桥梁为研究对象,对地震动参数进行概率危险性计算。结果表明:该桥在重现期T=100、475和2 000年概率水准下的基岩峰值加速度分别为12.7、31.6和72.5 gal;对应水平向设计地震动峰值加速度分别为19.3、45.7和98.7 gal。研究区位于第5代中国地震动参数区划图0.05 g区,建议设计基本峰值加速度为50 gal,其与计算结果较为一致。     

钢管混凝土拱桥地震损伤评估

为研究中承式钢管混凝土拱桥整体及各构件在地震作用下的损伤状态,基于变形或内力和累计耗能的双重破坏准则,分析拱桥在天津地震动作用下各构件的损伤指数和损伤状态。通过各构件加权的方式对桥梁整桥进行损伤评估。结果表明:地震作用对拱桥构件中支座和边跨墩柱的损伤程度最大,边跨桥墩基本处于中等破坏状态,在0.3g地震动下大部分支座处于严重损伤状态。峰值加速度为0.1g时拱桥整体处于轻微损伤状态,峰值加速度为0.2g到0.3g时拱桥整体处于中等破坏状态。     

支挡结构的震损快速评估方法研究

支挡结构已被广泛地运用于各类边坡的治理,尤其在我国西南的高烈度山区。基于大量的汶川地震支挡结构震害调查数据,建立了支挡结构的破坏等级划分标准,将支挡结构的震害等级划分为轻微破坏、中度破坏、严重破坏和完全损毁。根据汶川地震的实际情况,对地震动参数计算模型进行了修正,并基于修正后的地震动参数计算模型建立了支挡结构的破坏概率模型,进而在已知地震动强度的情况下,可以得到支挡结构发生各级震害的概率。根据规范提供的损失比数据,可以快速计算得到支挡结构的震害损失数据。基于建立的震损评估方法,地震发生之后能够快速地对支挡结构的震害损失进行估计。     

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。     

都汶路土工格栅加筋堤抗震性能浅析

通过对都汶路路堤的震害调查,发现未加筋的素土堤破坏现象严重,而做了土工格栅加筋防护的路堤变形、破坏情况明显较轻。为评价土工格栅加筋堤的抗震效果,设计了素土模型和加筋土模型,进行了二组振动台模型实验。对比实验结果发现,土工格栅加筋能明显减弱土层对地震波的放大效应,在Ⅷ度地震(加速度峰值0.25～0.3g)时,对加速度峰值放大系数可减小约20%;随着地震振动次数和振幅的增加,土体内部的损伤会引起其自振频率的降低,导致土体的自振频率更加接近地震波的卓越频率,使强震下土体放大效应增强,这解释了余震对路堤本体的累积损伤。     

潼西改扩建工程路堤地震动力响应分析

为分析在地震荷载作用下路堤的动力响应,以潼西改扩建工程为依托,运用MIDAS/GTS有限元程序建立潼西高速公路改扩建工程数值计算分析模型,分析了公路路面的水平和竖向位移响应和路堤边坡面动力响应。结果表明:在地震荷载作用下,距旧路中心距离越近,最大水平和竖向位移越小;新旧路基结合部产生明显的相对水平位移,路面发生断裂破坏的概率最大;同一地震荷载作用下,不同高程路堤的加速度的放大系数并不相同,随着高程的增加,放大系数整体上逐渐变大;当路堤坡顶观测点出现水平位移峰值时,坡面其它各观测点同样出现水平位移峰值,坡顶观测点的水平位移和加速度峰值并不同步,水平位移峰值滞后于加速度峰值。     

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。     

高路堤边坡地震稳定动力放大系数的计算分析

在采用拟静力法分析计算公路路堤抗震稳定的作用效应和抗力时,在89规范中没有考虑地震加速度动力放大系数的影响,现新规范中要计入其影响。本论文采用动力有限元计算分析理论,输入美国的EL Centro地震波和按规范反应谱拟合的人工波对高填土路堤的地震稳定性进行分析计算。对地震动峰值加速度沿路堤各高度放大系数的取值进行研究探讨,以确定在拟静力分析法中计入其影响。     

不同设计基准期下地震动峰值加速度取值分析

为了得到大跨度桥梁抗震设计中采用高于抗震规范设计基准期时的地震动参数,通过烈度建立设计基准期与地震动峰值加速度之间的联系,运用经验公式分析了不同设计基准期下地震动对峰值加速度的表现规律,并与现有抗震设计规范就设计基准期为50年概率水平下的取值做了对比分析,通过实桥的地震安全性评价数据验证了该方法在设计基准期为100年概率水平下计算结果的可靠性.     

菲律宾PGN跨海大桥地震动参数及土层地震反应分析

菲律宾位于亚欧板块和太平洋板块的交界处,属于环太平洋地震带,地震活动频繁。在此区域建设超大规模的跨海大桥工程,作为主要的控制条件,地震动参数的合理确定是实现大桥在强震作用下安全稳定的前提,建设场地的地震反应分析和地震动参数的选取直接关系着项目的建设规模。文章以地震危险性分析为基础,通过水平地震动加速度衰减关系方程,求得建筑场地水平向基岩峰值加速度和反应谱,得出重现期为475年的地震动值均值,最后计算场地土层地震反应,完成菲律宾PGN跨海大桥的工程抗震设计所需要的地震动参数。     

汶川地震岩质边坡崩塌机理分析

为研究岩质边坡的地震崩塌机理,对汶川地震广岳铁路沿线岩质边坡进行震害调查,发现与拟静力分析的滑移假设不同,地震作用下块体崩塌具有抛射特征。通过对楔形块体岩质边坡模型进行有限差分动力数值计算,发现水平地震动作用下块体顶部会产生0.9倍水平向峰值加速度的垂直向峰值加速度,块体内部的水平向峰值加速度约为相同高度完好岩体水平向峰值加速度的2倍;块体在强地震作用下产生的是斜向下抛射运动而非平抛运动,初始速度矢量与水平面的夹角约为41.6°。研究初步揭示了岩质边坡在地震作用下的崩塌机理,为深入揭示块体的地震动响应规律奠定了基础。     

场地类别对装配式地铁车站结构地震响应的影响

为研究装配式地铁车站结构在不同场地条件下的地震响应,基于有限元软件,建立地层-装配式地铁车站结构三维静动力耦合非线性有限元分析模型,分析不同场地类别、不同地震动峰值加速度以及竖向地震动条件下装配式地铁车站结构的地震响应,并给出装配式地铁车站的加速度、变形、应力及塑性损伤的变化规律。分析表明： 1）场地类别由Ⅱ类变为Ⅲ类时,车站结构顶底间最大相对水平位移与接头张开角逐渐增大,且增长幅度变大,但接头张开角仍较小(<0.10°),验证了接头的稳定性和安全性; 2）在Ⅲ类场地条件下,拱腰、拱肩以及侧墙上下端附近的围护结构等位置易出现塑性损伤; 3）相比单向水平地震动,增加竖向地震动会显著增大装配式地铁车站结构的变形、应力、接头张开角及塑性损伤。总体来看,在Ⅱ类场地条件下,输入地震动峰值加速度分别为0.1g和0.2g时,结构基本处于弹性工作状态; 在Ⅲ类场地条件下,输入地震动峰值加速度为0.4g时,结构处于弹塑性工作状态且塑性区体积较大。     

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。     

高墩多塔斜拉桥地震动强度指标选择及易损性评估

为研究高墩多塔斜拉桥的抗震特性,以一座墩高178m的四塔斜拉桥为例,考虑材料和几何非线性,建立全桥有限元动力模型;选取长、短周期2类共80条实测地震波进行非线性时程分析;以4类能够反映斜拉桥响应特点的工程需求参数为对象,结合对数回归分析,对9种常用的地震动强度指标的可行性、有效性和适用性进行评价,并提出此类桥梁地震动强度指标的选择建议;结合各构件的损伤特点,合理定义支座系统、索塔、主梁和拉索的损伤指标;基于易损性分析理论,建立关键构件的易损性曲线,明确各类构件的易损位置,并对不同构件的损伤特性进行对比分析,进而提出改善此类桥梁抗震性能的思路。研究结果表明:高墩多塔斜拉桥不宜沿用常规桥梁的地震动强度指标进行地震响应预测,而应针对不同情况采用基本周期谱加速度或峰值谱位移;纵向地震作用下,支座系统、主梁和拉索均呈现出较高的损伤概率,而索塔的损伤相对较低;主梁的损伤主要集中在中跨1/4和3/4截面处,拉索的损伤主要集中在端锚索和中跨的长索;由于索塔的损伤远小于其他构件,而易损构件都是由于结构较大变形引起的,因而在此类结构的抗震设计中,控制位移或变形较控制索塔内力更加关键。     

地震峰值加速度对填筑路基地震响应特性的敏感性分析

针对填筑路堤地震作用下的动力响应敏感性,采用数值模拟方法研究典型填筑路堤内部在地震作用下的动力参数(加速度、速度、位移)及残留位移等随地震峰值加速度的变化规律及敏感关系,分析结果对明确填筑路堤动力稳定性的关键部位,提高路基设计水平等均具有较强实用价值和指导意义.     

风积沙路堤地震动荷载作用下动力响应及其频谱特性分析

为了研究风积沙路堤在地震动荷载下的动力响应及其频谱特性,设计和制作了模型路堤并进行振动台试验,借助在模型路堤中预先埋设的加速度传感器测得的数据,进行风积沙路堤的地震动力响应分析。研究结果发现路堤的滤波作用较为显著,先期震动强度和次数对风积沙路堤的动力响应特性有规律性的影响,另外随着加载的动荷载强度的增大,风积沙路堤对输入地震波的加速度放大倍数呈非线性的减小。得出结论:风积沙路堤的阻尼比、自震频率、动模量等参数在动荷载作用下呈现出规律性的变化,而这也是风积沙路堤的动力响应呈现规律性变化的原因。     

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。     

中承式钢管混凝土拱桥地震易损性分析

为了研究中承式钢管混凝土拱桥的地震易损性,基于国内工程实际和统计资料对拱桥相关参数进行取值,使用超拉丁法抽样形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库选取符合我国地质条件的地震记录作为地震动样本,对桥梁和地震样本进行配对;使用数值方法模拟相关动力响应,根据基于变形或内力和积累耗能的双重破坏准则判断其破坏状态。通过概率分析得到桥梁关于峰值加速度(PGA)的易损曲线和关于地震震级、震源距离的易损曲面,为地震风险评估抗震加固提供了理论依据。