基于IDA的高墩大跨桥梁地震易损性分析

针对目前我国桥梁抗震设计规范仅适用于墩高40m以下规则桥梁的现状,以一常见山区高墩大跨连续刚构桥为研究对象,采用IDA方法分析了桥梁结构在15条地震动下的动态响应,得到桥墩各截面在所有地震动作用下的曲率包络图。以高墩最不利截面的材料损伤应变所对应的截面曲率为损伤指标,结合能力需求比对数回归分析,计算了高墩在不同损伤状态下的破坏概率,建立了墩柱易损性曲线,同时还建立了梁端支座的易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。分析结果表明:薄壁空心墩连续刚构桥在强地震作用下高墩发生破坏的部位主要集中在墩顶和墩底区域;墩柱发生完全破坏的概率极小,但桥台处梁端活动支座的地震损伤概率较高;桥梁系统损伤概率能够更加准确地反映高墩大跨桥梁的真实抗震性能。     

隔震与非隔震支座对混凝土箱梁桥地震易损性的影响

为评估隔震和非隔震支座对桥梁地震易损性的影响,以一座3跨连续混凝土箱梁桥为分析对象,首先建立采用铅芯橡胶隔震支座与非隔震型盆式橡胶支座下桥梁的数值模型,求得不同程度地震作用下墩顶与支座的最大位移响应;再定义转角延性比损伤指标,结合支座剪应变,分析桥墩和支座的地震易损性情况;最后通过宽界限法建立全桥地震易损性曲线。研究结果表明,支座是较容易发生损坏的构件,而桥梁系统比桥墩或支座更易发生破坏,同时铅芯橡胶支座的破坏概率明显低于非隔震型盆式支座,可见采用隔震支座能有效减小桥墩墩顶在地震作用下的最大位移,此时桥墩地震易损性优于采用非隔震支座的情况。     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。     

桩土作用对隔震梁桥地震易损性及震后通行能力影响

为确定桩土作用对一座位于Ⅲ类场地上的110m三跨连续梁桥地震易损性曲线和震后通行能力的影响,首先建立墩底固结和考虑桩土作用2种有限元模型,选取50条实测的、符合工程场地条件的不同强度地震波作为输入,分别以桥墩墩顶和支座最大位移为目标响应,计算得到转角延性比和支座剪应变值,进而构建桥墩和支座的易损性曲线;然后通过宽界限法建立桥梁系统的地震易损性曲线,提出新的平均损伤水平值计算公式并结合易损性曲线评估该连续梁桥的震后通行能力。分析结果表明,同一地震强度下考虑桩土作用时的桥墩位移峰值比墩底固结情况大,更符合实际情况;对于桥梁构件易损性曲线而言,考虑桩土作用时支座破坏超越概率最大,但与墩底固结情况相比相差不大;采用桥梁系统地震易损性曲线评价桥梁交通流量变化更加合理,固结模型的震后交通流量评估Ⅲ类场地情况时不可忽略桩土作用对桥梁地震易损性的影响。     

考虑支座滑移及挡块破坏的中小跨径梁桥地震易损性研究

从板式橡胶支座及混凝土挡块抗震设计角度,以一座典型的3跨预应力混凝土连续梁桥为例,结合概率地震需求分析及桥墩、支座等抗震关键构件极限破坏状态,建立不同支座及挡块分析模型的中小跨径梁桥地震易损性曲线,研究考虑支座滑移效应及挡块破坏的中小跨径梁桥的易损性特征。研究结果表明:不考虑橡胶支座的滑移效应及混凝土挡块破坏,桥墩地震破坏概率明显增大,且会低估支座破坏概率;桥梁系统易损性受支座破坏状态的影响显著,需设置合理的限位装置;在中小跨径梁桥地震易损性分析中,考虑支座的滑移效应及混凝土挡块的破坏十分必要。     

斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象，研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性，选取100条地震动，沿纵桥向输入，生成"结构-地震动"样本库，以地震动峰值加速度（PGA）为强度指标（IM），利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应，而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态，在确定桥墩损伤指标的基础上，采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线，判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上，改变桥梁斜交角度进行易损性分析，得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明：该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩，桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域；不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著，各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关，同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列，损伤越严重，趋势越明显；对于此不等高的斜交刚构桥，最矮墩为其抗震薄弱环节，斜交角越大，越应该关注钝角处矮墩的损伤情况，并提高其设计标准，在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。     

基于扩展PSDA的不等高墩连续梁桥抗震性能评估

以一不等高墩连续梁桥为例,采用SAP2000程序建立有限元模型并精确模拟桥墩、支座、伸缩缝和桥台等构件的非线性特性。根据场地类型选取100条实测地震动记录,对其强度参数(IMs)的区间范围扩展以后进行IDA分析。基于非线性动力分析的结果分别形成了传统的概率地震需求模型(PSDM)和扩展的PSDM,讨论了传统PSDM的局限性以及扩展PSDM的优越性,并建立了以扩展PSDM为基础的桥梁地震易损性曲线,且分别从构件易损性和系统易损性的角度对算例桥梁进行了性能评估。结果表明:相对于传统PSDM,扩展PSDM的回归分析决定系数R2要大很多,能更全面、客观地反映不同构件的概率地震需求;基于传统PSDM的地震易损性分析结果往往低估了桥梁结构的失效概率;矮墩支座往往是不等高墩桥梁最易损的构件,而在矮墩上采用铅芯橡胶支座能明显降低桥梁整体的易损性。     

基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙（SPSW）核心筒结构在不同强度地震下破坏概率,使用拉杆模型作为钢板剪力墙等效模型,与已有试验对比验证各参数有效性。以地震动峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数,按照场地条件等要求选择11条地震动记录。以结构最大层间位移角作为损伤指标,对一典型方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构进行增量动力分析（IDA）,得到IDA曲线簇。基于增量动力分析进行易损性分析,得到易损性曲线,并计算结构的抗倒塌储备系数。结果表明:8度多遇地震作用下,此结构处于正常使用状态。8度设防地震作用下,处于修复后可使用状态。8度罕遇地震作用下,处于生命安全状态。表明该结构具有良好的抗震性能,满足规范中“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。该结构抗倒塌储备系数大于规范建议值,具有较好的抗倒塌能力。     

寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。     

多维地震作用下高铁桥梁圆端形桥墩易损性分析

圆端形桥墩在高铁桥梁中应用广泛,为研究其在多维地震动作用下的易损性,首先基于OpenSees建立了某典型三跨高铁连续梁桥的非线性动力分析模型;然后以相对位移延性比为桥墩的损伤指标,确定了固定中墩各破坏状态的相对位移延性比界限值;最后,在考虑地震动输入角的基础上,基于易损性分析方法,对比分析了固定中墩顺桥向和横桥向的地震响应。结果表明:(1)同一地震动输入角下,固定中墩顺桥向的墩顶峰值位移平均值远大于横桥向;(2)当PGA值和地震动输入角都相同时,固定中墩顺桥向达到各破坏状态的概率明显大于横桥向,因此,在设计时应优先考虑顺桥向的破坏概率;(3)固定中墩顺桥向各破坏状态易损性云图的波动性明显大于横桥向,所以地震动输入角对固定中墩顺桥向的影响不容忽视。     

不同地震激励方向下隔震曲线梁桥易损性分析

为进一步评估隔震曲线梁桥在地震激励下的抗震性能,从地震易损性角度出发并兼顾考虑地震激励方向对其易损性的影响。利用APDL建立采用板式橡胶支座的隔震曲线梁桥有限元模型,从PEER中选取同一地震事件中的近断层地震动,按规范规定比例输入水平双向地震动进行非线性动力时程分析,结合地震响应与损伤指标计算得到各构件地震易损性曲线;考虑地震激励方向的变化,通过MATLAB编程绘制得到桥梁结构构件(桥墩与支座)以及整体系统的地震易损性曲面,分析探讨地震激励方向对隔震曲线梁桥易损性的影响。结果表明：不同极限状态下各桥墩切向损伤条件概率明显大于其径向,各支座的切向与径向易损性相差不大,但仍是各支座的切向易损性略大于径向易损性;桥梁各构件(桥墩与支座)切向易损性对地震激励方向均表现出很强依赖性,而径向易损性对其的依赖性相对较弱,且伴随损伤等级的提高,构件易损性对地震激励方向更加敏感;桥梁整体系统易损性对地震激励方向的变化不太敏感,且因各构件响应之间的相关性较高,其系统易损性更接近于易损性最大的构件——易损性下限;当进行隔震曲线梁桥抗震性能评估时,应考虑不同地震激励方向对其地震易损性的影响,从而使得易损性分析...     

温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响分析

为了研究温度对铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁抗震性能的影响,以一座七跨连续梁桥为对象,考虑LRB在夏季和冬季不同温度下的力学特性,利用OpenSees对桥梁抗震性能进行研究。通过对不同温度下墩柱、支座及桥梁系统的地震易损性分析,获得了温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响。结果表明:（1）与夏季相比,冬季低温降低了桥墩的延性及LRB的剪切变形和耗能能力,使地震作用时墩顶位移和支座变形均小于夏季,降低了LRB的减震效果;（2）冬季低温增大了地震作用时桥墩、LRB及桥梁系统在各个破坏状态的损伤概率,在中等及严重破坏状态时损伤概率相比夏季分别增加了8%和15%。在寒冷地区进行LRB隔震桥梁设计时,应考虑低温导致的LRB隔震效果降低对桥梁抗震性能的影响。     

基于性能的RC桥梁地震易损性分析

桥梁的地震易损性分析大多数基于桥梁的破坏状态,基于结构性能的易损性分析直接给出结构对应于不同功能等级的失效概率,因此基于性能的易损性分析更具有实用价值。迄今为止,在桥梁领域尚没有基于结构性能的易损性分析,其主要困难在于定义与结构性能水准相适应的量化性能指标。基于结构极限状态定义了钢筋混凝土桥梁的4个性能水准,以目标墩顶漂移率为量化性能指标,提出基于性能的钢筋混凝土桥梁的地震易损性分析方法。由于桥墩是桥梁结构中极易受到破坏且不易更换的构件,因此常通过研究桥墩的易损性来研究桥梁结构的易损性。在地震作用下,隔震装置将会影响桥墩的易损性,但是目前缺少相关研究。以4跨连续钢筋混凝土桥梁为例,采用Open Sees分别建立非隔震桥梁和隔震桥梁的有限元模型,考虑地震动随机性,对两种桥梁进行了基于IDA(增量动力分析方法)的非线性动力时程分析。最后用文中提出的方法分别对非隔震桥梁和隔震桥梁的中墩进行基于性能的地震易损性分析,并形成易损性曲线。对比非隔震桥梁和隔震桥梁中墩的易损性曲线,分析隔震支座对桥墩易损性的影响。     

基于高斯过程模型的桥梁时变系统地震易损性分析

桥梁在长期服役过程中面临的氯离子侵蚀作用会导致材料性能退化,进而影响桥梁结构的抗震性能。准确评估服役桥梁的抗震性能可以有效保障和提高桥梁结构的安全性,因此开展考虑时变效应的桥梁地震易损性分析非常必要。考虑到地震易损性分析涉及大量的动力时程分析,计算效率很低,故采用高斯过程模型取代耗时的动力时程分析,旨在提高地震易损性分析效率。以一座三跨连续梁桥为例,探究氯离子侵蚀作用下桥墩材料性能的退化规律,建立纵筋、箍筋以及保护层和核心混凝土材料性能退化时变曲线;基于高斯过程模型和联合概率地震需求模型,建立桥梁系统在不同服役年限下的易损性曲线和曲面。结果表明：(1)氯离子侵蚀作用明显降低了桥墩钢筋混凝土材料的强度;(2)氯离子侵蚀作用明显提高了高等级损伤的桥梁地震易损性,结构更容易发生高等级损伤。     

大跨度混凝土梁斜拉桥横向地震作用易损性分析

以某大跨斜拉桥为例,利用SAP2000建立有限元模型,基于结构性能目标,探讨桥梁构件损伤标定方法,并采用IDA的倒塌易损性分析方法,对该斜拉桥进行横向的地震易损性分析,最后采用能力需求比模型法拟合出主塔的易损性曲线。研究结果表明,在横向地震作用下,索塔墩顶截面、上塔柱底部成为易损截面的概率增大,连接主梁的中塔柱底部截面出现完全破坏的概率增大。     

基于损伤分析的旧曲线梁桥抗震性能评估

曲线桥梁在役期间可能面临地震灾害,导致结构损坏甚至坍塌,为了评估在役桥梁的抗震性能,提出基于损伤分析的曲线梁桥抗震性能评估方法。建立旧曲线梁桥有限元模型,基于损伤分析的原理,提出适合曲线梁桥地震响应特性的构件损伤模型,在全桥有限元模型中输入不同类型地震动,计算各构件的损伤指数,并结合旧桥检算系数,由各构件损伤指数综合得到桥梁的整体损伤指数。结果表明:不同地震动下主梁会发生碰撞破坏,桥梁两端的支座容易发生移位,桥墩沿横桥向或顺桥向均会产生位移;不同地震动对主梁、支座、桥墩等构件造成的损害程度有较大差异,各构件的地震响应会影响桥梁整体结构的抗震性能,其中桥墩对桥梁整体抗震性能的影响最大,桥墩位移超过极限值可能导致倒塌;主梁反复碰撞会加剧桥梁的破坏程度,桥梁两端支座在地震作用下更容易发生损坏。     

叠合柱高墩概率地震易损性分析

为了评估叠合柱高墩的抗震性能,根据结构可靠度理论,推导了概率地震易损性函数解析式。以一座叠合柱高墩连续刚构为研究对象,对叠合柱高墩的合理性能指标进行分析和量化,建立了以轴力为变量的截面概率抗震能力模型。考虑材料强度和地震动的不确定性,采用IDA方法对结构-地震动样本进行地震需求分析,建立了以PGA为变量的控制截面概率地震需求模型并进行概率地震易损性分析。结果表明曲率指标对数均值与对数轴力之间符合三次多项式回归关系,曲率抗震能力随轴力的增大而减小。在纵向地震作用下,曲率需求与PGA之间仍然满足对数线性关系,墩底区域最容易发生损伤,矮墩比高墩更容易发生损伤,在设计地震作用下,叠合柱高墩发生倒塌的概率极小。     

灌浆波纹管装配式桥墩双向地震损伤评价方法

灌浆波纹管连接是装配式墩常用接头连接方式之一,但没有系统研究其受到双向往复荷载作用的整体抗震性能,地震损伤评价方法不够完善。通过双向拟静力试验,研究在双向往复荷载作用状态下灌浆波纹管连接装配式墩的滞回特性变化和破坏模式,讨论了损伤指标构建方法,依据易损性曲线损伤评估了灌浆波纹管装配式墩的抗震性能。结果发现:装配式墩的变形能力和承载能力因双向荷载的耦合效应而急剧下降,装配式墩双向受力损伤状态可以采用Park-Ang值综合反映。在所给加速度情况下,可通过易损性分析得到各装配式墩构件不同损伤状态的超越概率,在峰值加速度一样时,纵桥向损伤状态发生的最大超越概率要比横桥向高。研究结果可以为灌浆波纹管装配式墩双向地震损伤评价提供方法。     

高耸钢筋混凝土烟囱结构地震易损性分析

为了分析高耸钢筋混凝土烟囱结构的抗震性能,本文选取240 m高的钢筋混凝土烟囱作为研究对象;采用Open Sees程序,基于分布塑性的纤维梁柱单元,建立了相应结构的非线性有限元三维分析模型。为充分考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择21条真实的地震动记录,进行增量动力分析。分别以截面曲率延性系数和地面加速度峰值作为结构地震需求参数和地震动强度参数,结合非线性增量动力分析所获得的结构地震响应,基于对数正态分布假设,通过回归分析建立了结构的概率地震需求模型。以钢筋和混凝土的材料应变水平为基础,通过95个截面的分析结果定义了4个损伤状态限值;最终形成了钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线,对烟囱结构的易损性能进行了评估和分析。分析结果表明:该烟囱结构在多遇地震、基本地震及罕遇地震下发生轻微损伤的概率分别为0、20%和75%,而发生中等损伤、严重损伤及完全损伤的概率基本为0。本文对于地震易损性的研究结果,可为钢筋混凝土烟囱结构的抗震设计、地震风险评估及灾后加固提供理论依据。     

基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明：桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3~#、4~#桥墩)比相对较低的桥墩(1~#、2~#桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。