基于汶川地震震害的公路桥梁易损性研究

随着综合国力迅速提升,我国进行了大规模的公路网络建设,兴建了数以万计的公路桥梁,为整个经济社会的可持续发展提供了有力支撑。然而,国内外历次大地震中有大量公路桥梁发生破坏,这极大地降低了公路交通的通行能力,严重阻碍应急救援工作和城市日常生活。我国是遭受地震灾害最多的国家之一,因此,在我国开展公路桥梁地震易损性研究具有重要的现实意义。本文在对汶川地震公路桥梁调查数据深度挖掘整理和全面归纳总结之基础上,采用多种方法比较系统地研究了当代公路桥梁的地震易损性,还开展了基于公路桥梁震害评定地震烈度的研究,旨在更好地服务于公路桥梁的震害预测和损失评估、震后可恢复性研究、交通系统的地震风险分析,以及应急救灾决策的制定和完善抗震设计理论等工作,从而达到减轻桥梁震害和提高救援效率之目的。论文主要完成了以下工作:(1)针对低烈度区公路桥梁调查数据不完备、遗漏大量基本完好桥梁的实际情况,按照烈度区面积与调查桥梁数量相近的原则对低烈度区的调查数据进行了补充估计,利用常见的几种经验分布函数拟合了破坏概率直方图,对公路桥梁的易损性矩阵进行了改进,还分析了地震地质灾害的影响。(2)合理地估计了桥址处的PGA数值,基于补充后的调查数据建立了一系列"桥梁-破坏等级-桥址处PGA"样本对,采用最大似然估计法确定了易损性函数中的待定参数,给出了汶川地震公路桥梁的经验易损性曲线,比较分析了拱桥与梁桥之间的易损性差异,并探讨了桥梁规模对易损性的影响。(3)基于SAP2000建立了9种工况下的连续梁桥有限元分析模型,选取36条典型地震动记录为输入,考虑支座和桥墩的非线性行为,进行了桥梁非线性时程分析,在此基础上首先建立了支座和桥墩两种构件的易损性曲线,随后利用一阶界限法合成了整座连续梁桥的易损性曲线,并讨论了不同支承方式对地震易损性的影响,同时验证了桥梁规模对地震易损性的影响规律。(4)通过统计整理近2 000座公路桥梁的详实震害资料,分别得到了拱桥和梁桥的主要震害类型,探讨了它们的发生概率与不同地震烈度的对应关系,分析了关键构件的破坏程度随地震烈度的变化规律。最后,以桥梁破坏等级和典型震害的形式分别提出了评定地震烈度的建议指标,并进行了对比分析和验证。     

公路桥梁地震易损性和震后恢复过程

采用专家调查的方式,统计的我国各种主要公路桥梁在不同烈度的地震发生后可能遭受的结构破坏和功能损失,以及地震发生后所需要的恢复时间。通过分析,给出了大、中、小种规模的斜拉、悬索、板梁式和拱式桥梁的结构破坏概率矩阵、设施损失率、功能损失率分布、损失功能恢复所需要的时间和桥梁在遭受破坏期间所损失的工作日数,并将研究结果与唐山地震之后的实际调查结果进行了对比,得到了一些有益的结果。     

隧道工程地震易损性分析研究综述与展望

易损性分析是隧道工程领域防震减灾研究的重要方法。首先,详细综述了国内外隧道地震易损性研究历史与现状;其次,归纳了国内外隧道地震易损性分析主要方法,并总结了各种方法的实际适用性;接着,提出了隧道地震易损性评估步骤,并且讨论了以数值模拟为主要手段的理论易损性曲线建立中的3个关键内容:(1)输入参数确定;(2)破坏状态分级;(3)相关不确定性参数计算;最后,指出该领域一些亟待解决的问题和未来研究发展的方向。结果表明:隧道地震易损性分析能通过考虑相关不确定性因素,反映了隧道在地震荷载作用下的性能,有利于未来的风险评估和损失估算,对基于性能的隧道抗震设计的发展具有重要意义。     

基于汶川地震调查的公路桥梁震害矩阵研究

研究发现汶川地震公路桥梁震害调查数据中低烈度区(Ⅵ度和Ⅶ度区)桥梁数量,相对于高烈度区而言,不够全面详实,大量缺乏对完好桥梁的记录,基于调查数据建立的震害矩阵与实际情况有较大偏差。为提高其可靠性,在缺乏相关资料的背景下,认为灾区场地条件类似,按照桥梁调查数量与烈度区面积相关的原则对低烈度区的调查数据予以补充。之后,制作出各地震烈度下的破坏概率直方图,通过拟合常见的几种经验分布函数对公路桥梁震害矩阵进行了改进。     

地震作用下公路桥梁碰撞的半主动控制研究

针对地震作用下公路桥梁的碰撞问题,采用接触单元法模拟桥梁之间的碰撞作用,并在此基础上研究了采用磁流变阻尼器的公路桥梁碰撞的半主动控制方法。通过对某公路桥梁的数值模拟发现,地震作用下桥梁之间的相互碰撞,将大幅增加桥梁的绝对加速度响应。采用磁流变阻尼器的半主动控制系统能够较好地降低结构的地震响应和消除地震作用下的碰撞。     

地震易损性分析方法研究综述

结构的地震易损性分析对于预测结构的抗震性能、进行结构的抗震设计、加固和维修决策具有重要的应用价值。本文将对近几十年来地震易损性评估方法领域内的重大发展做全面综述,并对易损性分析方法的类别和优缺点及其应用作了总结和讨论。     

建筑结构地震易损性分析研究综述

地震易损性是指在不同强度水平的地震作用下建筑结构发生各种破坏的条件概率。本文对地震易损性分析的发展历程进行回顾和总结,介绍了地震易损性的相关概念、研究目的和意义以及5个表达工具。随后,针对国内外学者对建筑结构的易损性分析方法开展了系统的梳理和分析,特别是从基于震害调查的经验分析法和基于数值模拟的理论计算法方面展开了重点综述,并简单介绍了一些不常用的方法。最后指出了国内外对建筑结构易损性分析研究的不足和未来的研究方向。     

海峡两岸公路桥梁抗震设计规范比较与研究

简要回顾了海峡两岸公路桥梁抗震设计规范的沿袭和发展,并以一典型桥梁为例,从抗震设防标准、抗震设防目标、水平向反应谱等方面对两岸现行的抗震规范进行了比较研究。研究结果表明,台湾地区抗震规范在抗震设防标准和抗震设防目标方面总体高于大陆地区的抗震规范;两岸抗震规范水平向反应谱形状相似,但台湾地区抗震规范在场地条件、结构周期、地震动强度、近断层效应等因素对水平向反应谱特征的影响考虑得更为全面和细致。因而可为大陆地区桥梁抗震规范的进一步修订、完善提供参考。     

基于公路桥梁震害的烈度评定研究

汶川地震积累了大量公路桥梁的震害资料,这为开展公路桥梁震害与地震烈度的相关性研究奠定了基础。本文整体介绍了汶川地震公路桥梁的震害情况,通过统计整理近2 000座桥梁的震害资料,分别得到了拱桥与梁桥的主要震害类型,并探讨了它们的发生概率与不同地震烈度的对应关系,还分析了关键构件的破坏程度随地震烈度的变化规律。最后,基于桥梁破坏等级和典型震害的形式分别提出了评定地震烈度的建议指标,并进行了对比分析。     

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。     

建筑物地震易损性分析研究

本文系统地总结了近几十年来结构地震易损性分析及地震破坏损失预测的发展 ,指出了建筑物地震易损性分析存在的一些重要问题 ,如缺乏震害经验的建筑物地震易损性估计、采用地震动参数进行建筑物地震易损性估计等问题。本文重点研究了理论计算的易损性估计方法 ,给出了对于不同地震动建筑物出现或超越不同状态的概率 ,将多层砖房的理论易损性估计结果同实际震害资料进行了对比 ,并对经正规设计但缺乏震害经验的高层建筑地震易损性进行了估计。另外 ,本文也着重研究了以地震动峰值加速度及反应谱作为地震动输入参数时的结构地震易损性分析方法…     

5•12汶川地震中山区公路桥梁震害及启示

桥梁结构的振动特性受场地条件及土—结相互作用影响显著,为提高桥梁结构的抗震性能,减少因结构破坏而产生的经济损失,进一步开展考虑场地土体非线性以及土—结相互作用对桥梁结构地震反应影响的研究工作十分必要。本文以一典型桥梁结构为例,着重介绍了美国太平洋地震工程研究中心基于性能的桥梁有限元模拟平台BridgePBEE应用中所涉及的地震动选取、桥梁结构建模、土体本构选择以及基于构件的桩—土—桥梁结构体系损伤评估方法,为研究震后桥梁结构经济损失分析方法提供可行性方案。     

震后公路桥梁通行能力快速评估技术研究

针对我国地震应急指挥和抗震救灾工作的实际需要,在地震应急基础数据库的支持下,对震后公路桥梁通行能力的快速评估技术进行了研究.以唐山、海城等地震的桥梁震害资料为基础,分别建立了梁桥和拱桥的易损性模型,同时建立了一套单体桥梁损伤程度和对应通行能力的简便判断方法,可以估计出震后常见公路桥梁的通行能力指标.     

汶川大地震公路桥梁震害初步调查

2008年5月12日我国四川省汶川县发生8级大地震,造成大量公路桥梁破坏。本文详细介绍了百花大桥、小鱼洞大桥、庙子坪大桥、龙尾大桥等9座典型公路桥梁的震害情况及原因。这个地区的桥梁主要为桥面连续简支梁桥,支座多为直接搁置的板式橡胶支座,地震中稳定性较差,主梁与桥墩连接较为薄弱,更多地发生横、纵向移位,乃至最终落梁。这种薄弱连接一定程度上降低了桥墩的地震荷载,总体上看桥墩震害较轻,但从破坏的桥墩、拱肋、盖梁来看,直接剪切或形成弯曲塑性铰后的剪切破坏较为多见。提出了公路桥梁抗震设计若干建议,涉及桥台抗震稳定性及强度校核、曲线梁桥和高墩桥梁设计、支座及防落梁措施设计、桥墩及构件延性设计、场地液化等多个方面。强调了抗震构造措施能够维持公路桥梁大震后应急通行功能的"最强设计原则"。     

昆明经济技术开发区场地地震易损性分析

通过对昆明经济技术开发区的地质构造，场地工程地质环境，砂土液化判别以震害预测的综合研究，进行了区内的场地地震易损性分析。根据计算出的地震易损性指数，结果表明，可将研究区划分为两个震害程度不同的区域。     

中山市交通系统地震易损性分析

交通系统地震易损性分析主要是针对系统中的道路、桥梁及路边建筑破坏的影响。分别采用经验统计法、单体桥梁分析方法、瓦砾堆积物计算方法得到了各自对应的道路路段通行概率,而这三个因素共同构成了道路路段的最终通行概率,通过Monte-Carlo算法即可得出交通系统连通可靠性。根据分析结果寻找薄弱环节,为制定相应的防震减灾对策提供依据。     

铁路桥梁抗震规范与新版公路桥梁抗震规范的比较

2020年6月交通运输部发布了新版《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T 2231-01-2020）（简称"《公规》"）。本文比较了现行《铁路工程抗震设计规范》（GB 50111-2006）（2009年版）（以下简称"《铁规》"）与《公规》的抗震设计相关内容,并分别采用两本规范对25m墩高（D类）、35m墩高（C类）和40m墩高（B类）简支梁进行抗震设计,比较二者地震力和配筋设计结果差异。结果表明:《公规》和《铁规》的抗震设计框架和内容基本一致,在具体规定上如E2或罕遇地震设计最大加速度响应值以及桥墩强度和延性验算方法等方面不同;D类桥梁《铁规》地震力明显大于《公规》,C类和B类桥梁《铁规》和《公规》地震力相当;地震力相同时,《铁规》配筋率计算值大于《公规》,因《铁规》配筋设计基于容许应力法,而《公规》基于极限状态法。     

多层住宅砖房的地震易损性分析

本文采用概率方法借助于拉丁超立方采样技术和非线性地震反应过程分析对多层住宅砖房的地震易损性进行分析。其分析样本是根据多层住宅砖房目前常用设计参数值的范围选定参数的代表值，并由这些代表值构成的；分析中考虑了地震荷载、结构反应和结构承载力的不确定性。易损性曲线分别对五个不同结构破坏程度的极限状态给出。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。