考虑变量相关性的桥梁时变地震易损性研究

为研究变量相关性对桥梁时变地震易损性的影响,引入Nataf变换和均匀设计,提出了一种考虑变量相关性的桥梁时变地震易损性分析方法。以一多跨连续梁桥为研究对象,基于OpenSees建立其非线性分析模型,考虑氯离子侵蚀引起的钢筋直径及面积的退化,基于OpenSees截面非线性分析及单条地震波的非线性地震响应分析,探讨了氯离子侵蚀对桥梁抗震能力和地震需求的影响。然后,考虑桥墩、铅芯橡胶支座(LRB)、板式橡胶支座(PETB)和桥台等构件的地震损伤,建立了桥梁时变地震易损性曲线;最后,针对结构参数变量相关性对桥梁抗震能力、地震需求和时变地震易损性曲线的影响进行了定性分析。研究结果表明:①氯离子侵蚀会导致桥墩截面极限抗弯承载能力下降,而截面极限曲率、延性能力却略有提升;②考虑由氯离子侵蚀引起的纵筋锈蚀后,桥梁墩底截面弯矩需求有一定程度的下降,而墩顶位移和墩底截面曲率延性需求却有所增大,桥梁在不同损伤状态下的损伤超越概率会随服役时间的增加而增大;③该方法可较好处理结构参数变量相关性,并且考虑变量相关性后,在全寿命设计基准期内,桥墩截面极限抗弯承载能力有所提升,而墩顶位移、墩底截面弯矩和曲率延性需求则有一定程度的下降;④忽略变量相关性条件的影响,可能会高估桥梁结构的时变地震易损性。     

近场旋转地震波对多跨高墩连续刚构桥地震易损性的影响

为研究近场旋转地震波对多跨高墩连续刚构桥易损性的影响，以某五跨高墩连续刚构桥工程实例为研究对象，首先基于改进云图法，从太平洋地震工程研究中心强震数据库中选取100条近场平动地震波，并采用频域法合成旋转地震波；然后，选取桥梁设计参数随机变量，采用拉丁超立方法抽取100个样本点并随机组合后，采用OpenSees建立100个全桥有限元模型，开展近场平动地震波和近场平动+旋转地震波作用下的动力非线性分析，获得高墩关键截面曲率响应最大值；最后以截面曲率临界值为损伤指标，研究适用于近场平动+旋转地震波作用下易损性分析的地震强度指标，并开展地震易损性分析。研究结果表明：地震动强度指标PGD和Sd_max最适用于近场平动+旋转地震波作用下多跨高墩连续刚构桥易损性分析；近场旋转地震波显著增大了多跨高墩连续刚构桥的损伤概率，忽略旋转地震波的影响将严重低估多跨高墩连续刚构桥的损伤概率，并且采用截面曲率作为损伤指标无法较好地反映扭转分量地震波引起的损伤。该项目研究成果对更为全面了解多跨高墩连续刚构桥桥梁的抗震性能、完善桥梁抗震设计及加固理论具有重要意义。     

考虑PSI的深水高墩大跨桥梁地震易损性分析

以某深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑桩-土相互作用(PSI)、动水压力以及二者联合作用效应的影响,基于OpenSEES源代码分析平台建立有限元模型,随机选取100条近场地震波来考虑地震动输入的不确定性,以峰值地面速度(PGV)作为地震动强度参数,然后分别以墩顶、墩底曲率以及支座相对位移作为损伤指标,建立了桥梁不同构件的概率地震需求模型和地震易损性曲线,对深水桥梁的抗震性能进行了分析和评估。研究结果表明:深水桥梁的动水压力效应会增大桥墩的地震失效概率,但支座的失效概率会略有降低;考虑桩-土相互作用时墩底截面和支座的失效概率会有所减小,但墩顶的失效概率会有所增加;动水压力和桩-土相互作用均对支座易损性的影响相对较小;动水压力对高墩桥梁易损性的影响比桩-土相互作用要大。     

基于概率性地震需求模型的桥梁易损性分析

采用概率性地震需求分析方法,建立了汶川地区典型简支梁桥的分析型地震易损性模型。基于汶川地震桥梁震后调查资料,评估了桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成一系列桥梁的有限元模型样本。利用汶川地震实测地震波对所建立的桥梁有限元模型进行非线性动力时程分析,并记录每一组分析中桥梁构件的地震峰值响应,通过回归分析建立地震动强度和桥梁构件地震需求之间的关系。在确定桥梁不同损伤状态对应的构件极限状态后,基于对数正态分布假设生成不同损伤状态对应的地震易损性曲线,最后基于可靠度理论计算得到桥梁系统易损性的上下确界。生成的地震易损性曲线可以进一步用于地震风险评估和震后加固优先级决策。     

规则连续梁桥地震易损性研究

基于位移延性比探讨规则连续梁桥在不同损伤状态下的结构性能控制指标;基于OpenSees平台采用纤维模型建立结构动力分析模型,选取100条强震记录通过非线性时程反应分析计算结构地震易损性曲线。研究不同墩高、支座形式及配箍率对结构地震易损性影响,结果表明,连续梁桥的地震易损性受延性发育程度影响较大,发生中等与轻微破坏概率较相近,对严重破坏有较好的耐损性;结构耐损性随墩高的增大而增加;采用板式橡胶支座可显著提高矮墩桥梁的耐损性,对高墩则有限;配箍率对结构早期损伤影响较小,对防倒塌能力影响较大。     

基于多元Copula函数的桥梁体系地震易损性分析方法研究

为了考虑桥墩、支座等构件地震需求之间相关性,引入多元Copula函数对构件地震需求之间的相关结构进行描述,提出了桥梁体系易损性分析的新方法。基于增量动力分析结果建立了单个构件的易损性,采用核光滑方法对各构件的边缘分布函数进行估计;基于离差平方和最小准则和最小距离法对多元Copula函数进行了参数估计及优选;结合单个构件的易损性及多元Copula函数,建立了桥梁体系的易损性曲线,分析了构件地震需求之间相关性对桥梁体系易损性的影响。结果表明:桥墩、支座等构件地震需求之间的相关性对桥梁体系易损性影响显著;基于离差平方和最小准则构造的多元Copula函数,能够准确描述构件地震需求之间的相关结构,有效降低桥梁体系易损性分析的难度。     

桥梁系统地震易损性分析的混合Copula函数方法

为了在桥梁系统易损性分析中考虑构件地震需求之间相关性的影响,采用贝叶斯加权平均方法构造混合Copula函数,将构件地震需求之间的相关结构和各构件的边缘分布函数进行分离;结合增量动力分析,建立了桥墩、支座等单个构件的易损性曲线及联合分布函数,提出了考虑构件地震需求相关性的桥梁系统易损性分析方法。结果表明:混合Copula函数能够准确描述构件地震需求间上、下尾相关并存的非对称相关结构,简化构件地震需求联合分布函数的建模过程;与Monte Carlo抽样方法相比,二者得到的桥梁系统易损性吻合良好,且混合Copula函数方法避免了大量的数值抽样,显著提高系统易损性分析的计算效率。     

桥梁系统地震多维易损性分析

综合考虑地震地面运动以及性能极限状态的不确定性,提出了基于多地震需求参数分析的桥梁系统易损性评估方法,将易损性概念从一维扩展到多维。该方法首次提出服从多元对数正态分布的概率地震需求模型探讨桥梁体系各构件响应相关性,同时考虑各构件性能极限状态的相关性建立多维性能极限状态方程,确定结构失效域,通过MonteCarlo模拟计算系统多维地震易损性。以某一钢筋混凝土多跨连续梁高速公路桥为算例,通过非线性动力分析法获得最大响应样本,利用最大似然估计求得概率地震需求模型未知参数,计算体系多维易损性,并与构件易损性相比较。结果表明:桥梁体系多维易损性较构件易损性偏大,可避免用单一构件易损性代替系统易损性产生的非保守估计,预测结果更利于工程安全,为桥梁修复加固和交通系统可靠性分析提供理论依据。     

桥墩地震易损性对地震波反应谱概率分布的敏感度EI北大核心CSCD

在基于性能的地震工程学理论(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)中,正确选择输入地震波进行结构动力分析对计算结果的精确性具有显著影响。因此,合理选择一座钢筋混凝土单墩模型以及两组实际地震波,通过增量动力分析方法,获得桥墩结构地震易损性对于反应谱概率分布特性特别是离散度的敏感性,分析结果显示:地震波反应谱的离散度及其概率分布对于桥墩结构的地震需求预计、工程需求参数危险性曲线、地震易损性曲线等概率统计分析结果影响显著,具有密切相关性;但桥墩抗震能力的离散度同样对地震易损性曲线具有较大影响,甚至会削弱地震波反应谱离散度的影响。因此,对于以全概率理论为基础的PBEE,应尽量选择实际地震波进行结构动力分析,并尽可能使所选地震波的反应谱概率分布符合实际的地震环境,才能显著提高计算结果的精确性和计算效率。     

多点激励下非规则高墩曲线桥梁地震响应试验研究

根据结构模型振动台试验相似理论和大跨结构多点激励理论,以某非规则钢筋混凝土高墩曲线连续梁桥为研究对象,建立缩尺比为1∶20的桥梁结构试验模型,研究该非规则曲线桥梁模型在地震波多点激励作用下结构的地震响应规律。研究表明:随着地震波强度等级增大,非规则曲线桥梁结构一阶频率下降速度先快后慢,阻尼基本呈线性增加;非规则曲线桥梁结构地震响应具有明显的空间性;局部地形效应对曲线桥梁结构地震响应有放大作用;不同频谱地震波对非规则曲线桥梁结构地震响应影响各异,且差别较大。因此,在非规则高墩曲线梁桥结构抗震分析中应考虑多点激励效应的影响。     

高强钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究与分析

通过拟静力试验研究配置高强钢筋混凝土桥墩的抗震性能。分析桥墩试件的破坏形态,对往复荷载作用下桥墩试件的滞回特性、承载能力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标进行比较研究。分析轴压比、剪跨比、箍筋间距及钢筋强度等对抗震性能的影响规律。研究表明:配置高强钢筋混凝土桥墩试件的破坏形态与配置普通钢筋的混凝土桥墩的一致,剪跨比较小的桥墩变形能力有限,呈弯剪破坏形态;剪跨比较大的桥墩变形能力较大,呈弯曲破坏形态。提高轴压比虽能提高试件的承载能力,但使其抗震性能指标降低,不利于桥墩抗震。提高钢筋强度和加密箍筋能提高其各方面的抗震性能指标,有利于结构抗震。     

考虑不均匀腐蚀影响的钢筋混凝土桥墩抗震性能研究EI北大核心CSCD

对于剪跨比较小的钢筋混凝土桥墩,近海环境下的腐蚀可能会改变结构破坏形态,研究箍筋纵筋同时腐蚀对抗震性能的影响十分必要。采用电化学加速腐蚀方法制备了4个剪跨比为2、不同腐蚀程度的桥墩,通过振动台试验研究腐蚀对桥墩抗震性能的影响。在地震激励作用下,对桥墩的破坏形态、自振周期、阻尼比、加速度和位移响应、累积残余位移及地震耗能能力等方面进行了分析。试验结果表明:随着地震强度的增大,腐蚀构件的耗能能力降低,抗震性能退化明显;无腐蚀桥墩的最终破坏形态是弯曲破坏,而腐蚀程度较为严重的桥墩在加载后期表现为纵筋过早屈服,部分箍筋无法为试件提供足够的抗剪承载能力,试件最终呈现出弯剪破坏形态。     

钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁非线性地震响应分析

以干海子大桥第二联为原型,建立基于纤维单元的三维有限元简化模型,分析该钢管混凝土组合桁 梁-格构墩轻型桥梁在地震作用下的响应特性,讨论进入非线性后桥墩屈服顺序和内力重分布效应。通过与精细有限元模型、实桥测试、振动台试验比较验证了该文建立的简化单梁计算模型的正确性。以桥墩柱肢钢管边缘应变为判断标准,确定了水平最不利地震动输入方向为两端支座连线的法线方向,同时需要考虑竖向地震动的影响。通过地震响应分析表明,在设计地震动下桥梁处于弹性状态;进入塑性后,格构墩和复合墩以面内受力为主,轴力增幅小于地震动增幅,墩顶位移增幅大于地震动增幅;复合高墩面内弯矩增幅大于矮墩,有利于全桥的抗震。     

考虑锈蚀黏结退化的钢筋混凝土桥墩抗震性能分析

受氯离子腐蚀作用影响,钢筋混凝土结构的抗震性能在其服役期内会发生退化。以钢筋混凝土桥墩为例,采用OpenSees有限元软件模拟了非锈蚀足尺桥墩的振动台试验以及锈蚀缩尺桥墩的拟静力试验结果,后者引入了氯离子腐蚀作用模型,同时考虑了桥墩的纵筋力学性能衰减以及粘结退化问题。随后基于概率地震需求模型对足尺桥墩的三种纵筋腐蚀工况进行了易损性分析。研究结果表明:采用非线性梁柱单元与零长度截面单元串联方式建立的数值模型能够有效模拟钢筋混凝土桥墩的足尺振动台试验结果和缩尺锈蚀拟静力试验结果;当纵筋腐蚀率较小时,纵筋的性能退化对墩顶最大位移影响不大,但基底剪力和基底弯矩下降明显;轻微破坏状态下,桥墩的抗震性能受纵筋锈蚀的影响不明显,随着破坏程度的加深,纵筋锈蚀对桥墩抗震性能的影响逐渐显著,较小的腐蚀率能导致桥墩的破坏概率发生较为明显的提高。研究内容可为考虑全寿命周期内性能退化的钢筋混凝土结构抗震设计提供参考。     

钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁振动台阵试验研究

为了研究钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁的抗震性能,以干海子大桥为原型,设计制作了几何缩尺比例1∶8的两跨钢管混凝土组合桁梁-格构墩试验模型,利用福州大学地震模拟振动台台阵系统,采用实桥的设计地震波,进行了该轻型桥梁的基本动力特性试验、抗震性能试验及破坏特性研究。结果表明,模型实测频率和位移与实桥满足相似比关系;在横向或纵向地震作用下,桥墩格构式区域加速度放大效应明显,减小了主梁混凝土顶板的加速度响应;相同强度下,横桥向地震作用桥墩应变大于纵桥向地震作用,同时可以不考虑纵、横向地震力共同作用。在设计地震动作用下,墩顶位移满足位移限值的规定;模型未出现开裂和破坏现象,表明钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁具有良好的抗震性能。     

LRB隔震桥梁减震效果分析

分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能,首次把支座和桥梁结构纳入至一个系统中,并考虑其相互影响和相互作用。利用大型通用结构分析软件(ANSYS),对采用铅芯橡胶支座(LRB)隔震的桥梁输入了多条实际地震波进行时程分析,系统地讨论了隔震桥梁的减震性能,得出了一些有意义的结论。     

连续梁桥锁死销减震机理及影响参数研究

连续梁桥为满足温度荷载引起的变形需求,一般只设一个固定墩,这致使在地震作用下上部结构的纵向地震荷载只由固定墩承担,这极易引起固定墩和伸缩缝破坏,甚至造成引桥落梁。针对这一问题,提出利用滑动墩的抗震潜能,协同固定墩共同承受地震作用的思想,研发了一种以地震动加速度激活的锁死销装置,通过在墩梁间设置锁死销实现在地震时限制滑动墩和梁体的相对位移,使滑动墩和固定墩协同受力,减小结构的整体地震响应,并以具体工程为例,分析了锁死销的减震原理及其参数对减震效果的影响。研究表明,在滑动墩上设置锁死销可以有效地减小固定墩和梁体的纵向地震响应,明显提高连续梁桥的整体抗震性能;其减震效果受锁死销加速度激活阀值和锁死间隙等参数影响较大。     

弹塑性Winkler地基上双柱式桥墩的地震反应

浅平基桥墩在承受强震作用时,其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态。要精确模拟上述两个问题是非常复杂的。分析中地基采用了能考虑基础提离及地基塑性的弹塑性Winkler地基模型,钢筋混凝土墩柱采用了武田三线型滞回模型。采用1940ElCentro地震记录作为输入,对双柱式浅平基桥墩进行了非线性时程分析。研究结果表明,基础提离和地基塑性对双柱式桥墩的地震反应具有重要影响。与线性分析相比,考虑基础提离和地基塑性后,双柱式桥墩的位移增大,内力减小。在设计中允许地基发生提离和屈服对于保护桥墩是有利的。     

氯离子侵蚀下低矮RC剪力墙抗震性能试验研究

基于人工气候环境模拟技术,对5榀低矮RC剪力墙试件进行加速腐蚀试验,继而对其进行拟静力加载试验,研究氯离子侵蚀下锈蚀程度对低矮RC剪力墙承载能力、变形能力及剪切变形占总水平位移比等的影响规律。结果表明:在氯离子侵蚀作用下,低矮RC剪力墙沿暗柱纵筋方向的裂缝数量较暗柱箍筋和分布筋多,宽度更宽;当水平分布筋锈蚀率从0%增大到16.56%时,试件承载能力、总体变形能力、延性等方面则均有不同程度的退化,其中承载力削弱了12.6%,延性降低了23.0%,且开裂、屈服和峰值特征点下剪切变形占总水平变形比均逐渐增大,三个特征点平均剪切变形占比从22%提高到36%,破坏时剪切破坏特征愈加明显。该文所得研究成果可为氯离子侵蚀作用下锈蚀低矮RC剪力墙构件的抗震性能研究和含低矮RC剪力墙结构的全寿命周期抗震性能评估提供理论支撑。     

基于非线性静、动力方法的RC简支梁桥连梁装置参数优化研究

连梁拉杆装置是防止强震下RC梁式桥纵向落梁的有效措施,需要对其合理刚度取值进行研究。以典型的铁路RC简支梁桥为对象,采用基于FEMA440性能点轨迹法的能力谱分析方法,以现行《铁路工程抗震设计规范》设计谱及汶川地震动为需求,讨论了不同的场地类型和设防烈度下连梁拉杆的最优刚度分布。研究表明,场地类型对连梁装置刚度取值无显著影响,在8度罕遇烈度设防的四种场地下,连梁装置的刚度均可在0.05~0.15倍的梁体线刚度范围内取值,可有效抑制墩、梁相对位移及桥梁整体地震响应。设防烈度对刚度取值有显著影响,当PGA不超过0.2g时,可不予设置;当PGA为0.4g和0.6g时,连梁拉杆的合理刚度可分别取为0.1倍和0.2倍的梁体线刚度。采用非线性动力时程方法验证了上述结论的合理可靠性,可供桥梁抗震设计及规范修编参考