不同约束体系曲线梁桥震害调查及损伤模式分析

为明确地震作用下曲线梁桥震害成因、结构传力机制及薄弱部位,对采用不同约束体系的曲线梁桥进行震害调查及损伤模式分析。归纳总结了汶川地震中采用不同约束体系的曲线梁桥震害;采用非线性时程方法,对比分析了不同水平地震动作用下不同约束体系曲线梁桥构件损伤状态及损伤顺序,探讨了不同约束体曲线梁桥传力机制及耗能机制。研究结果表明:曲线梁桥典型震害主要表现为主梁刚体移位,并伴有转动,主梁移位易导致其与桥台、挡块等发生碰撞,抗震分析中应考虑主梁双向碰撞效应的影响;约束体系为桥梁系统关键薄弱部位,在地震作用下易发生损伤,可将其设计为"保险丝式"单元;不同约束体系曲线梁桥的震害表现及传力机制差异明显,主要取决于约束体系的力学特性,对于采用橡胶支座的桥梁应设置合理限位装置,设置固定墩的桥梁应加强桥墩塑性铰区设计。     

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。     

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。     

框架结构群体震害易损性快速评估研究

钢筋混凝土框架结构作为城镇中使用最广泛的建筑之一,在汶川地震中不同使用用途框架表现的抗震能力差异较大,因此建议在地震震害评估中,应将结构按结构型式和使用用途进行分类。在此分类基础上,研究出一种简便实用的地震群体易损性分析方法,不需要了解结构详细力学参数,影响结构抗震能力的主要因素参数从房屋普查资料中即可获得,将模糊相似理论引入到群体易损性分析中,并与能力谱方法相结合应用于框架结构中,可在震后第一时间快速评估出不同使用用途的框架群体的震害情况,分析结果满足精度要求。最后,以某地区工业类框架结构为例,得到了该类框架结构的易损性矩阵,验证了方法的实用性和准确性。     

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     

双向水平地震下7度区框架结构的“强柱弱梁”措施

结合汶川地震中钢筋混凝土框架结构的塑性铰普遍出现在柱端的震害现象,重点研究了"强柱弱梁"措施和"超烈度"对结构抗震性态的影响。按中国规范分别设计7度0.1 g区和0.15 g区三级抗震规则空间框架,并采用逐渐增大的"强柱弱梁"措施,对两类7度区框架各形成5个算例结构。在Open Sees平台上,计算框架在双向水平地震作用下的非线性反应。结果表明,抗震规范GB50011-2001给出的三级抗震的"强柱弱梁"措施取值明显偏低,在罕遇地震作用下7度0.1 g区框架塑性铰数量少、基本为柱铰,7度0.15 g区框架塑性铰数量较多、梁铰少。抗震规范GB50011-2010提高柱端弯矩增大系数取值后,结构的塑性铰分布规律基本没有改善。按抗震规范GB50011-2001设计的7度区空间框架在"超烈度"地震波作用下的损伤特征是塑性铰普遍出现在柱端,与汶川地震的震害现象一致,7度区框架的梁端地震组合弯矩小、现浇板钢筋影响幅度大、"强柱弱梁"措施过低、结构遭遇"超烈度"共同导致了该危险的塑性铰分布特征。     

RC框架核心筒结构的地震易损性研究

为研究高层RC框架核心筒结构的地震易损性,设计9榀相同层高但不同跨度和地震设防烈度的典型结构模型。考虑地震动输入的不确定性,采用Perform-3D对其进行弹塑性动力时程分析得到结构地震响应,进而结合我国抗震规范对框架核心筒结构体系性能水平限值要求建立相应的地震易损性曲线,对比分析了不同跨度和设防烈度下结构的地震易损性差异;结果表明:较低设防烈度结构的地震易损性曲线差别不明显,而较高抗震设防烈度下结构的地震易损性曲线差别显著;在相同设防烈度下,随着结构跨度的增加其地震易损性曲线变化不大,从一个方面验证了结构设计的不确定性对其地震易损性的影响较小。研究为进行城市高层建筑结构的地震灾害损失评估提供了理论依据。     

高烈度区连续梁桥减震的粘滞阻尼器参数分析

连续梁桥应用广泛,其损害占据桥梁工程地震灾害中的重要部分,有必要对连续梁桥进行专门的抗震设计,而安装粘滞阻尼器是改善桥梁结构抗震性能的有效手段之一。本文以位于地震高烈度区的太白大桥为例,通过有限元计算研究了设置粘滞阻尼器对预应力混凝土连续梁桥地震响应的影响,并重点针对阻尼器的阻尼系数和速度指数进行了参数分析。结果表明：设置阻尼器后,固定墩墩底弯矩、边墩主梁相对位移都显著减小;各墩受力更趋均匀;阻尼器阻尼力随阻尼系数C增大而增大,随速度指数α增大而减小。所得结论可供高烈度区连续梁桥的减震设计参考。     

桥梁的抗震设计方法分析

我国为地震多发区,近100年超过7级地震就发生过15起,我国有41%的国土地震基本烈度在7度及以上地区。地震作用对桥梁结构影响较大,会给桥梁带来无法修复的损伤。本文结合以往设计经验及汶川地震桥梁破坏结果,分别阐述5种桥梁破坏形式以及在进行桥梁抗震设计中,采用何种方法来提高桥梁在地震作用下的抗震等级。通过本人的一点见解,希望对于桥梁设计人员能够起到帮助。     

基于LSSVM的重力坝地震稳定易损性分析

提出了一种基于最小二乘支持向量机的易损性分析方法,将有限元数值计算的结果作为学习样本,建立最小二乘支持向量机模型,进而进行Monte Carlo仿真,获得结构的易损性曲线,在保证计算精度的同时,提高了计算效率。采用该方法对某重力坝挡水坝段进行了动力稳定易损性分析,并对主要参数进行了敏感性分析。结果表明,该坝段能够保证设计地震作用下的动力抗滑稳定性,且有较大的安全裕度。     

Mechanistic quantification of RC bridge damage states under earthquake through fragility analysis

Risk assessment of infrastructure systems plays an increasingly important role in their plan, design, maintenance, retrofit and life-cycle cost evaluation taking into consideration their vulnerability to natural, technological and terrorist hazard. This paper develops a mechanistic model for seismic damageability of concrete bridges in the form of fragility curve in such a way that the model can be calibrated with the empirical fragility curves constructed on the basis of the damage data from the 1994 Northridge earthquake. As often observed from this and other destructive earthquakes, bridges are one of the most vulnerable components of a highway network system subjected to earthquake ground motion. For this reason, bridge damageability information in a succinct from as fragility curve is needed to pursue the seismic risk assessment of a highway networks consisting of as large as thousands of bridges that can be affected by a high magnitude earthquake with in and near the service area of the network.     

桥梁结构地震易损性研究进展述评

随着基于性能的地震工程全概率决策框架的提出,要求从概率的角度对桥梁结构的抗震性能进行评估,结合结构地震响应分析和结构损伤分析的地震易损性分析受到广泛关注。为了促进国内桥梁结构地震易损性研究的发展,首先回顾了易损性研究的历史阶段与发展过程,评述了国内外桥梁结构地震易损性的研究现状;在此基础上介绍了地震易损性分析的基本原理和研究方法:分别从经验型、理论型以及经验-理论相结合的角度详细介绍了常用的易损性分析方法和一般过程,指出了当前研究中遇到的问题以及存在的局限性;最后,对桥梁结构地震易损性的应用前景和发展方向进行了展望。总结既有研究成果表明,环境因素、地震动、场地条件以及桥梁自身参数等的不确定性问题,地震动强度参数和结构能力指标的合理选择问题,各主要构件之间的相关性及其对桥梁结构整体抗震性能的贡献问题等都是桥梁结构地震易损性研究领域的重要内容。此外,对于更为复杂的情况,包括液化或特殊场地以及特殊大跨度桥梁等的研究,都将对桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。     

基于改进响应面法的公路简支梁桥地震易损性分析

针对典型公路简支梁桥提出了一种基于改进响应面方法的易损性模型建构流程。在充分考虑结构和材料等桥梁参数不确定性基础上,基于Plackett-Burman设计方法生成一系列试验样本。采用OpenSees软件进行非线性动力时程分析,比较输入参数对地震响应的贡献,筛选出影响桥梁地震响应的显著性参数;进一步针对显著性参数进行中心复合设计并设计出一系列桥梁样本,基于非线性时程分析结果,建立桥梁各构件在不同的地震动强度下的响应面模型,并采用蒙特卡罗抽样方法计算得到桥梁构件的易损性曲线。假定简支梁桥系统为串联系统,计算生成全桥的易损性曲线。针对相同的桥梁样本,以非线性增量动力分析法生成的易损性曲线为基准,对传统响应面法与改进响应面法计算得到的易损性结果进行比较。结果表明:改进的响应面方程可以高效地替代复杂的非线性时程分析,提高了地震易损性分析的计算效率;构建的易损性曲线能够在较大的地震动强度范围内确定桥梁的损伤构件,帮助桥梁管理部门制定相应的震后加固优先级决策,具有一定的工程应用价值。     

公路斜交梁桥地震易损性模型研究

采用增量动力分析方法建立公路斜交梁桥地震易损性模型并开展易损性简化计算方法研究。依据不同的墩柱形式、支承形式及新旧规范将公路斜交梁桥分成8种桥型,统计桥梁结构参数并采用随机抽样方法确定其相应取值,依此装配生成240个基准桥梁样本,同时进行斜交角度变换建构新的桥梁样本。基于增量动力分析方法对相同斜交角下桥梁样本进行分析并建立易损性模型,重点研究斜交角与易损性参数之间的关系。研究发现:易损性模型中位值大致随斜交角的增加而减小,对数标准差则呈相反趋势。以计算得到的易损性模型参数为样本,拟合提出适用我国斜交梁桥的中位值修正系数公式,同时给出对数标准差的建议值,进一步总结公路斜交梁桥地震易损性简化计算方法,结果可为后续斜交梁桥地震风险评估及加固规范修订提供参考依据。     

Seismic retrofit of existing highway bridges in Japan

This paper presents the current technical developments for seismic design and seismic retrofit of existing highway bridges in Japan. At first, the histories of the past seismic design codes, past seismic evaluation investigation, and past seismic retrofit practices for highway bridges are described. Then the damage caused by the 1995 Hyogo-ken Nanbu Earthquake and the lessons learned from the earthquake are briefly described. Finally, the seismic retrofit program after the Hyogo-ken Nanbu Earthquake is described with emphasis on research and development as well as field practice of the seismic retrofit of existing reinforced concrete highway bridges such as single column bent, wall-type pier, and multicolumn bents.     

汶川、芦山、鲁甸地震极震区地面运动破坏力对比及其思考

该文收集了汶川、芦山、鲁甸地震极震区的强震地面运动记录,并简要介绍了鲁甸地震的震害情况。以6组二维钢筋混凝土框架结构和1组三维钢筋混凝土框架为例,对比了这些地面运动对不同结构的破坏作用。分析结果表明,汶川地震极震区的地面运动破坏力最强,鲁甸地震次之,而芦山地震极震区的地面运动破坏力则明显较小。基于上述对比,对我国的地震应急响应依据、宏观烈度评定、地震动强度指标及工程抗震研究提出一些讨论和建议。     

多点地震激励下大跨连续钢构桥易损性分析

针对地震动存在行波效应、场地效应、不相干效应等因素,分析大跨连续钢构桥在一致地震激励输入响应时结构内力和变形会被偏估问题,考虑结构及地震动不确定性,采用蒙特卡罗方法建立一致激励与多点激励两种工况下大跨连续钢构桥-地震动系统随机样本。以桥墩位移延性比表示桥梁破坏状态阶段,对桥梁易损性进行分析,给出大跨连续钢构桥结构的易损性曲线,得到同样程度破坏的多点地震激励与一致地震激励下加速度峰值关系。     

Construction of Benten Viaduct,rigid-frame bridge with seismic isolators at the foot of piers

`Benten Viaduct' is one of the reconstructed bridges of Hanshin Expressway Route 3, which suffered a significant damage during the Hanshin/Awaji Earthquake in 1995. This section had consisted of 8 bridges before the earthquake, but revived as an innovative structure, 19-span continuous rigid-frame bridge with seismic isolators installed underneath the steel piers. This paper reports the seismic isolation design and construction techniques of this innovative bridge structure, comparing the result of analysis with that of the vibration test using the actual bridge structure.