贝叶斯估计的桥梁结构地震易损性分析

地震易损性分析方法目前已成为评估桥梁结构抗震性能的重要手段,为弥补常用易损性分析方法的不足,提高易损性分析效率,引入贝叶斯估计方法,提出一种基于贝叶斯估计的桥梁地震易损性分析方法(简称BEM法),以某铁路高烈度地震区4跨典型铁路简支梁桥为工程背景,开展不同墩高简支梁桥的易损性分析。采用常用易损性分析方法,计算结果验证了BEM法的正确性,并开展了不同墩高简支梁桥的抗震性能评估,结果表明:BEM法弥补了常用方法的不足,在保证计算精度前提下提高了分析效率,大幅减少计算工作量,BEM法具有良好的稳定性,有着较好的工程应用前景。     

高墩大跨铁路桥梁构件三维地震易损性分析

针对目前桥梁易损性分析方法大多仅适用于一维地震作用下的分析局限性,构建了桥梁危险部位的三维地震损伤指标函数,运用结构可靠度理论和概率统计分析法,推导了三维地震下桥梁损伤破坏发生概率计算理论,建立了三维地震桥梁易损性分析方法.以西部地区某典型铁路刚构-连续梁桥为研究对象,基于云图法的计算结果,验证了三维易损性分析方法的正确性,并建立了桥梁构件全视角极坐标空间易损性云图,全面评估了桥梁构件三维抗震性能.分析结果表明:只进行桥梁结构纵、横向地震易损性分析,已无法真实有效地评估桥梁的实际抗震能力,应开展典型桥梁三维易损性分析.建立的桥梁构件全视角易损性云图可用于评估桥梁的抗震性能,为桥梁三维地震下的抗震设计提供依据.     

桥台背墙对连续梁桥地震易损性的影响

为探究桥台背墙对连续梁桥各主要构件地震易损性的影响,以一座四跨连续梁桥为例,使用OpenSees软件分别建立是否考虑桥台背墙的桥梁非线性模型。根据场地类型,从PEER数据库中筛选了100条地震波,对两模型分别进行计算,使用云图法建立各构件易损性曲线。研究表明：桥台背墙对连续梁桥的各构件抗震性能有显著影响;桥台背墙对各构件地震易损性的影响随着损伤程度的增大而增大,并在完全损伤状态,影响程度达到最大,桥墩易损性均值偏差达到85.5%;在各级损伤状态下,桥台背墙对桥墩的地震易损性影响最大。因此,建议在分析连续桥梁结构抗震性能时,考虑桥台背墙。     

非线性参数拟合的桥梁概率地震需求模型研究

针对云图法建立概率地震需求模型时部分工程需求参数(EDP)与地震动强度参数(IM)间不满足对数线性回归关系假设的问题,建立某三跨混凝土连续梁桥的3D有限元模型。采用IDA方法建立桥梁概率地震需求模型,并以IDA分析结果为基准,在同一地震动参数下,采用基于不同拟合方式的云图法建立概率地震需求模型并得到了结构在不同破坏状态下的易损性曲线。研究表明,当EDP与IM之间的数量关系不满足云图法对数线性关系基本假设时,选择恰当的非线性参数拟合方式可以显著提高云图法建立概率地震需求模型的精度。     

连续梁桥在主震-余震序列波下的地震易损性分析

地震通常以地震序列的形式发生,主震后通常会伴随余震。结构在主震中发生损伤后,即使较低震级的余震仍然会造成很强的结构破坏,并产生严重的后果。为了研究余震对于连续梁桥抗震性能的影响,本文采用易损性方法,以一座三跨连续梁为例,利用Open Sees程序建立三维有限元模型,选取并整合75条实测主震-余震序列波,分别在考虑余震及不考虑余震的情况下,使用云图法建立概率地震需求模型并计算其地震易损性,通过对比分析得到余震对结构地震易损性的影响。分析结果表明:余震会增大桥梁结构的地震需求及地震易损性,并且地震强度越大余震的影响也越大。因此忽视余震的影响往往会高估结构的抗震能力,在进行结构抗震设计时地震动输入应考虑主震-余震序列波。     

基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度研究

目前桥梁可靠度分析中缺乏对桥梁实际失效模式的分析和资料,使得传统的体系可靠度分析思路对桥梁进行评估带有很大的不确定性,因而本文根据桥梁结构可靠度理论与结构地震易损性的研究现状,并结合传统可靠度分析中的现有观念与常用方法,提出了基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度方法.该方法利用结构易损性分析的优势,根据选定的损伤准则来计算结构不同构件在随机荷载下的失效概率,能够给出结构各个构件的易损性曲线来判定出结构的最不利位置,从而为随后的结构体系可靠度分析提供便利.本文以地震荷载为例,给出了基于结构易损性分析思路的桥梁可靠度分析实例,以便具体地阐述这种思路.     

近断层地震下连续梁桥随机振动与易损性分析

由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本文提出了基于直接概率积分法的连续梁桥结构非线性随机振动响应与地震易损性准确、通用分析的新框架。发展直接概率积分法,准确高效地计算连续梁桥结构的随机振动响应;结合连续梁桥多种失效状态,根据动力可靠度的首次超越破坏准则,利用直接概率积分法对连续梁桥进行了地震易损性分析。最后,展示了近断层随机地震动激励作用下四跨非线性连续梁桥算例结果,验证了直接概率积分法的准确性特点。比较了近断层脉冲型和无脉冲地震动对非线性连续梁桥地震易损性曲线的影响。结果表明：近断层地震动的速度脉冲显著加剧了连续梁桥结构受到的地震破坏,增大了桥梁结构进入不同破坏状态的超越概率。     

建筑结构地震易损性研究综述及展望

基于性能的建筑结构地震易损性分析是评估建筑结构的抗震可靠度的基础,对建筑结构的震害预测,乃至建立以可靠度理论为基础的抗震设计规范皆具有重要意义.为促进我国现阶段建筑结构地震易损性分析理论的应用和发展,文中对建筑结构地震易损性分析方法、国内外的研究现状以及该领域尚存在的问题进行了较为全面的综述.首先,将建筑结构地震易损性分析方法进行了归类,总结出每种方法各自的适用特点及其优劣性,并详细论述了国内外目前在该领域的研究进展;然后,指出如何合理评估并准确量化各类不确定性对地震易损性预测精度的影响是结构地震易损性理论研究所面对的挑战之一;最后,结合当前我国在地震易损性研究领域尚存在的问题,提出今后进一步的研究方向.     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.     

空腹式连续刚构桥抗震性能评价

以一座在建的空腹式连续刚构桥为研究对象,采用SAP2000软件建立三维有限元模型,以桥墩的位移延性比为损伤指标,采用IDA法对结构进行地震响应分析。在结构地震易损性分析中,同时考虑了地震动和结构材料参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样法形成地震动-桥梁结构样本对,通过大量非线性计算得到了该桥在近场、远场地震作用下的易损性曲线。同时在此基础上进行了全桥在E1和E2水准抗震性能评价。     

随机桥梁地震可靠度分析的改进最大熵方法

为了对复杂非线性桥梁结构进行随机地震作用下的动力可靠度分析,基于最大熵原理,构建了一种高效的桥梁非线性地震可靠度分析方法。首先阐述了桥梁结构地震可靠度分析与极值分布估计的关系,将桥梁结构的地震可靠度分析转化为对应的极值分布估计;然后建立了复杂桥梁结构非线性地震响应极值分布估计的最大熵方法,针对现有的最大熵分布求解过程受初值影响较大、不容易收敛等问题,提出一种基于似然函数的最大熵分布求解方法,从而实现了桥梁结构地震响应极值分布和地震可靠度的高效求解;最后以一座典型的高墩大跨连续刚构桥为例,通过蒙特卡洛模拟验证所提方法的精度和效率,并将结果与核密度估计和对数正态分布拟合的计算结果进行对比分析。结果表明:基于似然函数的最大熵分布求解方法不仅能够获得全局最优解,而且求解过程不受初值的影响、具有较好的数值稳定性,所提方法能够对随机地震作用下桥梁结构地震响应的极值分布和动力可靠度进行精确估计;核密度估计和对数正态分布无法对小失效概率水平下结构地震响应的极值分布进行估计,建议采用最大熵方法对桥梁结构进行地震可靠度分析。     

大跨度桥梁施工控制结构分析计算方法

为了提高大跨度桥梁施工控制中结构分析计算的精度,提出将Kalman滤波法和正装分析法结合起来进行施工控制的分析计算.应用Kalman滤波法滤去施工和测量中的随机噪声,得到结构系统统计意义上无偏的最优估计值,再结合正装计算法预测最终的成桥状态,据此确定各控制点处的施工预抛高值.结合某钢管混凝土中承式拱桥桥道系的施工预抛高值的求解问题,对该方法进行了详细论述,并以通用有限元程序ANSYS作为平台编制了相应的计算程序.实践证明该方法计算精度高,具有一定的应用推广性.     

九度地震区高速铁路简支梁合理减隔震体系分析

为了得到九度地震区典型高速铁路简支梁合理减隔震体系,提出了一种桥址区地震危险性贡献参数分析方法,运用核密度估计理论推导了一种桥梁地震易损性计算方法,建立一种基于地震风险评估的铁路桥梁抗震分析方法。以渝昆高铁九度地震区典型32 m预应力混凝土简支梁为研究对象,选取5种组合减隔震体系作为比选对象,运用基于地震风险的桥梁抗震分析方法,全面评估了5种减隔震体系的适应性。结果表明：采用双曲面减隔震支座+榫形金属减震耗能装置+钢防落梁组合减震方案时,桥墩和支座的地震损伤风险发生概率可分别控制在6%和3%以内,方案可有效提高桥墩抗震性能,耗散地震能量,减少桩基地震力,同时可以有效限制主梁位移,防止发生落梁震害,实现了九度地震区高速铁路32 m简支梁桥抗震设计,可为今后强震区类似桥梁抗震分析提供依据。     

采用等效斜撑模型的砌体结构地震易损性分析

为解决目前砌体结构中弹塑性模型在精确性方面的不足和对地震易损性分析的需要,将等效斜撑模型引入砌体结构有限元模型,根据实体墙、开窗墙和开门洞的侧向刚度特性,提出相应的等效斜撑宽度计算公式.基于等效斜撑模型分别建立上述三类砌体墙的弹塑性有限元模型并进行低周往复加载分析,结合试验结果验证其准确性和实用性.在此基础上建立一典型的三层砌体结构有限元模型,基于增量动力分析方法,分别将最大层间位移角和弹塑性耗能差率作为损伤参数进行地震易损性分析,并对比分析仅考虑横墙砌体结构模型与同时考虑纵横墙结构的易损性曲线的区别.结果表明:传统的层间位移角不能充分体现纵墙的抗震性能,基于能量的损伤参数能够更准确地反映结构损伤演变过程和纵墙性能;宜根据易损性评价需求和计算效率综合建立适宜精度的砌体结构有限元模型.     

高心墙堆石坝弹塑性动力反应分析及地震易损性研究

采用改进PZC弹塑性模型和动力固结有限元程序SWANDYNE II,对糯扎渡高土石坝进行动力分析,直接得到大坝永久变形,为地震易损性研究提供计算基础. 采用坝顶相对震陷率作为易损性性能参数,根据糯扎渡高土石坝所在区域的主要潜在震源区内统计地震情况,从PEER中选取60条吻合较好的地震动记录. 基于性能的大坝抗震设防水准 和土石坝震害等级,提出适合高土石坝的性能水平划分. 引入人工神经网络方法,结合多条带分法,提出基于ANN-MSA的高土石坝地震易损性分析方法. 该方法通过对选取的地震动记录调幅处理,利用SWANDYNE II程序对地震动进行分析,得到不同PGA的坝顶相对震陷率,作为训练样本和检验样本. 采用RBFNN对训练样本进行训练,利用训练和检验后的模型预测坝顶相对震陷率. 结合ANN预测结果和MSA方法,对糯扎渡高土石坝进行地震易损性分析,计算出该大坝的三维地震易损性曲面.     

考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性 与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,先通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,然后基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,再采用Hertz-damp接触模型着重考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,通过考虑桥墩和支座权重系数建立全桥的复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,还将场地危险性函数与易损性函数卷积从而建立概率地震风险曲线,进而考察桥梁系统易损性和概率地震风险性,以及墩梁碰撞效应的影响。结果表明：若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,过渡墩的位移反应将会低估3~5倍,其地震风险性概率低估120%,当地震动强度为0.2g~0.6g时轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%,地震动强度为0.6g~1.5g时严重破坏和完全破坏分别被低估了13%~68%和15%~59%。     

高烈度地震区铁路桥梁新型耗能防落梁装置研究

为了解决目前铁路桥梁传统防落梁装置的不足,研发了适用于高烈度地震区铁路桥梁新型波纹钢耗能防落梁装置。推导建立了波纹钢耗能防落梁装置的力学性能计算公式,提出了铁路桥梁用耗能防落梁装置简化设计方法,并开发了装置的设计分析软件,开展了耗能防落梁装置力学性能试验研究,以渝昆高铁8度地震区某典型大跨连续梁为研究对象,设计了大桥的耗能防落梁装置,并开展了装置对大桥抗震性能分析。结果表明：建立的耗能防落梁装置力学参数计算理论和设计方法正确,适应工程实际应用的要求,耗能防落梁装置滞回曲线饱满,耗能能力较强,低周疲劳性能良好。设计的耗能防落梁装置可以满足高速铁路大跨桥梁抗震性能要求,具有良好的减震、耗能和缓冲作用,可降低大跨连续梁桥梁端位移约25%。