氯盐侵蚀下桥梁地震易损性研究进展

氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀和混凝土保护层开裂,会导致结构在地震作用下的抗震性能劣化。综述了国内外桥梁结构地震易损性分析的研究进展,从氯离子的侵蚀过程、钢筋和混凝土的力学性能劣化、钢筋与混凝土之间的黏结性能弱化三方面进行了归纳总结,揭示考虑氯离子侵蚀的桥梁地震易损性分析,除进行传统的地震概率需求和能力分析外,需着重考虑氯离子的侵蚀效应对结构抗震性能的影响。并针对当前研究中存在的问题提出了一些建议。指出现有研究基于氯离子侵蚀得到的钢筋锈蚀速率模型、黏结本构模型尚不统一,很有必要开展更深的研究;自然环境下的氯盐侵蚀更倾向于坑蚀,非均匀锈蚀下的桥梁地震易损性分析有待进一步开展。     

多跨连续钢梁桥的时变地震易损性研究

针对以往建立易损性曲线过程中通常忽略结构多构件老化与退化对地震响应的潜在影响这一情况,本文对考虑多构件退化的桥梁时变地震易损性进行了研究。该方法主要研究钢筋混凝土桥梁暴露于劣化环境下的地震性能,分析了除冰盐中氯化物引起的钢筋混凝土圆柱和桥梁支座多构件腐蚀退化机理,着重考虑氧化产物导致混凝土保护层开裂下的混凝土退化与氯腐蚀导致的钢筋退化,桥梁多构件退化下的地震响应可通过三维非线性动力分析获得。此外,在建立时变易损性曲线过程中,基于蒙特卡洛仿真方法,综合考虑了氯离子扩散过程、地面运动以及材料参数的不确定性。对遭受氯化物侵蚀的某一多跨连续(MSC)钢梁桥进行非线性动力分析,数值结果表明,地震作用下若考虑时变腐蚀退化,桥梁构件和系统易损性曲线均会随着时间推移而发生相应的改变,失效概率增大;与单构件腐蚀退化的时变地震易损性曲线相比,考虑多构件退化的桥梁系统时变易损性更加保守,利于工程安全。对桥梁结构进行抗震性能评估时,以上结果验证了地震灾害和环境危害相结合的重要性。     

考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性分析

隧道服役环境往往较为复杂,在服役过程中容易遭受各种侵蚀作用而导致材料性能退化,直接影响隧道结构的抗震性能。为研究衬砌劣化对隧道抗震性能的影响,基于混凝土强度经时模型和钢筋锈蚀参数的统计特征,确定混凝土及钢筋材料性能的退化规律,建立衬砌时变承载力方程。结合地震易损性分析方法,提出考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性评估流程。以西部强震区典型深埋山岭隧道为例,采用增量动力分析方法开展一系列二维动力时程计算,基于Python语言编程,实现地震响应结果数据的自动提取和基于地震响应全过程结构最大损伤指数(DI_(max))的搜索计算。在此基础上,建立考虑混凝土劣化、钢筋腐蚀以及两者共同作用条件下,不同服役年限隧道的地震易损性曲线。结果表明:衬砌的易损性随服役时间的增加呈两阶段非线性增大,服役前期(0～50 a)增加缓慢,服役后期(50～100 a)增速加快。说明服役时间越长,衬砌劣化对隧道地震易损性的影响越大。在评价既有隧道抗震性能时,需考虑长期材料性能劣化的影响。此外,不同围岩级别下隧道易损性曲线随服役时间的变化规律相似,围岩级别和衬砌劣化一样,均对隧道地震易损性有重要影响,具体表现为衬砌的损伤概率随围岩变差而增大。所得结论可为运营隧道易损性分析和风险评估提供参考。     

氯离子侵蚀效应对RC桥墩抗震性能的影响

为研究混凝土桥梁结构在服役期内由于环境氯离子侵蚀效应引起钢筋、混凝土锈蚀退化等导致结构抗震性能退化的规律,以某多跨钢筋混凝土连续梁桥为例,采用OpenSees软件建立非线性动力分析模型,根据已有研究成果并基于概率方法研究了墩柱截面主筋和箍筋锈蚀的开始时间和锈蚀率大小,进而建立了钢筋的直径及屈服强度退化模型;针对考虑纵筋锈蚀、考虑箍筋锈蚀、同时考虑纵筋和箍筋锈蚀3种情况,分别分析了材料退化对桥墩抗震性能的影响。结果表明:同等条件下箍筋锈蚀比纵筋锈蚀更早;随着时间的推移,氯离子侵蚀效应会导致桥墩抗震能力下降,结构的抗震需求明显增加;与以往只考虑纵筋锈蚀的情况相比,同时考虑箍筋和纵筋锈蚀时桥墩抗震性能退化更严重。     

不同环境钢筋混凝土受弯构件承载力退化计算

通过对处于不同环境下某三跨简支桥的实例计算,对比分析了混凝土碳化影响下和氯离子侵蚀下的桥梁耐久性退化的差异,结果表明：氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀,其腐蚀速度要比碳化引起的钢筋锈蚀快得多,结构承载力退化更显著。     

氯离子侵蚀盾构隧道衬砌结构性能退化试验

在近海或海洋环境下,氯离子侵蚀是引起隧道衬砌结构钢筋锈蚀的主要因素.根据电化学方法加快钢筋锈蚀的基本原理,以上海长江隧道工程为研究背景,在室内进行盾构隧道管片结构钢筋加速锈蚀试验,得到了一组不同锈蚀程度的试验构件;对锈蚀后构件的承载力、变形、延性及破坏特征等进行试验测试,得出了氯离子侵蚀下隧道衬砌结构性能的退化规律.试验结果对隧道衬砌结构服务寿命预测和耐久性设计具有重要参考价值.     

基于锈胀开裂路径的混凝土构件耐久性能概率预测模型及应用

基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布,实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比,锈蚀率,混凝土开裂面积百分比,裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好,验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

基于长短时记忆神经网络易损性分析的适用性研究

桥梁的损坏或失效可能导致严重的人员伤亡和巨大的经济损失。因此,对桥梁的破坏损失和地震性能进行准确的定量评估至关重要。为了实现这一目标,通常会采用构建易损性曲线的方法。易损性曲线表征在给定地震动强度下,桥梁部件或结构达到或超过某一破坏程度的条件概率。采用桥墩位移延性比作为损伤指标,利用长短时记忆（long short-term memory,简称LSTM）神经网络成功地建立了桥梁地震易损性曲线。研究结果表明,该模型展现了高计算效率和精度,可快速而准确地预测地震作用下桥梁结构构件的损伤指标。     

地震作用下双层桥梁结构参数敏感性分析

为研究地震作用下双层桥梁结构下部结构尺寸变化对结构地震响应的影响,以一双层桥梁为研究对象,采用SAP2000中的桥梁模块建立结构的有限元模型,改变系梁尺寸、桥墩纵筋率、桥墩混凝土强度等级及桥墩尺寸等参素,对结构进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,采用正交数值试验的方法研究桥墩墩底横向弯矩、墩顶横向位移及墩底塑性铰区曲率延性...     

Seismic fragility estimates for corroding reinforced concrete bridges

Seismic fragility of reinforced concrete (RC) bridges is defined as the conditional probability that the seismic demand exceeds the corresponding capacity, specified for a certain performance level, for given seismic intensity measures. However, the structural properties of RC bridges change over time due to the onset of corrosion in the reinforcing steel. Therefore, seismic fragility of RC bridges changes during a bridge lifetime. This paper proposes a method to estimate the seismic fragility of corroding RC bridges. Structural capacities are defined using probabilistic models for deformation and shear capacities of RC columns. Probabilistic models are also used to estimate the corresponding demands for given seismic intensity measures. The capacity and demand models are then combined with probabilistic models for chloride-induced corrosion and time-dependent corrosion rate to model the dependency on time of the seismic fragility of RC bridges. In particular, the loss of reinforcing steel is modelled as a function of the thickness of the cover concrete for each reinforcing bar in the RC columns. The stiffness degradation in the cover concrete over time due to corrosion-induced cracking is also considered in the fragility estimates. Seismic fragility estimates are then formulated at the column, bent, and bridge levels. The fragility formulations properly incorporate the uncertainties in the capacity and demand models, and the inexactness (or model error) in modelling the material deterioration. The proposed method accounts for the variation of structural capacity and seismic demand over time due to the effects of corrosion in the reinforcing steel. As an application, seismic fragility estimates are developed for a corroding RC bridge with 11 two-column bents over a 100-year period.     

预制拼装桥墩地震易损性分析

为研究灌浆波纹管连接和带榫头的灌浆波纹管连接两种预制拼装桥墩的抗震性能并对其在地震作用下的易损性进行评估,根据预制拼装桥墩墩底接缝的特点,通过拟静力试验研究,以墩顶漂移率为损伤指标,对其不同的损伤破坏状态进行描述,并确定了对应不同破坏等级的损伤量化指标限值Dcr、Dcy、Dcm和Dcu。采用有限元软件对现浇及预制拼装桥墩进行不同地震作用下的时程分析并建立概率地震需求模型,对其易损性进行评估,并通过改变轴压比、纵筋配筋率,来进一步研究这些参数对预制拼装桥墩易损性的影响。结果表明：虽然预制拼装桥墩与现浇桥墩大部分的破坏形式都为弯曲破坏,但是损伤状态因为接缝而存在差异;采用波纹管连接的预制拼装桥墩与现浇桥墩的地震易损性差别不大,抗震性能基本一致;有榫头构造的预制拼装桥墩在各级地震作用下发生四种损伤破坏的概率最低,这种构造形式的抗震性能优于平面接缝的预制拼装桥墩;轴压比、纵筋配筋率这两种参数对桥墩的易损性影响较大,随着轴压比的增大或配筋率的减小,桥墩的损伤概率增大。     

谈高烈度山区公路简支梁桥的抗震措施

介绍了山区公路简支体系桥梁的特点,对汶川地震中简支体系桥梁支承震害、桥墩震害、地基震害的三种破坏形式进行了分析,从桥位、桥型选择,搭接、限位、防落梁设计,支座、桥墩、基础设计等方面提出了抗震措施。     

基底摇摆隔震桥墩振动台试验与数值模拟研究

为了研究不同构造形式的基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用下的响应规律和抗震性能，提出了设置高阻尼橡胶垫块和线性弹簧的两种基底摇摆隔震桥墩模型。通过振动台试验和数值模拟，对两种摇摆隔震桥墩的地震响应规律和抗震性能进行了对比研究。结果表明：两种基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用后，桥墩均没有出现严重的破坏，其破坏特征主要表现为限位钢板的弯曲变形和提离约束部件的移位，桥墩呈现出良好的抗震性能；两种基底摇摆隔震桥墩相对于传统桥墩能够显著降低墩顶加速度和墩底应变响应，但墩顶水平位移响应也会相应增加，在摇摆隔震桥墩的设计上，应将墩顶水平位移作为主要设计参数；提出了两种基底摇摆隔震桥墩改进的Winkler两弹簧数值计算模型，通过与振动台试验结果对比，证明了该模型能够较好地模拟两种基底摇摆隔震桥墩的摇摆行为及其地震响应规律。     

汶川地震动衰减特性及其大跨高墩连续刚构桥的地震响应规律

为分析不同断层距下,汶川地震动对大跨高墩连续刚构桥的作用效应演变规律,收集了全国129个汶川主震地震台站记录。从工程地震学角度,分析了汶川地震动记录强度指标的衰减特性,总结了PGA、PGV和反应谱的衰减规律。以庙子坪大桥主桥为工程背景,构建了两类不同墩高形式的大跨连续刚构桥梁样本组,对两类桥梁自振周期的代表值进行了对比讨论和分析|基于反应谱分析,拟合得到两类桥梁响应谱随断层距变化的峰值响应曲面,讨论了不同断层距,大跨高墩连续刚构桥的响应特点。研究表明,不同断层距的大跨高墩连续刚构桥梁的地震响应具有明显差异,近断层地震响应明显强烈。研究成果可为大跨高墩连续刚构桥的桥墩布置形式和桥址选择提供借鉴和参考。     

Seismic energy dissipation and local concentration of damage in bridge bents

Seismic damage on bridge systems is basically concentrated on the piers. Hence, it is necessary to develop comprehensive studies oriented to improve our understanding of the bridge bents seismic response. Accordingly, the seismic behaviour and local concentration of damage within a typical bridge bent were analysed, considering different rotational restrictions of the foundation-soil system and different steel ratio arrangements. The contributions to structural damage of both, maximum deformation and cumulative damage, were assessed for records with different characteristics. The results showed that the amount of damage dissipated by the bent and the distribution of damage were strongly affected by the flexural strength variation along the columns. In models with non-uniform strength distribution, the inelastic demands were concentrated on few plastic hinges and bent degradation and failure were reached before the energy dissipation capacity of all potential hinges occurred. The analyses results also showed that the rotational restriction imposed by the foundation had a notable influence on the energy dissipation capacity and location of damage. Finally, the determination of damage indices in plastic hinge regions showed that most of the damage is produced by the cumulative effect of plastic energy dissipation, independently of the ground motion characteristics.     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete continuous span bridges with irregular configuration

A set of fragility curves of a class of reinforced concrete bridges with different degrees of irregularity has been generated. Eighteen bridge configurations have been identified, from regular to so-called highly irregular models. The geometric irregularity in this class of bridges is assumed to vary with the height of the piers. Using non-linear analytical models and an appropriate suite of 60 ground motions, analytical fragility curves have been generated for the individual piers of each of these 18 bridge models. Discussions have been made about the imposition of the displacement ductility demand of the piers versus the earthquake intensity as well as the bridge regularity. Comparison of the fragility curves shows that the most vulnerable bridges are the irregular bridges and high damage probability is expected for the short piers of this class of bridges. It was found that the fragility curves may be used for categorisation of regular and irregular bridges.     

支座摩擦滑移和挡块力学性能退化影响下#br# 桥梁易损性研究

为探究支座摩擦滑移和挡块力学性能退化的共同作用对桥梁墩柱及支座在地震作用中的影响,通过板式橡胶支座往复荷载试验,建立可以考虑摩擦滑移的支座计算模型,并结合挡块模型,对同时考虑支座摩擦滑移和挡块力学性能退化的桥梁进行地震损伤分析。利用易损性曲线的方法对近、远场地震作用下,桥梁墩柱和支座的损伤概率进行分析,结果表明：板式橡胶支座摩擦滑移会降低支座的力学性能;仅考虑支座摩擦滑移而不考虑挡块限位作用时墩柱损伤概率较低,支座的损伤概率较高;当支座摩擦与挡块退化共同作用时,会增加支座的损伤概率,降低墩柱的损伤并且由于挡块力学性能退化的特性,可能造成挡块和梁体的损坏。     

考虑橡胶支座随机性下隔震与非隔震近海桥梁地震易损性对比

针对目前在隔震桥梁地震易损性分析中隔震支座性能参数随机性研究薄弱、从失效概率的角度开展隔震与非隔震桥梁对比研究缺乏的现状,详细统计分析了橡胶隔震支座力学性能参数的不确定性,建立了近海隔震与非隔震桥梁非线性动力分析模型。在考虑支座参数、地震动及桥梁结构不确定性的基础上,利用拉丁超立方抽样分别生成90个结构-地震动样本对。利用Sap2000有限元软件对每个样本对进行非线性动力时程分析,通过对大量数据的回归分析,得到桥墩、支座的易损性曲线,进而对隔震前后结构的地震易损性进行了对比分析。结果表明：在同一破坏等级相同地震作用下,非隔震桥墩的失效概率大于隔震桥墩,非隔震支座破坏的概率大于隔震橡胶支座|采用隔震技术后,桥墩发生严重破坏和倒塌的概率极低,震后可修复的概率很大|而非隔震桥墩发生严重破坏的概率最大,说明其震后可修复的概率很小而产生不可修复损伤的可能性极大。