基于液化场地精细模型的中小跨径桥梁地震易损性研究

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中小跨径桥梁是我国交通网中应用最为普遍、分布最为广泛的桥梁,由于早期桥梁抗震设计中对于场地液化问题考虑不足,使得中小跨径桥梁成为交通网中的一个薄弱环节。因此,开展液化场地中小跨径桥梁的抗震性能研究对提高我国交通网安全具有重要意义。地震易损性分析以概率的方式将地震动强度和结构损伤程度联系起来,是桥梁抗震研究的重要手段。而以往桥梁地震易损性研究中常忽略场地条件的影响,难以准确评估液化场地中小跨径桥梁的抗震性能。为此,本文以一座位于可液化场地的三跨连续梁桥为例,基于OpenSEES平台建立精细化液化场地-桥梁一体化有限元模型,对液化场地下中小跨径桥梁地震易损性进行评估。同时,建立非液化场地-桥梁一体化有限元模型作为对照,研究场地液化对桥梁地震易损性的影响。本文主要研究工作及取得研究结论如下:(1)从场地土体、桥梁结构和桩-土连接三个部分建立液化场地-桥梁和非液化场地-桥梁有限元模型。对液化场地-桥梁有限元模型输入El-Centro地震波,分析发现,场地中饱和砂土层发生完全液化,桩基的侧向位移明显受到场地土体变形影响,表明建立的有限元模型能够较好地反应场地液化情况。(2)以桥墩截面曲率延性比作为损伤指标,采用XTRACT软件对桥墩进行截面分析,得到桥墩发生轻微、中等、严重和完全四种破坏状态下的曲率延性比限值。确定支座、桥台和桩基的四种极限破坏状态,并考虑各极限破坏状态的不确定性。(3)选取100条实际地震动记录并结合不确定性分析理论,采用拉丁超立方抽样技术建立地震动-场地-桥梁概率分析样本,进行非线性动力时程分析。结合桥梁构件极限破坏状态,建立两种模型的桥墩、桩基、桥台、支座及整体系统的地震易损性曲线。结果表明,场地液化会提高桥梁各构件及整体系统的地震破坏概率,其中桥墩和桩基的破坏概率提高尤为明显。因此,工程中应充分重视场地液化对桥梁抗震性能的影响,特别是对桩基和桥墩的不利影响。
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