基于多维极限状态函数的连续梁桥地震易损性研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jedy2008
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桥梁作为交通路网的枢纽工程,在震后救灾工作中发挥着不可替代的作用。连续梁桥因其优越的跨越能力及良好的连续性,在桥梁结构中占有较大的比重。目前,国内外学者研究桥梁结构地震易损性最常用的方法是建立理论易损性曲线。在建立传统的理论易损性曲线的过程中,没有考虑桥梁构件之间的相关性对桥梁系统易损性的影响。基于此,本文考虑了桥梁构件之间可能存在线性相关,非线性相关,完全相关和完全不相关等四种相关性,利用四种多维极限状态函数对连续梁桥地震易损性进行了多方位的研究。主要研究内容如下:(1)总结了国内外研究桥梁地震易损性的理论,详细介绍了建立理论易损性曲线的传统方法。介绍了基于多维极限状态函数的桥梁易损性分析方法。对比发现:传统方法中桥梁系统的地震易损性曲线源于构件的地震易损性曲线,并且表达为区间的形式;基于多维极限状态函数的地震易损性分析方法可直接通过构件的响应获得准确的地震易损性曲线。(2)本文以西宁市跨径为(65+40+40+65)m的连续梁桥为研究背景,利用CSIBridge建立有限元模型,计算了该连续梁桥的动力特性。根据桥梁结构的损伤准则,确定了桥梁构件支座与桥墩的损伤指标。(3)基于桥址的场地条件以及地震动的频谱特性,在美国太平洋地震研究中心的数据库选择了相应的地震动记录。量化了桥梁构件的损伤指标,进而基于IDA法(增量动力分析法)对有限元模型进行了非线性时程分析,建立了在地震动作用下桥梁构件的概率地震需求模型。(4)基于概率地震需求模型建立了桥梁构件的地震易损性曲线。结果表明:51#固定墩相较于其他桥墩易损性最大。49#边墩支座与53#边墩支座的易损性曲线相近,发生损伤的超越概率均比其他支座大。通过对比桥墩和支座在四种损伤状态下的易损性曲线,发现在地震动强度PGA相同时,支座比桥墩更加易损。因此需要提高边墩支座和固定墩的抗震性能。(5)基于构件的地震易损性曲线,利用一阶界限估计法建立了桥梁系统的地震易损性曲线。研究发现:桥梁系统的地震易损性曲线表现为区间的形式,在严重损伤和完全破坏两种损伤状态下,该区间间距较大。故采用一阶界限法很难对桥梁系统的损伤状况进行精确评估。(6)结合桥梁构件的地震响应,利用四种多维极限状态函数建立了桥梁系统的多维地震易损性曲线。研究表明:在地震动峰值加速度PGA一定的情况下,基于线性相关函数的多维地震易损性最大,基于圆形函数的易损性次之,基于正方形函数的易损性次小,基于凹形函数的易损性最小。其中,基于线性相关函数建立的系统地震易损性曲线与基于凹形函数的地震易损性曲线相差较大。(7)考虑到桥梁构件间相关性的不确定性,建立了桥梁系统的等效地震易损性曲线,并与一阶界限估计法所建立的桥梁系统地震易损性曲线进行了对比。结果表明:等效地震易损性曲线能精确地描述该连续梁桥的抗震性能。地震动峰值加速度较小时,等效易损性曲线与一阶界限估价法的下界较为接近,地震动峰值加速度较大时,等效易损性曲线与一阶界限估计法的上界较为接近。表明支座与桥墩之间的相关性随着地震动峰值加速度的变化而变化,地震动峰值加速度较小时,支座与桥墩之间的相关性较大,地震动峰值加速度较大时,支座与桥墩之间的相关性较小。
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