海洋环境下深水桥墩抗震性能分析及地震易损性评估

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随着我国对海洋主权和资源的重视,跨海桥梁建设的需求不断增大。跨海桥梁作为沿海城市经济往来的重要枢纽,具有重大的国家战略意义。与内地桥梁不同,跨海桥梁面临着更加恶劣的环境挑战,较为显著的就是氯离子侵蚀和动水压力作用,二者严重影响了桥梁的抗震性能。我国很多桥梁处于地震频发地区,桥墩作为桥梁重要的受力部分,直接影响着桥梁的使用寿命。目前针对氯离子侵蚀和动水压力作用的研究主要集中于单因素作用,对于二者联合作用研究较少涉及,因此对二者共同作用下桥墩的抗震性能及易损性研究具有重要意义。本文所做的主要工作如下:(1)使用ABAQUS软件建立了跨海桥墩有限元模型,通过氯离子侵蚀钢筋混凝土结构的机理,计算了钢筋锈蚀后的直径和屈服强度,以此为基础计算了核心区混凝土时变劣化性能参数和保护层混凝土开裂时间,并考虑了材料劣化对模型中材料本构关系的影响,为后续桥墩抗震分析及易损性评估提供基础。(2)针对桥墩结构的不同劣化情况,分别采用XTRACT截面分析软件进行了弯矩-曲率分析和ABAQUS软件进行了动力响应分析,研究了仅箍筋锈蚀、仅纵筋锈蚀和纵筋、箍筋共同锈蚀对桥墩抗震性能的影响。研究表明:考虑箍筋和纵筋共同锈蚀时桥墩的抗震能力远远小于仅考虑箍筋锈蚀或纵筋锈蚀。(3)选取了 10条符合场地条件的地震动记录,确定墩顶位移为桥墩破坏指标,并通过Pushover分析方法对桥墩进行推覆分析,对跨海桥墩损伤指标进行量化。采用IDA分析方法对桥墩进行了非线性动力时程分析,绘制了桥墩时变易损性曲线,对跨海桥墩进行时变地震易损性评估。(4)基于Morison方程,采用附加质量法模拟了动水压力的影响,分析了不同水深对桥墩地震动力响应的影响,并分别建立了桥墩在不同水深下的地震易损性曲线,对不同入水深度的桥墩进行地震易损性评估。(5)对氯离子侵蚀和动水压力共同作用下的桥墩进行了地震易损性分析。结果表明:考虑氯离子侵蚀和动水压力共同作用下的桥墩易损性比单独考虑其中一种因素的易损性更大。当桥墩服役25年、入水深度为10m时,在PGA从0调幅至1g的过程中,考虑二者共同作用的桥墩与只考虑单一因素作用的桥墩在轻微、中等、严重、完全损伤状态下,破坏概率最大差值分别为12.7%、12.7%、12.6%和10.4%。且服役时间较短的桥墩在考虑动水压力共同作用后,其地震易损性也有可能大于服役时间较长的桥墩。
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