基于易损性的跨海斜拉桥服役期地震风险分析

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我国地震带主要分布在西南、西北、华北、东南沿海及台湾地区,其中东南沿海地区位于欧亚板块与太平洋板块的交汇处,地震活动频繁。桥梁作为东南沿海交通基础设施的重要组成部分,一旦在地震中受损,将会造成不可预计的经济损失和人员伤亡。斜拉桥由于其跨越能力强、造型多样等优点被广泛应用于跨海桥梁建设。本文以某跨海斜拉桥为例,考虑服役期内材料耐久性损伤对斜拉桥抗震性能的影响,分析斜拉桥主要构件和系统的易损性,研究服役期内的地震风险。主要内容如下:(1)以海洋环境为典型耐久性环境,考虑氯离子侵蚀的影响,分析跨海斜拉桥服役期内材料力学性能的退化规律;基于XTRACT软件,分析服役期内桥塔、桥墩特征截面的弯矩-曲率,选取曲率延性比和相对位移分别作为塔、墩和支座的损伤指标。(2)基于OpenSees有限元软件,分别模拟了斜拉桥的主梁、桥塔、桥墩、支座、斜拉索及阻尼器,建立了不同服役期的斜拉桥非线性有限元模型。动力特性分析结果表明:第一阶振型为主梁纵飘,周期较长,符合半漂浮体系斜拉桥的特征,水平向地震动引起的结构反应由低阶振型贡献控制。(3)考虑减震措施,通过非线性时程分析,对比不同阻尼器参数下主梁跨中位移、桥塔与桥墩底部剪力和弯矩;基于增量动力分析,计算斜拉桥桥塔、桥墩和支座的易损性曲线,确定桥塔、桥墩易损部位和易损支座,分析了不同阻尼器参数下的斜拉桥易损性;根据耐久性损伤后力学性能的退化规律,分析斜拉桥的时变易损性。(4)根据斜拉桥所处场地类型,推导地震危险性函数,结合地震易损性分析结果,建立斜拉桥各构件的地震需求风险函数,进行不同服役期的斜拉桥地震需求及风险分析。结果表明:减震措施可以减少漂浮体系顺桥向位移并降低地震风险,随着材料耐久性损伤程度增大,斜拉桥系统损伤风险不断增加。
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