桥梁地震易损性分析方法初步研究

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桥梁结构的地震易损性研究已有将近二十年的历史,虽然我国在桥梁结构地震易损性分析方面的研究起步相对较晚,但也有了十余年的研究历程。回顾过去的研究,学者们对各式各样的桥梁进行了地震易损性分析,还对桥梁的各种不确定因素进行了研究,取得了丰富的研究成果并且促进了桥梁抗震理论的发展。但是,现有研究在对桥梁进行地震易损性分析时,选用的地震易损性分析方法却不尽相同,得出的结论也不尽相同,诸多问题还有待进一步深入研究。例如,在对桥梁结构进行地震易损性分析时,需要选取的地震波数量、在地震响应分析阶段选用何种方法合适、在建立地震易损性模型阶段选用哪种方法合适以及选用不同的方法对结果会带来怎样的影响等,目前都还缺乏充分研究和讨论。不仅如此,目前研究人员青睐于采用的数值分析的地震易损性分析方法中,最常使用的是增量动力分析方法来得到结构地震响应,但是增量动力分析的调幅范围、增幅都是影响最终结果可靠性的因素,而目前也缺乏这方面的深入研究。基于以上分析,本文针对采用数值分析的地震易损性分析方法进行研究,主要讨论了增量动力分析调幅范围、增幅,地震波选取数量,地震易损性曲线的建立方法以及地震需求的计算方法等。
  论文主要研究内容如下:
  1)地震易损性分析时增量动力法的调幅范围和增幅研究
  利用了极大似然估计方法只需要结构损伤与否的信息的特点,提出了采用随机抽样法确定地震易损性分析时增量动力调幅范围和增幅的方法。通过增幅、调幅范围的变化计算出对应的地震易损性参数,讨论了这些变化给地震易损性分析结果带来的差异,并给出了进行地震易损性分析时选择增量动力分析的调幅范围和增幅的建议值。
  2)不同地震易损性曲线建立方法所需地震波数量研究
  通过引入结构损伤阈值和考虑每个地震动强度下的不确定性,提出了同时适用于极大似然估计法和回归分析法的抽样方法,并得到了大量抽样数据。再分别采用极大似然分析方法、线性回归和非线性回归方法对这些数据进行统计分析,通过每个地震动强度下的抽样次数来模拟地震波的数量。根据在不同抽样次数下的估计结果,估计出不同地震波数量给出的计算结果可靠度带来的变化规律,得出了各种地震易损性曲线建立方法在不同精度要求下所需地震波数量的建议值。此外,通过改变初始假设分布的离散程度,讨论了三种易损性曲线建立方法计算结果对采样数据的离散程度的敏感程度。
  3)地震易损性分析中结构地震需求的计算方法研究
  目前桥梁抗震设计中,对于结构地震需求的计算方法一般有时程分析方法、反应谱分析方法和功率谱分析方法。而结构地震易损性分析时主要采用时程分析方法进行计算,少数研究采用了反应谱分析方法。本文通过一座四跨连续梁桥为算例,分别采用时程分析和反应谱分析方法进行需求的计算,得出相应的易损性曲线,对比分析了将两者运用到地震易损性分析时分析结果的差异,并在此过程中从分析结果的角度讨论了两种常用的地震动强度参数(地面峰值加速度PGA和结构基本周期反应谱加速度Sa)的选取对地震易损性分析结果的影响。
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