基于全寿命周期抗震性能的近海桥梁维修策略研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wheat
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随着社会的发展,人们的防震减灾意识不断提高,桥梁的抗震设计理论也日趋完善。然而大多数桥梁结构在其全寿命周期内不可避免地遭受一些复杂的环境作用以及地震等动力灾害作用,导致结构未达到预期使用寿命便退出工作。近海桥梁结构长期处于复杂的海蚀环境之中,在氯离子侵蚀作用下抗震性能随时间不断退化,因此,合理考虑氯离子腐蚀作用的桥梁全寿命周期抗震性能评估,对确保近海桥梁结构在突发地震作用下的安全性具有重要意义。对于一些处于地震多发地区的桥梁而言,抗震性能在其安全性评估中占主导地位。随着服役时间的增长,桥梁抗震性能不断发生退化,为保证其抗震性能满足目标要求,需要进行一系列维修工作。合理的维修策略能够有效提升桥梁全寿命周期抗震性能,反之,不但造成大量经济损失,还会使桥梁在地震作用下面临巨大的失效风险。由此看来,制定行之有效的抗震维修策略对桥梁全寿命周期的使用与管养是十分必要的。基于以上背景,本文建立了考虑氯离子腐蚀作用的桥梁全寿命周期地震易损性曲线,并研究抗震可靠度随时间的变化情况。考虑桥梁抗震可靠度的退化,分析基于必要性维修与预防性维修策略的桥梁全寿命周期抗震性能与维修成本。主要研究内容如下:(1)以目前常见的钢筋混凝土刚构桥为研究算例,考虑结构材料参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法,分层独立抽取相关参数,基于OpenSees有限元软件建立了十个桥梁模型。对每个桥梁模型分别输入12条峰值加速度均匀分布于0-1.2g的地震波,分析算例桥梁初始状态下的地震易损性。(2)介绍了钢筋混凝土构件中氯离子的扩散作用模型;考虑结构所处环境与材料参数的不确定性,确定桥墩内钢筋腐蚀起始时间的概率分布情况;采用蒙特卡洛方法,研究基于点状腐蚀形式的算例桥梁墩柱内钢筋截面面积损失以及钢筋混凝土材料力学性能的时变特性。(3)考虑氯离子的点状腐蚀作用,建立算例桥梁各寿命阶段有限元分析模型并进行非线性动力时程分析,计算地震易损性随时间的变化情况;将地震易损性曲线与我国现行公路桥梁抗震设计规范相结合,计算E1、E2抗震设防地震作用所对应的地震烈度以及地震动峰值加速度取值,研究两设防地震作用下桥梁的失效概率与抗震可靠度指标随时间的变化趋势。(4)基于算例桥梁全寿命周期抗震可靠度变化情况制定必要性维修策略与预防性维修策略。维修方法分别选择粘贴钢板加固法以及混凝土保护层修补法,采用非线性动力时程分析计算维修前后桥梁地震易损性变化情况;绘制维修后桥梁抗震可靠度时变曲线,计算全寿命周期抗震可靠度均值与维修成本现值,进而对比分析几种给定维修策略对桥梁全寿命周期抗震性能与成本的影响。
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