桥梁地震易损性综述--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

桥梁地震易损性综述

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：黄伟健

[导读] 摘要：本文详细论述了国内外桥梁易损性分析方法的发展进程，梳理出各类分析方法的特点并对各类易损性分析方法的优缺点进行总结。

        广州大学广东广州 510006
        摘要：本文详细论述了国内外桥梁易损性分析方法的发展进程，梳理出各类分析方法的特点并对各类易损性分析方法的优缺点进行总结。
        关键词：易损性分析；桥梁抗震
        A review of of the seismicfragility analysis of Bridges
        Abstract：This paper discusses in detail the development process of bridge vulnerability analysis methods at home and abroad，sorts out the characteristics of various analysis methods and summarizes the advantages and disadvantages of various vulnerability analysis methods.
        Key words：vulnerability analysis；bridge seismic
        1.易损性分析方法
        易损性即在某一强度的地震动下，结构对地震产生响应，发生各种破坏状态的概率。对桥梁进行基于地震易损性的抗震性能评估，不仅能直接用于指导旧桥的抗震加固，还能为新桥的抗震设计提供经验或指导。关于结构易损性分析方法，主要分为两类[1]：1.易损性指数；2.易损性曲线。
        1.1易损性指数
        查阅文献[2]可知，结构易损性指数可分为以下三类：
        （1）经验统计法。经验统计法即参考过往的强震记录，根据大量的实测数据得到回归方程，进而分析结构的易损性，确定地震作用下桥梁结构的易损构件。
        （2）特征类比法。即建立各类典型结构的数据库，把需要评估的结构进行参数化和数值化处理、对比，以此估算评估的结构的易损性。
        （3）综合评判法。该方法首先调查桥梁结构及构件在震害后性能损失程度和分析出损坏的概率矩阵，根据调专家的意见评估出桥梁在地震作用下的破坏概率以及强震下的破坏结果。
        1.2易损性曲线
        最早对结构进行地震易损性分析的实例可以追溯到上世纪年代末对核电站的基础设施的地震风险评估，学者以概率分析的方法评估基础设施在地震作用下发生破坏的概率[3]。获得易损性曲线的方法主要有：
        （1）专家判断易损性曲线法。该方法主要根据专家的个人工程经验，判断桥梁的损伤状态。该方法由于专家意见的主观性对结果影响较大，难以形成较标准的评判指标，因此较少应用。
        （2）经验易损性曲线法。在获取该地区的地震动空间分布信息后，同一地区的结构即可形成经验易损性曲线，而且通过该方式获得的易损性曲线对于分析同一类型或所处地质条件类似的结构准确度较高。但由于样本的数量以及类型不足会影响易损性分析结果的可靠性，让该方法的适用性受到限制。
        （3）理论易损性曲线法。该方法即对分析结构的地震动响应，根据结构需求与抗震能力获取易损性曲线。比起经验易损性曲线，理论易损性曲线适用范围更广。虽然在可靠度比不过经验易损性曲线，但比起经验易损性曲线依赖同一地区的地震动数据的，理论易损性曲线的建立以实际结构为基础。目前可通过以下方法获取理论易损性曲线：
        1）非线性静力法。非线性静力分析方法主要包括：能力谱方法[3]、位移影响系数法、适应谱法和模态Pushover法。对结构进行地震作用的非线性静力分析时，能力谱方法泛用性较强，但存在着阻尼比对分析结果影响过大的缺陷。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        2）反应谱分析法。反应谱法能把动力问题简化为静力问题，相对于动力问题，静力问题计算更简单，因此采用反应谱法能通过简便的计算获得结构的最大响应值。但是反应谱法对于材料进入塑性阶段后的计算将不再适用。另外，由于计算频率阶数较低会导致结果出现较大的偏差，所以反应谱法不能对大跨径桥梁进行分析。
        3）非线性动力分析。非线性动力法是工程界应用最普遍的方法。该方法考虑了地震波的加速度随时间的变化，更精准地模拟了材料的非线性力学特性以及结构在地震作用下的时程响应。
        2桥梁地震易损性分析在我国的发展
        与发达国家相比，我国的桥梁易损性研究起步较晚。2002年刘晶波和Hwang教授首次在国内发表了基于数值模拟的理论易损性分析方法[5]。张菊辉对了桥墩的易损性分析进行了深入的研究。不仅讨论了地震动强度指标，损伤指标，墩高变化和配箍率以及支座形式等各个因素对桥墩纵桥向及横桥向易损性的影响，还对比了单柱墩与双柱墩对于桥梁易损性的影响[6]。王建民，朱晞则分别通过能力谱法与非线性动力法分析高架桥结构的易损性曲线，并得出非线性动力分析法结果精度较高的结论[7]。李立峰、吴文朋等人提出了板式橡胶支座的损伤指标[8]，并根据该方法研究了桥台及桥台出支座的易损性，并得出桥台及该处支座更容易损坏的结论[9]。
        3.结语
        本文对目前国内外已有的桥梁地震易损性相关研究成果进行系统地综述，归纳出各种易损性分析方法的特点和适用性，并详细地总结了桥梁地震易损性研究在我国的发展历程和研究现状。关于桥梁易损性今后的研究可能在以下几个方面进行展开：
        （1）关于桥梁全寿命周期的地震易损性分析。随着服役时间的增长，桥梁会面临大气环境以及海洋中的氯离子的侵蚀，另一方面混凝土自身的碳化也导致材料发生抗震性能的退化。因此往后的研究中，要把桥梁结构的易损性曲线与桥梁关于时变的抗震性能退化相结合，探讨桥梁结构全寿命周期的地震易损性分析。
        （2）考虑多种不确定性的桥梁工程地震易损性分析。地震易损性研究中存在较多的不确定性如地震波的不确定性，有限元模型的不确定性。如何准确地量化各类不确定性的影响成为易损性分析面临的挑战。
        参考文献：
        [1]王天威，杨春环.铁路桥梁震害预测和抗震加固.铁道建筑，1991，（8）：4-9
        [2]朱静.我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展[J].建材与装饰，2016（30）：264-265.
        [3]吴文朋，李立峰，胡思聪，徐卓君.公路桥梁地震易损性分析的研究综述与展望[J].地震工程与工程振动，2017，37（04）：85-96.
        [4]Jian Zhang and Yili Huo.Evaluating effectiveness and optimum design of isolation devices for highway bridges using the fragility function method[J].Engineering Structures，2009，31（8）：1648-1660.
        [5]H.Hwang，刘晶波.地震作用下钢筋混凝土桥梁结构易损性分析[J].土木工程学报，2004（06）：47-51.
        [6]张菊辉.基于数值模拟的规则梁桥墩柱的地震易损性分析[D].同济大学硕士学位论文，2006.
        [7]王建民，朱晞.地震作用下高架桥结构的脆弱性[J].中国公路学报，2007（01）：68-72.
        [8]李立峰，吴文朋，黄佳梅，王连华.板式橡胶支座地震易损性分析[J].湖南大学学报（自然科学版），2011，38（11）：1-6.
        [9]李立峰，吴文朋，黄佳梅，王连华.地震作用下中等跨径RC连续梁桥系统易损性研究[J].土木工程学报，2012，45（10）：152-160.