在役混凝土橋梁的地震易損性分析與抗震性能評估.pdf

1、地震是危害生命安全，阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大破壞因素。目前世界各地都在積極地建立防震減災(zāi)系統(tǒng)，以應(yīng)對頻發(fā)的地震危害，而交通網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。在公路交通網(wǎng)絡(luò)中需要跨越淺海和峽谷時，最常使用的橋型是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。該橋梁在使用期間會遭受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，其中最為廣泛和嚴(yán)重的是氯離子侵蝕。氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕會造成結(jié)構(gòu)耐久性能及抗震性能的嚴(yán)重降低。因此，開展在役預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的地震易損性分析和抗震性能評估的研究，

2、在橋梁工程抗震領(lǐng)域具有重要的理論意義和實用價值。在役橋梁結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)性能、幾何特征和所遭受的地震作用均具有明顯的空間隨機(jī)性和隨機(jī)過程性，因此采用概率方法對其進(jìn)行抗震性能分析和評估更符合工程實際。本文基于概率理論，考慮地震動輸入、材料耐久性損傷以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的隨機(jī)性，圍繞氯離子侵蝕環(huán)境下在役混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的地震易損性分析與抗震性能評估進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過總結(jié)歸納已有的研究成果，選取普通鋼筋和

3、預(yù)應(yīng)力鋼絞線的銹蝕速率計算公式；分別應(yīng)用單因素變化，多因素變化和敏感性指標(biāo)，3種敏感性分析方法，對10個混凝土開裂時間模型進(jìn)行敏感性分析，遵循模型中是否較為全面的包含了敏感性較大參數(shù)的原則，選擇出更為合理的混凝土銹脹開裂時間預(yù)測模型。⑵基于概率理論得到耐久性損傷材料的力學(xué)性能和幾何特征隨時間和空間變化的隨機(jī)樣本與概率分布。根據(jù)一維隨機(jī)場的高斯函數(shù)和單元材料之間的空間相關(guān)距離，應(yīng)用隨機(jī)抽樣的方法，得到鋼筋銹蝕速率i m rr，銹蝕鋼筋的相

4、對有效截面As/Ao、相對極限應(yīng)變和混凝土的相對抗壓強度fdfcO隨時間和空間變化的隨機(jī)樣本，并對樣本進(jìn)行分析，得出材料樣本滿足的概率分布類型。⑶提出針對在役大跨徑橋梁的隨機(jī)地震動模擬方法。首先給出在役橋梁結(jié)構(gòu)的地震危險性概率曲線，為了更好的應(yīng)用基于性能的抗震設(shè)計方法，方便工程人員對應(yīng)地震作用得到橋梁結(jié)構(gòu)的損傷級別，將公路橋梁抗震規(guī)范中的兩級設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展補充為三級設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)；考慮橋梁結(jié)構(gòu)的服役期對地震作用大小的影響，應(yīng)用等超越概率的方法對

5、地震作用進(jìn)行折減；應(yīng)用概率理論將目標(biāo)反應(yīng)譜隨機(jī)化，并結(jié)合相干函數(shù)和相位差譜理論，建立了在役橋梁結(jié)構(gòu)的空間非平穩(wěn)隨機(jī)地震動模型。⑷以預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋為例，對在役橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了分析。根據(jù)材料耐久性損傷的劣化規(guī)律，建立了考慮耐久性損傷的在役橋梁結(jié)構(gòu)隨機(jī)有限元模型。應(yīng)用增量動力時程分析法，得到橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。采用反映位移和滯回耗能雙參數(shù)損傷指標(biāo)DM，描述橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷，并得出損傷指標(biāo)D M與地震動峰值PG A的關(guān)

6、系曲線（IDA曲線）。對 IDA曲線進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到ID A概率分位線，將 ID A分位線與破壞等級進(jìn)行對比，對在役橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了分析。⑸提出了考慮耐久性損傷的結(jié)構(gòu)地震易損性分析和風(fēng)險分析方法?；诓豢紤]耐久性損傷的結(jié)構(gòu)地震易損性分析和風(fēng)險性分析模型，加入鋼筋面積、鋼筋極限應(yīng)變和混凝土抗壓強度隨時間和空間的變化規(guī)律，給出了考慮耐久性損傷的結(jié)構(gòu)地震易損性分析和風(fēng)險性分析模型。對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震易損性分析和地震風(fēng)險分析，得到地