详情

原文传递在役混凝土桥梁的地震易损性分析与抗震性能评估

论文题名：	在役混凝土桥梁的地震易损性分析与抗震性能评估
关键词：	混凝土桥;地震荷载;易损性分析;抗震设计
摘要：	地震是危害生命安全，阻碍经济发展的巨大破坏因素。目前世界各地都在积极地建立防震减灾系统，以应对频发的地震危害，而交通网络是整个系统中非常重要的环节。在公路交通网络中需要跨越浅海和峡谷时，最常使用的桥型是预应力混凝土连续刚构桥。该桥梁在使用期间会遭受各种腐蚀介质的侵蚀，其中最为广泛和严重的是氯离子侵蚀。氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀会造成结构耐久性能及抗震性能的严重降低。因此，开展在役预应力混凝土连续刚构桥的地震易损性分析和抗震性能评估的研究，在桥梁工程抗震领域具有重要的理论意义和实用价值。在役桥梁结构的材料力学性能、几何特征和所遭受的地震作用均具有明显的空间随机性和随机过程性，因此采用概率方法对其进行抗震性能分析和评估更符合工程实际。本文基于概率理论，考虑地震动输入、材料耐久性损伤以及结构动力反应的随机性，围绕氯离子侵蚀环境下在役混凝土桥梁结构的地震易损性分析与抗震性能评估进行了较为系统深入的研究。　　本研究主要内容包括：⑴通过总结归纳已有的研究成果，选取普通钢筋和预应力钢绞线的锈蚀速率计算公式；分别应用单因素变化，多因素变化和敏感性指标，3种敏感性分析方法，对10个混凝土开裂时间模型进行敏感性分析，遵循模型中是否较为全面的包含了敏感性较大参数的原则，选择出更为合理的混凝土锈胀开裂时间预测模型。⑵基于概率理论得到耐久性损伤材料的力学性能和几何特征随时间和空间变化的随机样本与概率分布。根据一维随机场的高斯函数和单元材料之间的空间相关距离，应用随机抽样的方法，得到钢筋锈蚀速率i m rr，锈蚀钢筋的相对有效截面As/Ao、相对极限应变和混凝土的相对抗压强度fdfcO随时间和空间变化的随机样本，并对样本进行分析，得出材料样本满足的概率分布类型。⑶提出针对在役大跨径桥梁的随机地震动模拟方法。首先给出在役桥梁结构的地震危险性概率曲线，为了更好的应用基于性能的抗震设计方法，方便工程人员对应地震作用得到桥梁结构的损伤级别，将公路桥梁抗震规范中的两级设防标准扩展补充为三级设防标准；考虑桥梁结构的服役期对地震作用大小的影响，应用等超越概率的方法对地震作用进行折减；应用概率理论将目标反应谱随机化，并结合相干函数和相位差谱理论，建立了在役桥梁结构的空间非平稳随机地震动模型。⑷以预应力混凝土连续刚构桥为例，对在役桥梁结构的抗震性能进行了分析。根据材料耐久性损伤的劣化规律，建立了考虑耐久性损伤的在役桥梁结构随机有限元模型。应用增量动力时程分析法，得到桥梁结构的地震响应。采用反映位移和滞回耗能双参数损伤指标DM，描述桥梁结构在地震作用下的损伤，并得出损伤指标D M与地震动峰值PG A的关系曲线（IDA曲线）。对 IDA曲线进行统计分析，得到ID A概率分位线，将 ID A分位线与破坏等级进行对比，对在役桥梁结构的抗震性能进行了分析。⑸提出了考虑耐久性损伤的结构地震易损性分析和风险分析方法。基于不考虑耐久性损伤的结构地震易损性分析和风险性分析模型，加入钢筋面积、钢筋极限应变和混凝土抗压强度随时间和空间的变化规律，给出了考虑耐久性损伤的结构地震易损性分析和风险性分析模型。对桥梁结构进行了地震易损性分析和地震风险分析，得到地震易损性概率曲线和地震风险性概率曲线，完成对桥梁结构的抗震性能评估。
作者：	赵珺
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	牛荻涛
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安建筑科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文