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原文传递桥梁结构基于性能的地震风险评估方法研究

论文题名：	桥梁结构基于性能的地震风险评估方法研究
关键词：	桥梁结构;抗震设计;风险评估
摘要：	在建立下一代基于性能抗震设计和评估方法的背景下，以太平洋地震工程研究中心(PEER)所提出的基于性能抗震分析构架为基础，针对我国缺乏地震资料的桥梁结构，如非强震区重要和中小型桥梁，建立基于性能的抗震评估决策方法;在国内外最新的地震工程研究成果、结构试验数据和地震记录共享服务的基础上，借助数值仿真技术，以我国现行桥梁抗震设计和评估规范要求为参照，考察地震危险性的简化计算方法，合理地选取地震强度参数和地震记录，给出桥梁结构的概率地震需求和脆弱性，最终确定桥梁系统的性能水平的经济和工程决策指标，并统计相应地震损失和置信水平，实现桥梁结构基于概率性能的抗震设计和评估;为桥梁结构设计者和相关决策者提供更为全面可靠的结构地震风险信息。研究表明以地震直接经济风险作为评价标准，考察桥梁结构的不同构件损伤状态下的地震脆弱性及相应地震风险，可以在统计上满足甲方或业主对桥梁结构的抗震性能和震后功能所提出的具体要求。本研究的主要工作如下: 　　1)在探讨我国抗震规范设防水准中的地震活动性以及概率内涵的基础上，改进幂律地震危险性近似模型，并提出抛物线近似模型。在目前地震工程领域普遍接受的地震活动性规律条件下，利用二项分布推导了基准期超越概率-年超越概率-年发生率关系式。以中国、美国和新西兰共五个场地地震危险性数据为例，考察几种地震危险性模型的适用性。结果表明根据地震危险性曲线曲率特征所提出的抛物线近似模型和分段幂律模型可提高地震危险性简化计算方法的精度，适用于三水准抗震设防的地震危险性计算。　　2)广泛收集PEER地震数据，建立了基于我国规范谱特征和地震元数据的条件均值反应谱方法，可用于缺乏地震资料场地的桥梁抗震设计及性能评估;编制程序在条件均值谱方法基础上，选用适当数量的输入地震动，以我国规范谱作为目标谱，考虑统计特征匹配程度，合理有效地控制实际地震记录选取以及人工地震动的合成，可有效地控制所选取记录平均谱与目标谱的匹配程度，同时控制反应谱的变异性，为实现与规范相容的桥梁结构基于概率性能抗震评估提供基础。　　3)从场地-结构解耦角度推导了概率地震需求危险性解析计算公式，探讨近场地震记录下地震动强度度量的有效性，利用增量动力分析方法，实施了桥梁结构的概率地震需求分析，以某城市高架桥梁桥墩为例，考察桥梁的地震需求危险性，对照数值结果验证解析计算公式。　　4)收集PEER结构柱试验数据，利用OpenSees地震仿真平台，校准桥梁构件分析中模型的损伤状态;通过纤维监测模拟桥墩破坏过程，将FEMA440能力谱方法用于确定脆弱性分析的损伤界限状态;并通过逆向应用能力谱方法，迭代确定中小型桥梁结构的损伤状态所对应的地震需求。　　5)给出桥梁结构基于性能的地震经济风险评估的实用方法，并将方法用于一座大跨度连续刚构桥的地震经济风险分析，探讨低烈度的缺乏地震数据地区桥梁抵御更高级别地震的概率内涵，为将来桥梁结构在满足规范要求的基础上实现基于性能概率的抗震设计和评估提供理论依据。
作者：	张凯
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	朱晞;杨庆山
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文