基于性能的高墩大跨连续刚构桥地震易损性及风险分析

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伴随着不断完善的交通运输系统,跨越深沟峡谷的西部桥梁建设工程也飞速发展。连续刚构桥因为具有跨越能力强、地形适应性好、建设费用合理等优点,被广泛应用于西部山区的桥梁建设中。我国现有的抗震规范只适用于40m以下的桥墩,而西部山区连续刚构桥桥墩的高度远不止40m,因此对高墩大跨径连续刚构桥的损伤规则和抗震性能进行深入的分析,对西部地区桥梁的发展有重大意义。本文依托于西部地区的某五跨高墩大跨连续刚构桥,采用CSI Bridge大型有限元分析软件对该桥梁结构进行合理准确的模拟,进而对桥梁结构的易损性、危险性及风险性进行了认真的研究。本文的研究内容包括:(1)在阅读国内外文献的基础上,掌握目前高墩大跨连续刚构桥的发展以及抗震研究情况,并介绍基于性能的桥梁易损性、风险性的研究动态,总结现有的研究状况。(2)介绍基于性能的抗震分析方法,并结合著名桥梁的性能指标及损伤状态量化情况,考虑该桥的特殊性给出桥梁结构的性能指标和损伤指标,给出易损性曲线建立的方法和流程。(3)依托于一座桥梁布置为75m+3×140m+75m的五跨高墩连续刚构桥,采用Xtract软件对控制截面进行弯矩-曲率分析,从而进行损伤的量化;在考虑桥梁结构纵横向主周期的不一致性及地震动的不确定性,分别输入10条经过调整的实际地震波进行增量动力分析,对结果采用二次回归,获得易损性建立所需的回归系数,得到各桥墩截面以Sa为变量的地震需求模型;(4)根据统计学知识,给出地震易损性函数的表达式。基于各关键截面的损伤指标和不同强度地震作用下的地震需求值,按照能力需求比法理论,得到各关键截面的地震易损性曲线,进一步对比分析桥墩在纵横向地震作用下损伤规律;(5)在获得谱加速度Sa的地震危险性曲线的基础上,综合易损性分析的结果,得到桥梁结构的地震风险函数表达式,在此基础上对高墩连续刚构桥的地震需求风险进行分析;以我国现行的公路桥梁抗震设防标准为依据,从而对高墩大跨径连续刚构桥的抗震性能进行准确有效的判定。本文主要研究成果及结论如下:纵桥向地震作用下,各桥墩墩顶截面的损伤概率和风险概率要远大于墩底截面,而横桥向地震作用下,各桥墩墩底截面的损伤概率要远大于墩顶截面。综合分析可知,1号墩(84m)的敏感程度均大于高墩(154m),这与地震作用的方向关系不大。且在桥梁结构的设计基准期内,纵向风险损伤概率大于横向地震风险概率,桥墩出现严重或完全损伤的可能性都小于5%,说明该桥遭受地震后可维修和不倒塌是能够保证的。
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