非延性梁桥倒塌地震易损性分析

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按照既往老旧规范设计的非延性梁桥由于配箍率较小,在地震作用下桥墩因抗剪承载力不足容易发生弯剪和剪切破坏,从而引起桥梁倒塌,因此近年来非延性梁桥的震害机理及抗震性能引起了广大学者的关注。本文以非延性梁桥为研究对象,运用增量动力分析方法建立地震倒塌易损性模型,并对其进行地震风险评估,主要工作和研究结论如下:(1)分析非延性桥墩的破坏机理,根据抗剪强度和抗剪需求的比值,对桥墩在地震作用下的破坏模型进行预测。采用OpenSees软件建立桥墩的有限元模型,以某弯剪破坏的桥墩为例,对比纵筋滑移和剪切失效的模拟对桥墩数值模型的影响。进一步建立了非延性桥墩弯曲、弯剪和剪切破坏三种破坏类型的有限元模型,并将每种破坏类型的有限元计算结果与四个滞回实验进行对比,验证了有限元模型的准确性。(2)参考我国现有桥梁设计规范及资料调研结果,确定出桥墩样本的设计参数及其取值,采用正交设计法分别设计出延性桥墩和非延性桥墩样本。对桥墩常用的倒塌判定指标进行了汇总分析,选择桥墩轴向失效和结构失稳作为桥墩倒塌的判定指标。从PEER数据库中下载近远场地震动,通过非线性动力分析得到桥墩的地震响应,并采用极大似然估计方法得到桥墩的倒塌易损性模型参数。对比了延性桥墩和非延性桥墩在近远场地震动下桥墩易损性模型的区别,探讨了不同的桥墩参数、设计规范和地震动类型对桥墩易损性模型的敏感程度。(3)选取汶川地区某三跨简支梁桥为基准桥型,考虑材料参数与模型参数的不确定性,通过拉丁超立方抽样方法设计延性和非延性梁桥样本。采用IDA方法得到桥梁的地震倒塌易损性曲线,考虑桥墩倒塌与上部结构落梁,对比不同倒塌准则对桥梁易损性模型的影响。假定桥梁为串联系统,建立桥梁系统的倒塌易损性模型,对比不同地震动和设计规范对桥梁倒塌概率的影响。根据该地区的地震危险性曲线,结合桥梁的地震易损性模型对桥梁进行了地震风险评估。
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