基于概率的地震作用下桥梁结构易损性分析.pdf

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基于概率的地震作用下桥梁结构易损性分析①黄增彦蝓，李运方1，王建民2下结构的性能应当用概率的方法进行。用概率给定地面运动下结构达到或超过指定破坏状态1地面运动的选取中的D类。为了将所采用的地面运动记录与中设计反应谱比较，统一采用阻尼比为5％的动力放大系数B的形式。根据美国规范场地分类标桥梁结构是地震发生时公路或铁路交通网中最重要的环节。由于交通网在震后救灾时的重要性，因而在桥梁结构的抗震设计和评估中，不仅要防止结构发生倒塌破坏，而且要有效地控制结构在不同水准地震作用下的性能。由于地面运动的不确定性和结构在地震作用下行为的不确定性，评估在遭受可能发生的地震作用的方法分析桥梁结构在地震作用下性能的一个有效工具是易损性曲线，易损性曲线定义为在的概率。本文分别用能力谱方法和非线性动力时程分析方法针对一个高架桥结构建立了易损性曲线，并比较了通过两种方法建立的易损性曲线的差别。由于在相同地面运动强度下地震记录的幅值、频谱和持时三个方面较大的差异，一个较好的选择是用统计方法来提出地震作用的需求。因此，地面运动记录的选择是进行结构地震需求分析的一个重要方面⋯。本文研究中采用Medi-na【21选择的一组用LMSR—N表示的40条没有明显近断层特征的水平地面运动记录，这组记录的场地条件为美国震害减灾机构NEHRP场地划分国建筑工程抗震设计规范(GB50011-2001)"1中准与GB5001l-2001的场地划分标准，NEHRP规定中的D类场地与GB50011-2001中的Ⅲ类场地是接近的HJ，因而目标反应谱为GB50011-2001中的Ⅲ类场地地震分组为第一组的反应谱。图1为LMSR—N中40条地面运动记录的动力放大系数谱；图2为LMSR—N中40条地面运动记录的动力放大系数谱的均值与GB5001l-2001规范的动力放大系数谱的比较，从图中可以明显看出地第5卷第2期华北科技学院学报2008年4月摘要：应用能力谱方法和增量动力分析方法分别建立了用于评价地震作用下桥梁结构性能的桥梁结构易损性曲线。通过对用两种方法建立的易损性曲线的对比分析表明：对于保护层混凝土剥落破坏状态，两种方法分析的结果相差不大；对于纵筋屈曲和倒塌破坏状态，能力谱方法给出的桥梁结构在给定地面运动强度下的失效概率偏低。用能力谱方法建立结构的易损性曲线避免了对结构进行非线性动力时程分析，分析方便快速，但对于严重破坏状态分析精度较低；非线性动力分析方法需要对结构进行大量的动力时程分析，但结果更为精确可靠。关键词：桥梁工程；易损性曲线；能力谱法；增量动力分析方法；地震中图分类号：U442．+55文献标识码：A文章编号：1672—7169(2008)02—0032一0640条地面运动记录的动力放大系数谱(1．山东省荷泽市公路管理局，山东菏泽274000；2．交通部公路科学研究院，北京100088)32q糕水稻擦周期TIs图1①收稿日期：2008—04-07②作者简介：黄增彦(1972一)，男，山东菏泽人，山东省菏泽市公路管理局高级工程师。Ij{{R10O234
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DRb,b=3．25(-+‰万fydb)(，一硬P)1+0．1去)眠邮=·．6(-一硬P)(1+0．1万L)(1)参数，对于圆形截面取为150；n为配箍率沃械式中，朋删、DR。tb分别为保护层混凝土剥落和钢面运动记录的动力放大系数谱平均值与2桥梁结构和分析模型柱的弯曲部分LF，在OpenSees程序中用非线性纤3破坏状态的定义GB50011-2001规范的动力放大系数谱符合的很好，尤其是在周期小于1．5s时。选取跨径均为30m的5跨连续梁桥，上部结构为预应力混凝土箱梁作为分析对象，由于此结构的几何型式沿桥轴方向是一致的，因而可以用单个桥墩Pl来分析。图2为分析对象及模型，该桥墩为直径2．2nl的圆型桥墩，采用60根直径为32mm的纵向钢筋，配箍率为0．5％。分析时将该桥墩模拟为把质量集中在柱端的悬臂柱，悬臂柱为两个组成部分：第一部分为弯曲型钢筋混凝土柱LF(从扩大基础的顶部到墩帽的底部)，高度为12．2Ill；第二部分假定为刚性单元LR，来模拟墩帽和上部结构(图4)。分别用上部结构质量(M。)，墩帽质量(M曲)和50％的柱体质量((M。／2)来计算堆积质量，长度由三部分质量中心按合力矩定理确定(表1)；计算得悬臂高度t．r=LF+LR=15．78nl。悬臂维梁柱单元模拟，模拟时采用一个单元并分成5个等分的积分点，截面核心混凝土和保护层混凝土分别划分为160个和40个网格(图4)。所分析的结构的材料特性为：混凝土强度为30MPa，钢筋的屈服强度为300-ⅥPa。地震作用下结构的易损性分析要求开发出以结构工程需求参数为条件的基于概率的破坏模型，在美国太平洋地震工程研究中心(PEER)钢筋混凝土柱的试验数据