基于高维模型表达的隔震连续梁桥地震易损性分析

发布时间：2020-05-24 03:41

【摘要】：随着我国交通事业的蓬勃发展,公路、隧道、桥梁等交通设施得到了前所未有的迅猛建设。然而地震灾害后的资料表明桥梁在地震作用下容易受到损伤,且其损伤程度直接决定了震后救援的畅通以及经济损失的大小。因此,如何有效预测桥梁震后的性能水平进而对交通系统的可靠性进行评估至关重要。桥梁震后的损伤以及破坏情况可以通过易损性研究得到,但是由于传统的易损性方法普遍计算工作量较大不易应用到工程实际中,所以寻找一种可靠性高且计算量适当的易损性方法正是本文探讨的初衷。文章以一钢筋混凝土隔震连续梁桥作为研究对象,采用基于高维模型表达的(High Dimensional Model Representation,简称HDMR)近似模型方法对该桥梁的主要构件进行地震易损性研究,并在此基础上考虑多维极限状态的桥梁系统地震易损性,本文研究内容主要包含以下几个方面:(1)介绍HDMR的基本理论以及基于HDMR近似模型的构造方法,通过两个算例阐述HDMR近似模型的具体构造流程以及相比响应面近似模型法的优越性。(2)本文研究对象钢筋混凝土(后文简称RC)隔震连续梁桥的三维分析模型采用OpenSees有限元软件进行建模,通过与Sap2000同模型模态对比分析表明本文分析模型可靠。选择混凝土抗压强度f_c、钢筋弹性模量E以及支座屈服后刚度k_2作为材料不确定性因素;结合地震动不确定因素对数值模拟试验进行中心复合样本设计,其中试验采用的地震波通过桥梁的目标反应谱在PEER地震B库中选择。(3)通过非线性有限元分析,获得试验样本对应的地震响应,在基于HDMR的理论基础上,建立HDMR桥梁近似模型,对近似模型进行拟合精度检验,验证其可靠性。运用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法得到桥梁一维(基于构件)的地震易损性曲线,对隔震桥梁的性能进行初步评估。在此基础上,进一步研究多维性能指标桥梁的体系易损性,通过对比分析以及参数分析表明:性能指标间的相关性对结构易损性有重要影响,且桥梁多维易损性与一维易损性相比更为保守且合理。
【图文】：

落梁,桥梁

图 1-1 桥梁落梁破坏图 1-2 隔震支座位移过大破坏美国太平洋地震科研机构（PEER）最早提倡基于性能的抗震设计思想，地震易损性分析是地震灾害风险分析的重要组成部分，它是一种良好的桥梁性能评估手段。易损性体现了结构在特定地震强度下超出性能极限的条件概率，表现了结构在地震作用下需求与能力的一种关系，其表达式可以为 Fragility P[ Demand Capcity IM]，其中IM 为地震动强度参数。云图法作为传统易损性分析方法运用较为普遍，其本质是通过大量的非线性动力计算建立与结构地震需求（EDP）之间的线性回归方程，在此基础上结合合理的抽样方法或者蒙特卡洛模拟建立结构的易损性曲线。但是云图法存在一些无法避免的问题：1)若考虑结构不确定性，加入过多不确定参数时，云图法所需要的数值模拟试验样本将会是大量的，对于复杂的桥梁结构来说计算工作量巨大，并且效率很低；2)云图法在获得回归方程的时候假定结构在各个地震强度下的响应具有相同的离差，但是该假设决定了云图法不能有效的反应不同地震强度对应的地震需求的真是差异性。所以，寻找一种易损性方法能够有效考虑结构不确定性并且能控制非线性动力计算量是如今迫切的需求。

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【参考文献】