【摘要】：隨著人們對震害認識的加深以及防災意識的提高,橋梁抗震設(shè)計理論及計算方法日益完善。然而,現(xiàn)階段的抗震分析主要面向新建橋梁。事實上,多數(shù)橋梁處于非常惡劣的服役環(huán)境,跨越山谷或者江河,常年暴露在空氣中,接觸土壤和水,不可避免地遭受環(huán)境因素的影響。其中,氯離子侵蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能最主要的環(huán)境因素之一。在氯離子侵蝕作用下,橋梁的抗震能力及動力特性均有別于新建橋梁。顯然,傳統(tǒng)的橋梁抗震分析無法適用于此類橋梁。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)不斷深化,我國橋梁老齡化日益嚴重,建立退化橋梁的抗震性能評估方法日趨迫切。另一方面,對于地震頻發(fā)地區(qū)的橋梁而言,抗震性能是一項重要的設(shè)計考慮因素。在這種情況下,橋梁抗震性能可能很大程度決定橋梁整體或部分構(gòu)件的安全性。隨著服役橋梁抗震性能不斷退化,地震安全性也將持續(xù)降低,為保證其抗震性能滿足設(shè)計初期的既定目標,有必要對退化橋梁進行及時的抗震加固。顯然,不合理的抗震加固策略不僅將導致資金的浪費,更為重要的是可能導致退化橋梁面臨巨大的潛在地震風險。在這種情況下,如何制定科學、合理的加固策略,明確最優(yōu)的加固措施、合適的加固時間就顯得尤為重要�；谏鲜鲈�,本文以基于性能的抗震設(shè)計(Performance-based Seismic Design,PBSD)理念為指導,建立了退化橋梁地震易損性評估方法,揭示其抗震可靠度時變規(guī)律。針對服役橋梁抗震性能退化的問題,提出了橋梁抗震加固策略優(yōu)化方法。論文的具體研究內(nèi)容如下:(1)以國內(nèi)常見的中等跨徑鋼筋混凝土連續(xù)梁橋為研究背景,考慮材料及邊界非線性,建立橋梁有限元動力模型。通過非線性時程分析并結(jié)合對數(shù)回歸分析,對8種常用地震動強度指標的合理性進行評估,并給出地震動強度指標選擇建議。在此基礎(chǔ)上,建立構(gòu)件及橋梁系統(tǒng)易損性曲線,并對橋梁地震損傷特性進行分析。隨后,將我國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范與地震易損性曲線相結(jié)合,闡述橋梁抗震可靠性評估的思路。(2)結(jié)合Duracrete模型及以往試驗結(jié)果,確定氯離子擴散及鋼筋銹蝕參數(shù)的概率分布類型及統(tǒng)計特征。采用Monte-Carlo模擬方法,獲得四類侵蝕環(huán)境下鋼筋初始銹蝕時間樣本分布,確定初始銹蝕時間合理分布模型。根據(jù)鋼筋銹蝕率分布特征,提出基于混合模型的鋼筋銹蝕率分布規(guī)律描述方法。對各類參數(shù)進行敏感性分析,定量地研究了不同因素對鋼筋初始銹蝕時間及銹蝕率的影響。隨后,結(jié)合材料退化機理及鋼筋銹蝕率時變規(guī)律,建立材料退化模型。(3)對非一致侵蝕環(huán)境下,退化橋墩抗震能力及地震響應的時變規(guī)律進行研究。對橋墩塑性鉸演變機理進行詳細闡述,提出橋墩塑性鉸演變概率的評估方法。隨后,總結(jié)了考慮橋墩退化的橋梁時變地震易損性分析流程,建立了橋梁構(gòu)件及系統(tǒng)的時變地震易損性曲線,并對不同構(gòu)件及橋梁系統(tǒng)的時變損傷特征進行研究。此外,提出一種將離散的時變易損性曲線擴展為時變易損性曲面的簡便方法。(4)從抗震的角度闡述了退化橋梁加固策略優(yōu)化理論,并提出了基于抗震可靠度模型及等效截面參數(shù)模型的橋梁抗震可靠度退化規(guī)律的計算方法。詳細介紹了等效截面參數(shù)模型的確定原理及建立流程。結(jié)合響應面理論,闡述了抗震可靠度模型的構(gòu)建方法。以NSGA-II多目標優(yōu)化算法為工具,建立了退化橋梁抗震加固策略優(yōu)化的詳細流程,并對算例橋梁進行優(yōu)化分析。(5)結(jié)合PEER地震風險評估框架,建立了基于橋梁系統(tǒng)損傷的時變地震損失評估方法。將地震危險性分析與我國橋梁抗震設(shè)計規(guī)范相結(jié)合,得到了不同抗震設(shè)防類別的橋梁在各設(shè)防烈度下的地震危險性曲線。結(jié)合以往的研究,確定了橋梁地震損失的組成及計算模型�；谌珘勖拐鹪O(shè)計理念并結(jié)合第5章的抗震加固策略優(yōu)化方法,進一步建立了考慮地震損失的退化橋梁全壽命抗震加固策略優(yōu)化方法。最后,對算例橋梁進行地震損失評估及全壽命抗震加固策略優(yōu)化分析。通過上述研究,揭示了氯離子侵蝕作用下橋梁抗震性能退化規(guī)律,建立了較為完整的基于性能的退化橋梁地震易損性評估方法及流程。同時,提出了退化橋梁抗震加固策略優(yōu)化方法,為服役橋梁進行基于性能的抗震性能評估,制定科學的抗震加固策略提供思路,為地震易損性分析方法由理論走向?qū)嵱玫於ɑA(chǔ)。同時,分析結(jié)果可為同類橋梁提供一定的參考。
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U442.55;U445.72
【圖文】：

帶來了巨大的經(jīng)濟損失（圖1.1b）。1994 年，美國的 Northridge 地震[3]導致 Los Angeles 地區(qū)包括一座立交樞a）唐山地震d）阪神地震f）汶川地震c）Northridge地震b）Loma Prieta地震e）集集地震

圖 2.5 橋梁振型圖2.3.3 地震波選擇地震動的不確定性對易損性結(jié)果有重要影響。合理選擇地震波是充分考慮地震動不確定性的重要途徑之一[159]。從地震易損性理論的本質(zhì)來說，合理的地震波應當具有較廣的強度范圍，能夠包含足夠類型的地震事件。本文根據(jù) Shome 和Huang 的建議[160]，將地震波按照震級和震中距劃分為四類：（1）強震近距(LMSR)（2）強震遠距(LMLR)；（3）小震近距(SMSR)；（4）小震遠距(SMLR)。從 PEE地震庫中[161]選取每類地震波各 25 條，共計 100 條，用于后續(xù)的非線性時程分析。所選地震波信息列于附表 1。6.57.07.58.0LMLR (25 條)級震LMSR (25 條)10-210-11001011.0TT=1.35s加譜速度g/TL=1.67s

0 20 40 60 80 1000.00.20.40.60.81.00 20 40 60 80 1000.00.20.40.60.81.00 20 40 60 80 1000.00.20.40.60.81.00 20 40 60 80 1000.00.20.40.60.81.01.01.0浸沒區(qū)浸沒區(qū)服役時間 /年服役時間 /年蝕率銹服役時間 /年蝕率銹服役時間 /年蝕銹率服役時間 /年大氣區(qū) 大氣區(qū)蝕銹率服役時間 /年浪濺區(qū) 浪濺區(qū)

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本文編號：2784007