【摘要】：隨著人們對(duì)震害認(rèn)識(shí)的加深以及防災(zāi)意識(shí)的提高,橋梁抗震設(shè)計(jì)理論及計(jì)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(shí)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(dòng)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(guó)基礎(chǔ)建設(shè)不斷深化,我國(guó)橋梁老齡化日益嚴(yán)重,建立退化橋梁的抗震性能評(píng)估方法日趨迫切。另一方面,對(duì)于地震頻發(fā)地區(qū)的橋梁而言,抗震性能是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)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(jì)初期的既定目標(biāo),有必要對(duì)退化橋梁進(jìn)行及時(shí)的抗震加固。顯然,不合理的抗震加固策略不僅將導(dǎo)致資金的浪費(fèi),更為重要的是可能導(dǎo)致退化橋梁面臨巨大的潛在地震風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下,如何制定科學(xué)、合理的加固策略,明確最優(yōu)的加固措施、合適的加固時(shí)間就顯得尤為重要。基于上述原因,本文以基于性能的抗震設(shè)計(jì)(Performance-based Seismic Design,PBSD)理念為指導(dǎo),建立了退化橋梁地震易損性評(píng)估方法,揭示其抗震可靠度時(shí)變規(guī)律。針對(duì)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?jī)?nèi)容如下:(1)以國(guó)內(nèi)常見的中等跨徑鋼筋混凝土連續(xù)梁橋?yàn)檠芯勘尘?考慮材料及邊界非線性,建立橋梁有限元?jiǎng)恿δＰ�。通過非線性時(shí)程分析并結(jié)合對(duì)數(shù)回歸分析,對(duì)8種常用地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的合理性進(jìn)行評(píng)估,并給出地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)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(duì)橋梁地震損傷特性進(jìn)行分析。隨后,將我國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)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(píng)估的思路。(2)結(jié)合Duracrete模型及以往試驗(yàn)結(jié)果,確定氯離子擴(kuò)散及鋼筋銹蝕參數(shù)的概率分布類型及統(tǒng)計(jì)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(shí)間樣本分布,確定初始銹蝕時(shí)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(duì)各類參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,定量地研究了不同因素對(duì)鋼筋初始銹蝕時(shí)間及銹蝕率的影響。隨后,結(jié)合材料退化機(jī)理及鋼筋銹蝕率時(shí)變規(guī)律,建立材料退化模型。(3)對(duì)非一致侵蝕環(huán)境下,退化橋墩抗震能力及地震響應(yīng)的時(shí)變規(guī)律進(jìn)行研究。對(duì)橋墩塑性鉸演變機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)闡述,提出橋墩塑性鉸演變概率的評(píng)估方法。隨后,總結(jié)了考慮橋墩退化的橋梁時(shí)變地震易損性分析流程,建立了橋梁構(gòu)件及系統(tǒng)的時(shí)變地震易損性曲線,并對(duì)不同構(gòu)件及橋梁系統(tǒng)的時(shí)變損傷特征進(jìn)行研究。此外,提出一種將離散的時(shí)變易損性曲線擴(kuò)展為時(shí)變易損性曲面的簡(jiǎn)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(jì)算方法。詳細(xì)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(yīng)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(biāo)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(xì)流程,并對(duì)算例橋梁進(jìn)行優(yōu)化分析。(5)結(jié)合PEER地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架,建立了基于橋梁系統(tǒng)損傷的時(shí)變地震損失評(píng)估方法。將地震危險(xiǎn)性分析與我國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)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(xiǎn)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(jì)算模型�；谌珘勖拐鹪O(shè)計(jì)理念并結(jié)合第5章的抗震加固策略優(yōu)化方法,進(jìn)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(duì)算例橋梁進(jìn)行地震損失評(píng)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(píng)估方法及流程。同時(shí),提出了退化橋梁抗震加固策略優(yōu)化方法,為服役橋梁進(jìn)行基于性能的抗震性能評(píng)估,制定科學(xué)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(shí),分析結(jié)果可為同類橋梁提供一定的參考。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U442.55;U445.72
【圖文】：

帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失（圖1.1b）。1994 年，美國(guó)的 Northridge 地震[3]導(dǎo)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(dòng)的不確定性對(duì)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(dòng)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(yīng)當(dāng)具有較廣的強(qiáng)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(jí)和震中距劃分為四類：（1）強(qiáng)震近距(LMSR)（2）強(qiáng)震遠(yuǎn)距(LMLR)；（3）小震近距(SMSR)；（4）小震遠(yuǎn)距(SMLR)。從 PEE地震庫(kù)中[161]選取每類地震波各 25 條，共計(jì) 100 條，用于后續(xù)的非線性時(shí)程分析。所選地震波信息列于附表 1。6.57.07.58.0LMLR (25 條)級(jí)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(shí)間 /年服役時(shí)間 /年蝕率銹服役時(shí)間 /年蝕率銹服役時(shí)間 /年蝕銹率服役時(shí)間 /年大氣區(qū) 大氣區(qū)蝕銹率服役時(shí)間 /年浪濺區(qū) 浪濺區(qū)

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本文編號(hào)：2784007