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高烈度山区中小跨径梁桥概率性抗震性能研究

高烈度山区中小跨径梁桥概率性抗震性能研究

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作者：吴钊华湖南大学

学位级别：硕士

在我国山区桥梁的建设中,中小跨径连续梁桥以其造价优势、施工方便而被广泛采用。然而,我国山区大部分位于高烈度地震区,这些区域的地震活动频率高、强度大、震源浅、分布广、不确定性强,因此潜在的地震危险也为大批山区桥梁的抗震性能... 详细信息

在我国山区桥梁的建设中,中小跨径连续梁桥以其造价优势、施工方便而被广泛采用。然而,我国山区大部分位于高烈度地震区,这些区域的地震活动频率高、强度大、震源浅、分布广、不确定性强,因此潜在的地震危险也为大批山区桥梁的抗震性能提出了更高要求。现阶段关于梁式桥的震害资料非常丰富,已有不少学者对该类桥梁进行抗震研究,但这些研究主要从构件或者构造的角度,考虑单一的抗震计算方法,对桥梁的某一构件的抗震性能或抗震构造措施进行研究及优化,缺乏对不同条件下的山区桥梁的地震响应分析,也缺乏合理、完备的抗震评估体系。针对以上问题,本文将以某一高烈度山区中等跨径钢-混组合梁桥为研究对象,首先评估了依托工程桥梁各类构件的抗震能力,明确了山区桥梁在烈度条件、结构条件、地形条件等因素下的地震响应特点及抗震设计不利环节;然后对依托工程桥梁进行概率性抗震性能评估,确定了桥梁在高烈度地震作用下的主要不利构件,为优化该桥梁的抗震设防提供参考;同时,推导桥梁地震时变损失期望公式,实现依托工程的抗震经济性定量评估;最后提出了完备的合理抗震体系评估流程,并对依托工程的6个抗震体系进行易损性分析、损失期望分析、全寿命成本分析,最终确立了一个适用于依托工程的安全可靠、经济合理的抗震体系。本文的主要研究内容如下:（1）以某高烈度山区钢-混组合梁桥为研究对象,建立一系列有限元模型,分析依托工程桥梁结构在高烈度条件下的地震时程响应,确定高烈度山区复杂地形下桥梁的地震响应规律以及不同的桥梁设计变量对地震响应的影响,并对不同桥梁结构在复杂地形下的适应性进行了分析,最后通过正交工况分析明确不同影响因素的桥梁地震响应影响权重。（2）基于Opensees源代码分析平台,建立了依托工程桥梁的精细化非线性动力模型,并对模型输入100条实际地震波,进行非线性时程分析和对数回归分析,采用Matlab拟合了依托工程桥梁的构件及系统易损性曲线,从损伤概率上对该桥梁抗震性能及危险构件进行了评估。（3）明确了桥梁在地震作用下损失及全寿命成本的构成,通过指数抛物线模型拟合了地震危险性曲线,推导了桥梁的时变地震损失期望公式,从而建立了桥梁的时变损失期望曲面及全寿命成本曲面,同时分析了折现率变化对模型计算结果的影响,实现了依托工程的抗震经济性定量评估。（4）定性地提出了桥梁“合理抗震体系”概念及其评估流程,通过改善耗能支座及构造措施,初步拟定6个抗震体系,通过控制变量进行平行比选,分析并建立了各抗震体系的构件易损性曲线。在此基础上,建立了备选体系的地震累计损伤期望曲面及全寿命成本曲面,定量地对备选体系的损失期望及全寿命成本进行评估,最终确立了桥梁安全可靠、经济合理的抗震体系。

关键词：桥梁工程地震基于性能的抗震设计地震易损性评估地震损失期望评估合理抗震体系全寿命成本评估

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