地震作用下鋼混結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)易損性分析

李 坤

（黑龍江省公路工程監(jiān)理咨詢公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

前言

橋梁工程關(guān)乎國計民生，是國家發(fā)展的重點工程。通過研究表明，橋梁工程在正常使用下極容易受到地震作用的影響，最終損壞甚至不可用。為了分析橋梁工程的易損性，人們一般會采用易損性曲線來表示橋梁結(jié)構(gòu)在不同強(qiáng)度的地震作用下所損壞的程度，而易損性曲線則是需要憑借技術(shù)人員的經(jīng)驗以及實踐工作而得到。其中，技術(shù)人員憑借經(jīng)驗所得到的易損性曲線也就是根據(jù)過去地震發(fā)生的強(qiáng)度以及對工程破壞程度而繪制的曲線，而實踐工作則是技術(shù)人員通過地震的反映與強(qiáng)度來對橋梁的易損性進(jìn)行分析的，在有條件的情況下，技術(shù)人員可以采用地震的實際數(shù)據(jù)來反映易損性曲線。事實上，在很多國家發(fā)生地震時，由于沒有地震破壞橋梁工程的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此技術(shù)人員只能夠采用分析方法來得到橋梁結(jié)構(gòu)的易損性曲線，本文就該方法進(jìn)行全面的分析。

1 地震易損性分析方法的基本流程

在實際工作中，獲得易損性曲線的方法有很多種，并且每一種分析方法都有其特有的優(yōu)勢，為了避免地震影響與橋梁工程之間的不確定因素的存在，保證結(jié)構(gòu)的合理性，本文提出了一種合理的易損性分析方法。其工作步驟主要有以下幾點：在獲取易損性曲線之前，我們需要根據(jù)實際情況來建立一個橋梁非線性物理力學(xué)模型；使模型與實際相似，在其中合成不同的地震強(qiáng)度以及地震距離；對現(xiàn)場各個參數(shù)進(jìn)行量化，全面掌握其中存在的不確定因素，然后模擬現(xiàn)場建立一個地震—工程場地—橋梁結(jié)構(gòu)的樣本；技術(shù)人員需要對該樣本進(jìn)行全面分析，然后獲取相應(yīng)的地震數(shù)據(jù)；通過對數(shù)據(jù)的分析來建立一個概率函數(shù)，其中地震震動的參數(shù)則為一個自變量；通過地震的影響來了解橋梁工程的破壞程度，然后針對不同的破壞程度來建立一個結(jié)構(gòu)承載力的概率函數(shù)；通過計算的方式來了解在不同程度的地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)的承載力概率；再根據(jù)所有的相關(guān)參數(shù)來繪制易損性曲線，并根據(jù)該曲線來對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的分析。

2 鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)

在本文中，為了便于研究，我們采用的是多跨度連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的橋梁工程，在該橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中，連續(xù)梁主要是對鋼筋混凝土的排架柱起到支撐作用。該橋梁工程屬于四跨度工程，總長度達(dá)到71.8m。其中主要是由現(xiàn)澆混凝土板來構(gòu)成橋梁工程的橋面板，而縱梁的作用是為了支撐橋墩上的橡膠板，在橋墩上，施工人員為了保證其穩(wěn)定性，采用了四根混凝土圓柱來作為排架。

2.1 模型的建立

在本橋梁工程當(dāng)中，當(dāng)受到強(qiáng)烈的地震影響，橋墩柱與縱梁下的支座中會受到橋梁體系的非線性影響。因此，我們可以采用結(jié)構(gòu)非線性分析法來對橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進(jìn)行全面的分析。首先，技術(shù)人員可以采用有限元分析法來深入分析鋼筋混凝土橋梁工程，然后在根據(jù)實際情況來建立一個相應(yīng)的模型。其次，在模型的軸線位置防止板與梁，在采用剛性連接的方式使其形成一個整體。最后再對橋梁工程進(jìn)行全面的分析。

2.2 合成地震的不同震級與距離

在合成地震加速度時程的過程中，技術(shù)人員首先需要對當(dāng)?shù)氐卣鸬陌l(fā)生情況詳細(xì)分析，然后采用人工的方式來對橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進(jìn)行全面的分析。在實際工作中，我們需要將地震震源、傳播路徑以及場地條件等進(jìn)行全面分析，這樣才能夠保證其有效性，才能夠更加準(zhǔn)確的對非線性結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)合理的分析。

2.3 了解地震—工程場地—橋梁樣本中的不確定因素

為了了解其中存在的不確定因素，我們需要采用相應(yīng)的方法來對自變量——地震的參數(shù)進(jìn)行確定。在分析過程中，每一個地震參數(shù)都可以建立多個樣本，其中有兩個地震參數(shù)主要是為了論述地震的介質(zhì)與性質(zhì)的，我們可以對這兩個參數(shù)建立10個樣本，然后再通過隨機(jī)組合的方式獲取更多的地震參數(shù)，最后根據(jù)地震分析方法來確定場地加速度時程。

3 鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)易損性分析

3.1 反應(yīng)概率的分析

應(yīng)用SAP2000對每一個地震一場地一橋梁樣本進(jìn)行非線性時程分析。在此研究中，地震引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)是由柱的相對位移延性比來衡量，其中是柱頂相對位移最大值與初始屈服位移的比值，100個地震一場地一橋梁系統(tǒng)的分析結(jié)果，其中以結(jié)構(gòu)基本自振周期對應(yīng)的加速度反應(yīng)譜為變量，以地面最大加速度砌為變量。

3.2 橋梁破壞狀態(tài)和結(jié)構(gòu)承載能力概率

從無破壞到完全破壞這一過程中，地震對橋梁的破壞有5種破壞狀態(tài)。這5種破壞狀態(tài)用橋墩的位移延性比來表示。首次屈服時位移延性比，是屈服位移延性比，是柱截面邊緣鋼筋混凝土壓應(yīng)變達(dá)到0.002時的位移延性比，也是最大位移延性比。

3.3 易損性曲線的形成

橋梁的破壞曲線表示在不同強(qiáng)度地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)超過破壞階段所定義的結(jié)構(gòu)承載能力的條件概率。當(dāng)獲得結(jié)構(gòu)的易損性曲線后，在給定地震作用下結(jié)構(gòu)破壞概率的確定將變得很容易。根據(jù)一個地區(qū)不同橋梁的地震易損性曲線，可以形成區(qū)域橋梁系統(tǒng)的地震易損性矩陣，可用于區(qū)域交通生命線系統(tǒng)地震反應(yīng)分析。

4 結(jié)語

通過上文分析，為了分析鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的易損性曲線，我們首先將地震震源、場地條件以及橋梁工程等各個方面的活動參數(shù)進(jìn)行量化，然后建立一個模型，最后分析其中存在的不確定因素來建立一個地震—場地—橋梁的樣本，通過這種方法，我們可以獲得橋梁結(jié)構(gòu)的易損性曲線，并且可以準(zhǔn)確的估量地震參數(shù)的變易性。經(jīng)過實踐證明，這種分析方法具有非常好的分析效果，能夠縮短研究時間，獲取更準(zhǔn)確的分析結(jié)果，在公路橋梁工程中非常適用，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

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