基于多元模糊評定的橋梁綜合地震易損性分析

何浩祥　李瑞峰　閆維明

摘要：傳統的鋼筋混凝土橋梁地震易損性分析一般只根據主要橋墩的截面曲率等參數進行評估，對橋梁動力特性演變和整體性能考慮不充分。闡述了通過對橋梁不同部位進行易損性分析進而實現綜合損傷評定的策略。從能量耗散角度論證損傷的形式和程度與結構理想彈性變形能和實際彈塑性變形能之間的差異相關，建立基于滯回耗能差的橋墩損傷評價模型。提出基于多階周期的橋梁多維整體易損性分析方法。運用模糊數學中的綜合評判方法，結合基于位移的支座損傷分析、基于能量的橋墩損傷分析和基于周期的整體損傷分析，建立了能夠反映橋梁從細部到整體多層次損傷的多元模糊易損性分析方法。對算例橋梁進行多維增量動力分析和各級別的易損性分析，結果表明：基于多元模糊評定的橋梁地震易損性分析方法能準確細致地反映橋梁構件和整體的動力特性的損傷演變過程，具有較好的準確性和實用性。

關鍵詞：地震易損性；連續梁橋；損傷；多元模糊評定；時變周期

引言

橋梁是交通生命線工程的重要環節，在以往的震害中，橋梁常常出現落梁、橋墩彎曲損傷和支座失效等局部破壞甚至整體嚴重倒塌，從而延誤抗震救援工作的開展，加劇人員傷亡與經濟損失。近年來，隨著非線性有限元分析方法的迅猛發展和基于性能的橋梁抗震設計思想和理論框架的不斷完善，基于概率性地震需求分析的橋梁地震易損性分析方法受到普遍重視和廣泛應用。通過橋梁易損性分析能夠獲取橋梁在地震作用下的不同損傷狀態概率，實現橋梁的抗震性能評估，為橋梁加固維修提供直接而有效的依據，具有重要的工程意義。

橋梁地震易損性是指橋梁結構在地震動作用下發生損傷的可能性或抗震可靠性，可用具有統計特征的響應損傷參量表征橋梁的損傷狀態，并將其與地震動特征和震害建立起關聯。早期的橋梁地震易損性研究主要通過諸如震害調查法、專家評價法等通過統計回歸建立經驗易損性曲線。之后的研究者采用以增量動力分析（IDA）為主的非線性分析進行結構響應的統計分析，并利用損傷指標建立具有明確概率意義的易損性曲線。近年來，Bayesian網絡和Markov鏈等先進概率性分析方法以及軟計算方法等也逐漸在易損性分析中得到應用。此外，諸如多點激勵、主余震效應、耐久性和多災害耦合等因素對橋梁地震易損性的影響也逐漸得到重視并成為研究熱點。

盡管鋼筋混凝土橋梁易損性評估方法在快速發展，但目前的不足仍不容忽視。例如一般易損性分析僅針對典型橋墩的位移和曲率等響應進行，試圖用橋墩易損性代表橋梁整體易損性，雖然計算簡便，但準確性有待提高。此外，評價橋墩易損性的曲率等指標一般均是通過靜力非線性分析獲取的，很難真實、準確地反映橋梁在地震作用下的滯回耗能特性和動力損傷特征。因此，只有充分考慮橋梁整體以及不同層次構件的損傷狀態，提出新的分析技術、損傷指標和綜合評價方法，才能提高橋梁地震易損性分析的精度、水平和適用性。

針對以上研究局限，本文提出一種基于多元模糊評定的橋梁地震易損性分析方法，力求充分考慮支座和橋墩局部損傷的影響，并通過橋梁自振周期的變化獲得橋梁整體地震易損性曲線，結合多元模糊方法綜合評價地震易損性。算例結果表明：基于多元模糊評定的橋梁地震易損性分析方法更能體現橋梁整體的抗震能力，且該方法機理明確、簡單實用。