基于多元模糊評(píng)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(tǒng)的鋼筋混凝土橋梁地震易損性分析一般只根據(jù)主要橋墩的截面曲率等參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)橋梁動(dòng)力特性演變和整體性能考慮不充分。闡述了通過(guò)對(duì)橋梁不同部位進(jìn)行易損性分析進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合損傷評(píng)定的策略。從能量耗散角度論證損傷的形式和程度與結(jié)構(gòu)理想彈性變形能和實(shí)際彈塑性變形能之間的差異相關(guān)，建立基于滯回耗能差的橋墩損傷評(píng)價(jià)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(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中的綜合評(píng)判方法，結(jié)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(xì)部到整體多層次損傷的多元模糊易損性分析方法。對(duì)算例橋梁進(jìn)行多維增量動(dòng)力分析和各級(jí)別的易損性分析，結(jié)果表明：基于多元模糊評(píng)定的橋梁地震易損性分析方法能準(zhǔn)確細(xì)致地反映橋梁構(gòu)件和整體的動(dòng)力特性的損傷演變過(guò)程，具有較好的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：地震易損性；連續(xù)梁橋；損傷；多元模糊評(píng)定；時(shí)變周期

引言

橋梁是交通生命線工程的重要環(huán)節(jié)，在以往的震害中，橋梁常常出現(xiàn)落梁、橋墩彎曲損傷和支座失效等局部破壞甚至整體嚴(yán)重倒塌，從而延誤抗震救援工作的開(kāi)展，加劇人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)，隨著非線性有限元分析方法的迅猛發(fā)展和基于性能的橋梁抗震設(shè)計(jì)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(yīng)用。通過(guò)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(tài)概率，實(shí)現(xiàn)橋梁的抗震性能評(píng)估，為橋梁加固維修提供直接而有效的依據(jù)，具有重要的工程意義。

橋梁地震易損性是指橋梁結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)作用下發(fā)生損傷的可能性或抗震可靠性，可用具有統(tǒng)計(jì)特征的響應(yīng)損傷參量表征橋梁的損傷狀態(tài)，并將其與地震動(dòng)特征和震害建立起關(guān)聯(lián)。早期的橋梁地震易損性研究主要通過(guò)諸如震害調(diào)查法、專(zhuān)家評(píng)價(jià)法等通過(guò)統(tǒng)計(jì)回歸建立經(jīng)驗(yàn)易損性曲線。之后的研究者采用以增量動(dòng)力分析（IDA）為主的非線性分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，并利用損傷指標(biāo)建立具有明確概率意義的易損性曲線。近年來(lái)，Bayesian網(wǎng)絡(luò)和Markov鏈等先進(jìn)概率性分析方法以及軟計(jì)算方法等也逐漸在易損性分析中得到應(yīng)用。此外，諸如多點(diǎn)激勵(lì)、主余震效應(yīng)、耐久性和多災(zāi)害耦合等因素對(duì)橋梁地震易損性的影響也逐漸得到重視并成為研究熱點(diǎn)。

盡管鋼筋混凝土橋梁易損性評(píng)估方法在快速發(fā)展，但目前的不足仍不容忽視。例如一般易損性分析僅針對(duì)典型橋墩的位移和曲率等響應(yīng)進(jìn)行，試圖用橋墩易損性代表橋梁整體易損性，雖然計(jì)算簡(jiǎn)便，但準(zhǔn)確性有待提高。此外，評(píng)價(jià)橋墩易損性的曲率等指標(biāo)一般均是通過(guò)靜力非線性分析獲取的，很難真實(shí)、準(zhǔn)確地反映橋梁在地震作用下的滯回耗能特性和動(dòng)力損傷特征。因此，只有充分考慮橋梁整體以及不同層次構(gòu)件的損傷狀態(tài)，提出新的分析技術(shù)、損傷指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)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(duì)以上研究局限，本文提出一種基于多元模糊評(píng)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(guò)橋梁自振周期的變化獲得橋梁整體地震易損性曲線，結(jié)合多元模糊方法綜合評(píng)價(jià)地震易損性。算例結(jié)果表明：基于多元模糊評(píng)定的橋梁地震易損性分析方法更能體現(xiàn)橋梁整體的抗震能力，且該方法機(jī)理明確、簡(jiǎn)單實(shí)用。