橋梁結(jié)構(gòu)地震易損性分析綜述

重慶交通大學(xué)，重慶 400074

地震易損性分析是結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估中結(jié)構(gòu)破壞分析和結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析的統(tǒng)稱，指當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇到不同等級(jí)強(qiáng)度的地震時(shí)，發(fā)生不同破壞狀態(tài)的可能性。因此橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能從概率的角度得以定量化描述。地震易損性分析為確定橋梁的易破壞位置、維護(hù)加固、橋梁評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)及其它研究提供了有價(jià)值的必要依據(jù)。考慮到過去橋梁抗震設(shè)計(jì)理論缺陷、抗震設(shè)防水準(zhǔn)不足、環(huán)境變化等綜合因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，為了有效評(píng)估橋梁抗震性能，橋梁結(jié)構(gòu)的地震易損性研究至關(guān)重要。

1 國(guó)內(nèi)外橋梁地震易損性研究

國(guó)內(nèi)外關(guān)于地震易損性方面的研究，依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)地震數(shù)據(jù)來源的不同分為經(jīng)驗(yàn)易損性研究和數(shù)值模擬的理論易損性研究。

1.1 經(jīng)驗(yàn)易損性研究

由于國(guó)內(nèi)橋梁在大震作用下發(fā)生破壞的可供參考案例較少，所以關(guān)于研究橋梁結(jié)構(gòu)易損性相對(duì)較晚，最初主要致力于預(yù)測(cè)鐵路橋梁和公路橋梁的地震破壞。在國(guó)內(nèi)發(fā)生幾次震級(jí)較大的地震之后，陳立波和同事們根據(jù)中國(guó)四川地震數(shù)據(jù)建立了以橋地震破壞的橋梁地震易損性統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算橋梁發(fā)生破壞狀態(tài)的概率，用于考察四川地區(qū)公、鐵路橋梁系統(tǒng)的發(fā)生地震損失破壞的可能性。

國(guó)外由于地理因素關(guān)于這方面的研究相對(duì)較早，大量詳實(shí)的國(guó)外地震災(zāi)害記錄促進(jìn)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)易損性研究，特別是在多地震地區(qū)。地震中發(fā)生嚴(yán)重破壞的橋梁在橋梁經(jīng)驗(yàn)型地震易損性研究中發(fā)揮了不可多得的作用。多年前已有國(guó)外學(xué)者通過對(duì)在地震中受損的橋梁的材料和結(jié)構(gòu)的類型進(jìn)行分析，計(jì)算出橋梁結(jié)構(gòu)地震損壞的強(qiáng)度和地面運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，以得到不同類型橋梁失效概率矩陣，由此建立了經(jīng)驗(yàn)型易損性曲線［1］。

1.2 理論易損性研究

橋梁結(jié)構(gòu)的理論易損性研究，主要是通過對(duì)地震作用時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列的狀態(tài)變化進(jìn)行數(shù)值模擬的分析，參照結(jié)果數(shù)據(jù)特點(diǎn)回歸分析繪制出橋梁的結(jié)構(gòu)地震理論易損性曲線。雖然地震易損性分析過程有些復(fù)雜，但只要抓住主要問題便能很明了的分析橋梁結(jié)構(gòu)的易損性。例如，通常需要提前整理好地震輸入記錄，確定地震強(qiáng)度的選擇面積范圍，根據(jù)橋梁的特征周期在PEER 數(shù)據(jù)庫中篩選可模擬實(shí)地地震記錄，對(duì)于缺少強(qiáng)震記錄區(qū)域的則根據(jù)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜生成人工波等，作為易損性分析中地震動(dòng)的輸入［2］。另外，考慮結(jié)構(gòu)本身的未知性、橋墩與樁基礎(chǔ)大地和結(jié)構(gòu)的相互作用。關(guān)于地震響應(yīng)分析方面的一些問題和其易損性分析曲線的一些設(shè)置問題，綜合考慮計(jì)算分析的效率以及數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及結(jié)構(gòu)數(shù)值模型建立易損性曲線等問題都是理論易損性分析過程中需要深入思索的一些問題。

2 地震易損性分析方法

根據(jù)過去的破壞數(shù)據(jù)和地震破壞進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分析，得出地震破壞的主要影響因素，結(jié)合收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸建立模型，然后繪制地震易損性曲線［3］。經(jīng)驗(yàn)易損性分析不能忽略一些重要影響因素，比如地震時(shí)由于其破壞作用和土壤之間的相互影響作用，要對(duì)其結(jié)構(gòu)重量、發(fā)生的場(chǎng)地條件以及橋梁結(jié)構(gòu)所相似的區(qū)域的影響所要采取的經(jīng)驗(yàn)分析方法進(jìn)行選擇。經(jīng)驗(yàn)方法必須考量實(shí)際情況影響，不適用于沒有發(fā)生過地震或震害資料不充分的地區(qū)。

理論分析方法有效地彌補(bǔ)了地震數(shù)據(jù)缺失的缺點(diǎn)，通過對(duì)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算和分析得出易損性曲線評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的概率。考慮到實(shí)際情況和這個(gè)方法的優(yōu)勢(shì)比較明顯，所以理論分析方法是目前最常用的。易損性曲線的正確性直接決定易損性分析的參考價(jià)值，要繪制好地震易損性的曲線需要對(duì)其易損性分析的特點(diǎn)和過程有一個(gè)好的認(rèn)知和掌握。理論易損性分析的大致流程可參照?qǐng)D1。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)地震理論易損性分析流程

結(jié)合了經(jīng)驗(yàn)-理論的易損性分析為橋梁抗震分析提供了一種提高分析過程的準(zhǔn)確性和有效性的方法，但局限性很大，實(shí)際運(yùn)用很少。主要作用是根據(jù)主觀識(shí)別或數(shù)值分析的結(jié)果，使用地震破壞數(shù)據(jù)或測(cè)試數(shù)據(jù)建立并校正結(jié)構(gòu)易損性模型，以提高模型的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

雖然近些年關(guān)于橋梁地震易損性研究，經(jīng)過國(guó)內(nèi)橋梁專家的不懈努力取得一些不錯(cuò)成果，已經(jīng)大體掌握了橋梁地震易損性分析的過程和基本方法，可從數(shù)據(jù)結(jié)果來判斷當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，其橋梁結(jié)構(gòu)的破壞程度與可能面臨的破壞失效路徑。但很多成果仍停留于理論研究水平，應(yīng)盡快在實(shí)際工程中檢驗(yàn)和應(yīng)用這些研究成果。

我國(guó)關(guān)于橋梁地震易損性的研究可以說才剛剛開始，但隨著跨海橋梁和地震多發(fā)區(qū)大型橋梁工程結(jié)構(gòu)的建設(shè)，要保證橋梁在地震作用下的安全性，關(guān)于大型橋梁破壞機(jī)理和易損性的研究刻不容緩，因此總結(jié)科學(xué)實(shí)用的方法，完整的橋梁結(jié)構(gòu)易損性分析的理論和方法的建立對(duì)我國(guó)橋梁工程的發(fā)展極為重要。