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钢筋混凝土连续梁桥的地震易损性、危险性及风险分析

作　者: 黄明刚
导　师: 李强；吕大刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 钢筋混凝土连续梁桥概率地震需求分析地震易损性分析地震危险性分析地震风险分析
分类号: U448.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来发生的一系列大震,比如说1994年美国加利弗尼亚州南部发生的Northridge地震;1995年日本发生的阪神大地震;1999年,我国台湾省发生的集集大地震;尤其是2008年5月12日我国四川省发生的汶川大地震,都给人们的生命和财产带来了重大损失。桥梁是交通运输系统的枢纽工程,是生命线工程的重要组成部分,在现代化社会生活和工作运行中起着越来越重要的作用。地震中,桥梁的破坏导致交通中断,这不但会影响人们的正常生活和经济的运行,造成严重的经济损失,而且将影响震后的救灾工作,从而加剧地震灾害。因此,研究地震作用下的桥梁的破坏情况就具有重要意义。本文以美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的“基于性能的地震工程”为框架,对钢筋混凝土连续梁桥的地震易损性、地震危险性以及地震风险进行了系统的研究。本文研究的主要内容和结论如下:1.对钢筋混凝土连续梁桥进行了概率地震需求分析。分别选择墩柱最大位移延性(μmax)和支座最大位移( )作为各自的需求参数,选择峰值地面加速度(PGA)和谱加速度(SDmaxa)作为地震动强度参数,在考虑地震动不确定性和结构不确定性的基础上利用拉丁超立方进行随机抽样,生成100个地震动─结构样本对,然后对每一个样本对进行非线性动力时程分析,通过线性回归分析可以得到桥梁的概率地震需求模型。结果表明,采用Sa作为地震动强度指标比PGA的发散性小,拟和较好。2.对钢筋混凝土连续梁桥进行了地震易损性分析。在概率地震需求分析和结构地震损伤评定的基础上分析了桥梁构件和系统的地震易损性,结果表明,中墩柱比边墩柱在各种破坏状态下具有更大的地震易损性;固定支座较滑动支座在纵向地震作用下于轻微破坏和中等破坏具有更大的地震易损性,而对于严重破坏和完全破坏,滑动支座具有更大的地震易损性;在横向地震作用下,固定支座较滑动支座基本具有更大的地震易损性;桥梁系统的地震易损性要大于单个构件的地震易损性;桥梁结构横向各种破坏状态下地震易损性基本要大于相应的桥梁结构纵向易损性。3.对钢筋混凝土连续梁桥进行了地震危险性分析。在概率地震需求分析的基础上,结合场地危险性分析进行了结构的需求危险性分析,结果表明,以PGA和Sa两种地震动参数所得到各构件的危险性曲线年超越概率相差不是很大,对于桥梁系统来说以Sa作为地震动参数所得到系统的危险性曲线年超越概率比PGA作为地震动参数所得的年超越概率稍微要大;桥梁中墩柱比边墩柱具有更大的地震危险性;固定支座相比滑动支座在纵下地震作用下位移较小时具有更大的地震危险性,位移较大时反之,而在横向地震作用下固定支座比滑动支座基本具有更大的地震危险性;桥梁整个系统相对各个构件具有更大的地震危险性;桥梁横向比纵向基本上具有更大的地震危险性。4.对钢筋混凝土连续梁桥进行了地震风险分析。在地震易损性分析和地震危险性分析的基础上进行了地震风险分析,得到了桥梁构件和系统在不同破坏状态下的风险概率。结果表明,采用PGA作为地震动参数得到的各个构件的不同破坏状态的地震风险概率基本要大于以Sa作为地震动参数得到的地震风险概率;中柱不同破坏状态的地震风险概率基本要大于相同破坏状态边柱的地震风险概率;在纵向地震作用下对于轻微破坏和中等破坏固定支座的地震风险概率要大于滑动支座在相同状态的地震风险概率,而在严重破坏和完全破坏情况下正好相反;在横向地震作用下固定支座的地震风险概率基本要大于滑动支座的地震风险概率;桥梁系统不同破坏状态的风险概率要大于单个构件相同破坏状态的风险概率;桥梁横向不同破坏状态的风险概率要大于相同破坏状态桥梁纵向所对应的风险概率。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  11
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题研究的目的及意义  11
  1.2 国内外的研究现状及分析  11-18
    1.2.1 桥梁的地震易损性分析  11-15
    1.2.2 桥梁的地震危险性分析  15-17
    1.2.3 桥梁的地震风险分析  17-18
  1.3 本课题的主要研究内容  18-19
    1.3.1 钢筋混凝土连续梁桥的有限元建模  18
    1.3.2 钢筋混凝土连续梁桥的概率地震需求分析  18
    1.3.3 钢筋混凝土连续梁桥的地震损伤评定  18
    1.3.4 钢筋混凝土连续梁桥的地震易损性分析  18
    1.3.5 钢筋混凝土连续梁桥的地震危险性分析  18
    1.3.6 钢筋混凝土连续梁桥的地震风险分析  18-19
第2章钢筋混凝土连续梁桥的有限元建模  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 模型介绍  19-20
  2.3 材料模型  20-21
  2.4 单元模型  21-24
    2.4.1 上部结构  21-22
    2.4.2 支座和桥台  22-23
    2.4.3 墩柱  23-24
  2.5 动力特性分析  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章钢筋混凝土连续梁桥的概率地震需求分析  27-42
  3.1 引言  27
  3.2 地震动不确定性的考虑  27-29
    3.2.1 地震动的选取  27-28
    3.2.2 地震动强度指标的选取  28-29
  3.3 结构不确定性的考虑  29-30
  3.4 钢筋混凝土连续梁桥需求参数的确定  30
  3.5 钢筋混凝土连续梁桥的确定性地震需求分析  30-33
    3.5.1 Pushover分析  30-31
    3.5.2 非线性时程分析  31-33
  3.6 钢筋混凝土连续梁桥概率地震需求的随机模拟分析  33-34
    3.6.1 拉丁超立方体抽样(LHS)  33
    3.6.2 地震动—结构样本  33-34
  3.7 钢筋混凝土连续梁桥的概率地震需求分析  34
  3.8 钢筋混凝土连续梁桥的概率地震需求模型  34-41
    3.8.1 概率地震需求模型的基本原理  34-35
    3.8.2 中墩柱纵桥向位移延性系数的概率地震需求模型  35-36
    3.8.3 边墩柱纵桥向位移延性系数的概率地震需求模型  36-37
    3.8.4 固定支座纵桥向位移的概率地震需求模型  37
    3.8.5 滑动支座纵桥向位移的概率地震需求模型  37-38
    3.8.6 中墩柱横桥向位移延性系数的概率地震需求模型  38-39
    3.8.7 边墩柱横桥向位移延性系数的概率地震需求模型  39
    3.8.8 固定支座横桥向位移的概率地震需求模型  39-40
    3.8.9 滑动支座横桥向位移的概率地震需求模型  40-41
  3.9 本章小结  41-42
第4章钢筋混凝土连续梁桥的地震损伤评定  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 桥墩地震损伤状态的判断准则  42-47
    4.2.1 破坏准则  42-44
    4.2.2 损伤状态的描述与损伤指标的量化  44-47
  4.3 基于位移延性的桥墩地震损伤评定方法  47-51
    4.3.1 损伤指标的定义  47
    4.3.2 钢筋混凝土截面的弯矩一曲率分析( P? M ? φ分析)  47-49
    4.3.3 基于位移延性的地震损伤评定  49-51
  4.4 基于位移的支座地震损伤评定方法  51-53
  4.5 钢筋混凝土连续梁桥的地震损伤评定  53-54
  4.6 钢筋混凝土连续梁桥的概率抗震能力模型  54-56
  4.7 本章小结  56-57
第5章钢筋混凝土连续梁桥的地震易损性分析  57-67
  5.1 引言  57
  5.2 桥梁结构的地震易损性模型  57
  5.3 桥梁构件的纵向地震易损性分析  57-61
    5.3.1 中墩柱的纵向地震易损性曲线  57-59
    5.3.2 边墩柱纵向地震易损性曲线  59-60
    5.3.3 固定支座纵向地震易损性曲线  60
    5.3.4 滑动支座纵向地震易损性曲线  60-61
  5.4 桥梁系统的纵向地震易损性分析  61-62
  5.5 桥梁构件的横向地震易损性分析  62-65
    5.5.1 中墩柱横向地震易损性曲线  62-63
    5.5.2 边墩柱横向地震易损性曲线  63-64
    5.5.3 固定支座横向地震易损性曲线  64-65
    5.5.4 滑动支座横向地震易损性曲线  65
  5.6 桥梁系统的横向地震易损性分析  65-66
  5.7 本章小结  66-67
第6章钢筋混凝土连续梁桥的地震危险性分析  67-79
  6.1 引言  67
  6.2 场地地震危险性分析  67-71
    6.2.1 场地地震危险性分析的基本假定  67
    6.2.2 地震危险性分析的基本步骤  67-68
    6.2.3 地震危险性分析的概率模型  68-69
    6.2.4 设计场地的地震危险性分析  69-71
  6.3 结构地震危险性分析  71-78
    6.3.1 结构的极限状态概率  71-72
    6.3.2 结构的概率地震需求危险性分析(PSDHA)  72-74
    6.3.3 桥梁构件和系统在相同方向地震作用下的概率地震危险性分析  74-76
    6.3.4 桥梁构件和系统纵桥向和横桥向的地震危险性的比较分析  76-78
  6.4 本章小结  78-79
第7章钢筋混凝土连续梁桥的地震风险分析  79-87
  7.1 引言  79
  7.2 地震风险分析的基本原理  79-80
    7.2.1 地震风险分析的基本概念  79
    7.2.2 地震风险分析的主要内容  79-80
  7.3 结构地震风险概率  80-86
    7.3.1 结构纵向地震风险概率  80-82
    7.3.2 结构横向地震风险概率  82-84
    7.3.3 结构构件和系统在纵桥向和横桥向地震风险概率比较分析  84-86
  7.4 本章小结  86-87
结论及展望  87-89
参考文献  89-94
附录 1 地震动纪录  94-97
附录 2 地震动-结构样本  97-100
附录 3 钢筋混凝土连续梁桥概率地震需求分析数据  100-103
附录 4 钢筋混凝土连续梁桥概率地震需求模型  103-105
致谢  105

钢筋混凝土连续梁桥的地震易损性、危险性及风险分析

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