[发明专利]一种桥梁结构三维地震易损性分析方法

说明书

一种桥梁结构三维地震易损性分析方法，针对目前常用的地震易损性计算方法不能用于开展三维地震易损性。本发明首先提出了用于评估三维地震作用下桥梁构件地震损伤的损伤状态方程，为求解构件的损伤概率，针对各损伤状态方程的特点，运用工程结构可靠度理论、概率论与数理统计方法，详细推导并建立了桥梁结构三维地震易损性计算理论，充分考虑桥梁结构自身参数不确定性和地震动的不确定性基础上，引入增量动力分析方法、有限元法。本发明分析方法推导过程更具有理论依据，计算结果更加准确可靠；本发明在易损性研究领域具有突破性进展，将目前研究领域由一维地震易损性分析上升到三维地震易损性分析，实现了桥梁结构在三维地震作用下的易损性评估。

技术领域

本发明涉及地震强度分析技术领域，具体为一种桥梁结构三维地震易损性分析方法。

背景技术

近年来我国地震频繁，汶川、玉树、芦山、盈江等地震已经导致大量建筑物、桥梁结构倒塌，造成重大人员伤亡和国家经济损失，而作为交通咽喉的桥梁结构，地震发生时一旦其发生倒塌或严重破坏，势必会影响整个交通网正常运营，阻碍震后救灾工作，这将造成巨大的间接损失，因此桥梁结构抗震能力，尤其是遭遇超设防烈度地震下的抗震能力，受到工程界的高度重视。

实际地震动是一个空间三维的地震运动，桥梁结构在三维地震作用下的结构响应非常复杂，特别是高墩大跨且形式较为复杂的非规则桥梁结构，其结构体系呈现明显的空间受力和变形特点，水平和竖向地震对整体桥梁的响应都有较大的影响。已有研究发现部分地震动其竖向分量的强度比水平分量还更大，对结构的破坏更强，尤其是近场地震动，研究表明近场区域内，竖向地震作用对桥梁结构的抗震会产生很大的影响，特别是大震过程中桥墩的动轴力效应尤为突出。因此，在开展桥梁结构抗震分析与评估时，仅考虑一维地震作用对结构的影响未必能反映实际地震中桥梁的真实抗震性能，应该同时考虑水平和竖向三维地震作用才符合高墩大跨桥梁结构的实际受力状况。

目前，世界各国学者广泛采用地震易损性分析方法对各类桥梁结构抗震性能进行评估，然而，大部分研究是单向地震(纵向或横向)作用下的桥梁易损性分析，也有部分学者开展了两向地震(纵向+横向)作用下的易损性分析，但此时仅施加两个方向地震动，对于损伤指标的定义及易损性的评估依然分两个方向进行，并未将损伤指标进行综合考虑，对三向地震动作用下的桥梁地震易损性分析研究更尚未见报道。这主要是因为目前桥梁结构所采用的易损性损伤指标(如截面曲率、墩顶位移、曲率延性比、变形和能量双重指标等)只能表征纵向或横向地震作用下的损伤状态，而不能评估其它任意方向地震作用下的损伤情况，目前常用的地震易损性计算方法不能用于开展三维地震易损性。因此要实现对桥梁结构的三维地震易损性分析，还需要解决以下2方面问题：损伤指标地建立和三维地震作用下易损性的计算方法。为解决桥梁结构三维地震易损性分析问题，本发明基于国内外桥梁抗震设计理论、抗震设计规范、墩柱地震破坏机理、材料破坏准则及工程结构可靠度计算理论，如何建立三维地震易损性分析方法，使其能够开展三维地震作用下桥梁的易损性分析，进而评估三维地震作用下桥梁结构的抗震性能是目前急需解决的实际问题，本发明了开发了一种桥梁结构三维地震易损性分析方法。

发明内容

针对上述背景技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种桥梁结构三维地震易损性分析方法，旨在建立桥梁构件三维地震损伤状态方程及其损伤状态判别准则，实现桥梁结构在三维地震作用下的损伤评估。

为此，本发明采用以下技术方案：一种桥梁结构三维地震易损性分析方法，其特征是，包括以下分析步骤：

1、建立桥梁墩柱在三维地震作用下的弯曲损伤指标计算表达式：

式中，P表示地震作用下墩柱截面所承受的轴力；Po

表示地墩柱截面在荷载偏心距为0时的极限轴力；

Pc表示地墩柱截面发生平衡破坏时(即受压与受拉破坏的分界)对应的截面轴力；