考慮不確定性的鋼筋混凝土橋梁地震易損性研究.pdf

1、基于性能的地震工程(PBEE)設(shè)計(jì)方法經(jīng)過了近20年的發(fā)展，理論框架已經(jīng)日益成熟，并逐漸被各國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范所采納。與傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法相比較，基于性能抗震設(shè)計(jì)(PBSD)最大的特點(diǎn)是，強(qiáng)調(diào)用一些容易被大眾所接受的變量來量化結(jié)構(gòu)物在地震作用下的響應(yīng)和性態(tài)水平。然而，由于人類目前掌握知識(shí)水平的局限性以及事物本身固有的隨機(jī)性，都不可避免的會(huì)涉及到諸多的不確定性問題。如何準(zhǔn)確地量化這些不確定性的影響仍是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，也是確?；谛阅芸拐鹪O(shè)計(jì)

2、真實(shí)可靠的前提。
　　地震易損性分析作為基于性能抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要中間環(huán)節(jié)，能夠同時(shí)將概率地震危險(xiǎn)性分析和地震需求分析中的諸多不確定性因素有效地聯(lián)系在一起，并為最后的地震損失評(píng)估提供基礎(chǔ)。目前，考慮不確定性的地震易損性分析在建筑和橋梁等工程抗震領(lǐng)域都倍受歡迎。然而，一方面國(guó)際上關(guān)于橋梁地震易損性分析中不確定性的研究還不完善;另一方面，我國(guó)橋梁所處的地質(zhì)條件、采用的設(shè)計(jì)規(guī)范以及養(yǎng)護(hù)條件都有其自身的特點(diǎn)，國(guó)外已有的研究成果不一定適合我

3、國(guó)的國(guó)情?；谝陨显?，本文針對(duì)鋼筋混凝土橋梁這種量大面廣的橋梁結(jié)構(gòu)形式，研究了多種不確定性因素在橋梁地震易損性分析過程中的傳遞效果，并對(duì)各種不確定性因素的影響大小進(jìn)行量化分析。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)回顧了橋梁地震易損性分析、易損性函數(shù)中不確定性分析以及橋梁系統(tǒng)地震易損性分析的研究現(xiàn)狀?；谒姆N常見的理論地震易損性分析方法，討論了不同易損性函數(shù)中不確定性的分類、表現(xiàn)形式以及處理手段，并指出基于“云圖法”的易損性函數(shù)可以將地

4、震需求和能力涉及的不確定性分開處理，從而使考慮不確定性的地震易損性分析過程更加清晰。
　　(2)基于OpenSEES源代碼分析平臺(tái)建立了算例橋梁的精確有限元模型，并對(duì)模型的正確性和合理性進(jìn)行了校核。針對(duì)26種橋梁建模相關(guān)的不確定性因素，基于條帶分析方法得到了不同構(gòu)件地震響應(yīng)的”龍卷風(fēng)”圖，然后進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析。研究表明:隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增加，影響地震響應(yīng)預(yù)測(cè)值的建模不確定性因素越多;建模不確定性參數(shù)對(duì)地震響應(yīng)均值和對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的

5、影響并非完全一致;結(jié)構(gòu)層次和邊界條件的不確定性(SU, BU)的影響較大，材料層次不確定性(MU)的影響幾乎可以忽略不計(jì)。
　　(3)分別選取了100條近場(chǎng)地震波、遠(yuǎn)場(chǎng)地震波和人工地震波，基于概率地震需求模型(PSDM)研究了地震波庫(kù)對(duì)地震波庫(kù)的不確定性(BTB)，并指出地震波本身的不確定性無法消除，但可以通過選取合理的地震動(dòng)參數(shù)(IM)盡量減小這種不確定性對(duì)PSDM預(yù)測(cè)精度的影響。本文通過“效率性”、“實(shí)用性”和“充分性”等地震

6、動(dòng)參數(shù)(IM)判別標(biāo)準(zhǔn)，研究了三類地震波合理IM的選取。
　　(4)同時(shí)考慮橋梁建模相關(guān)和地震動(dòng)相關(guān)的不確定性，基于拉丁超立方抽樣(LHS)方法研究了多不確定性的聯(lián)合效應(yīng)在橋梁地震易損性分析中的傳遞效果和影響大小。定義了各構(gòu)件的損傷指標(biāo)和不同損傷狀態(tài)的不確定性，然后利用“云圖法”建立了不同構(gòu)件的地震易損性曲線，對(duì)算例橋梁的抗震性能進(jìn)行評(píng)估。最后，詳細(xì)討論了各種不確定性在橋梁地震易損性分析過程中的作用。
　　(5)提出了適用于