基于多元模糊评定的桥梁综合地震易损性分析

    何浩祥　李瑞峰　闫维明

    

    

    

    摘要：传统的钢筋混凝土桥梁地震易损性分析一般只根据主要桥墩的截面曲率等参数进行评估，对桥梁动力特性演变和整体性能考虑不充分。阐述了通过对桥梁不同部位进行易損性分析进而实现综合损伤评定的策略。从能量耗散角度论证损伤的形式和程度与结构理想弹性变形能和实际弹塑性变形能之间的差异相关，建立基于滞回耗能差的桥墩损伤评价模型。提出基于多阶周期的桥梁多维整体易损性分析方法。运用模糊数学中的综合评判方法，结合基于位移的支座损伤分析、基于能量的桥墩损伤分析和基于周期的整体损伤分析，建立了能够反映桥梁从细部到整体多层次损伤的多元模糊易损性分析方法。对算例桥梁进行多维增量动力分析和各级别的易损性分析，结果表明：基于多元模糊评定的桥梁地震易损性分析方法能准确细致地反映桥梁构件和整体的动力特性的损伤演变过程，具有较好的准确性和实用性。

    关键词：地震易损性；连续梁桥；损伤；多元模糊评定；时变周期

    引言

    桥梁是交通生命线工程的重要环节，在以往的震害中，桥梁常常出现落梁、桥墩弯曲损伤和支座失效等局部破坏甚至整体严重倒塌，从而延误抗震救援工作的开展，加剧人员伤亡与经济损失。近年来，随着非线性有限元分析方法的迅猛发展和基于性能的桥梁抗震设计思想和理论框架的不断完善，基于概率性地震需求分析的桥梁地震易损性分析方法受到普遍重视和广泛应用。通过桥梁易损性分析能够获取桥梁在地震作用下的不同损伤状态概率，实现桥梁的抗震性能评估，为桥梁加固维修提供直接而有效的依据，具有重要的工程意义。

    桥梁地震易损性是指桥梁结构在地震动作用下发生损伤的可能性或抗震可靠性，可用具有统计特征的响应损伤参量表征桥梁的损伤状态，并将其与地震动特征和震害建立起关联。早期的桥梁地震易损性研究主要通过诸如震害调查法、专家评价法等通过统计回归建立经验易损性曲线。之后的研究者采用以增量动力分析（IDA）为主的非线性分析进行结构响应的统计分析，并利用损伤指标建立具有明确概率意义的易损性曲线。近年来，Bayesian网络和Markov链等先进概率性分析方法以及软计算方法等也逐渐在易损性分析中得到应用。此外，诸如多点激励、主余震效应、耐久性和多灾害耦合等因素对桥梁地震易损性的影响也逐渐得到重视并成为研究热点。

    尽管钢筋混凝土桥梁易损性评估方法在快速发展，但目前的不足仍不容忽视。例如一般易损性分析仅针对典型桥墩的位移和曲率等响应进行，试图用桥墩易损性代表桥梁整体易损性，虽然计算简便，但准确性有待提高。此外，评价桥墩易损性的曲率等指标一般均是通过静力非线性分析获取的，很难真实、准确地反映桥梁在地震作用下的滞回耗能特性和动力损伤特征。因此，只有充分考虑桥梁整体以及不同层次构件的损伤状态，提出新的分析技术、损伤指标和综合评价方法，才能提高桥梁地震易损性分析的精度、水平和适用性。

    针对以上研究局限，本文提出一种基于多元模糊评定的桥梁地震易损性分析方法，力求充分考虑支座和桥墩局部损伤的影响，并通过桥梁自振周期的变化获得桥梁整体地震易损性曲线，结合多元模糊方法综合评价地震易损性。算例结果表明：基于多元模糊评定的桥梁地震易损性分析方法更能体现桥梁整体的抗震能力，且该方法机理明确、简单实用。