桥梁易损性分析

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5.本文主要研究内容 直线桥
采用IDA方法对干海子大桥第二联进行易损性研究，分析得到的 易损性曲线，获得该类桥梁抗震特点。
曲线桥
采用IDA方法对干海子大桥第一联进行易损性研究，并在此基础 上改变设计参数，建立多个对比模型，研究上部桁架梁曲率半径与墩跨 比二设计因素改变对该类曲线桥梁易损性影响。
增量动力分析（IDA）方法符合当今抗震设计与评估发 展思路，作为抗震性能及风险评估方法之一，无论在研究 上还是应用上已经在国内外得到很大发展。
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03
PART THREE
工程背景与及损伤指标
Engineering background and damage indexes
抗震性能：
经济效益：
钢管混凝土空间组合桁架 梁桥是一种新型桥梁结构，优
点众多。

开展该类结构抗震易损性 研究对了解其受力特点、推广 其应用于实际、降低该类桥梁
破坏导致的损失等意义重大。
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2.桥梁易损性研究意义
结构易损性（ seismic fragility ）通 常指在不同地震动强度作用下结构可 能出现各种损伤状态的概率。 地震带来的灾难严重，我国多 次发生大地震。512汶川大地 震让我们重新认识到桥梁对灾 后抢险救援的意义。抢险就是 抢时间。对重要桥梁开展抗震 易损性研究意义重大。 分析得到的桥梁易损性曲线对 于桥梁结构安全评估加固和抗 震设计都有实际参考意义，能 避免地震引起桥梁结构破坏可 能导致的巨大人员伤亡和经济 损失。
DM参数
材料应变难以准确反映结构进入非线性阶段损伤状态，地震作用 下变形能力不足是结构出现不同程度损伤及破坏的原因。此外，我国现 阶段桥梁结构在设计时往往采用基于位移的设计理论。综上所述选择截 面曲率和梁端支座位移作为DM参数更合理。
为充分体现地震动随机性采用实测地震波，卓越周期和震中距与 被研究结构所在地接近。持续时间取结构5倍结构基本周期。选取10条 地震动记录能达到一定精度。地震波沿纵桥向输入。
构件易损性曲线
系统易损性曲线
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4.基于IDA方法易损性分析优点
考虑地震参数和高阶 振型对高墩桥梁抗震 性能的影响，适用于 高墩桥梁
展现出地震动荷载作用下 桥梁结构从开始损伤到完 全破坏整个过程
IDA方法优 点
保留了非线性时程分析 与非线性静力分析优点
桥梁易损性曲线，能 显示出不同地震强度 下结构发生各级损伤 的概率
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第四步： 第五步：
单地震曲线
多地震曲线
对数比曲线
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第六步：
对上述IDA曲线进行非线性回归分析，得到回归均 值λ和标准差σ，从而得到概率损伤
第七步：
根据计算结果绘制构件地震易损性曲线，结合联合 失效概率计算方法形成桥梁系统易损性曲线
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1.干海子大桥概况与全景图
某部件 某部件
“干海子特大桥”是我国已建成为数不多 的钢管混凝土桁架连续梁桥，是国家交通 干线—京昆高速公路控制性工程，位于四 川雅安。该桥按双向4车道设计，单幅桥面 宽度12.25m，共计36跨，分三联，第一 联为平曲线半径320m左右曲线桥，第二 联近似考虑成直线桥；最小联长268m， 最大联长1045m，桥总长1811m。
04 05
IDA曲线与易损性曲线
IDA curves and fragility curves
结论
Conclusions
02
CONTENT
01
PART ONE
研究意义与背景
Research significance and background
1.钢管混凝土结构桁架梁桥研究意义 优点众多：
形成互补： 耐火性能： 发挥钢材抗拉和混凝土抗压性能好的优点，克服混凝土自重大 和空心钢管刚度小的缺点 混凝土吸收部分热量，减缓钢材升温。钢管屈服，混凝土仍可 承受压力 吸能性和延性良好 施工快（无模板），节约混凝土
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4.国内外桥梁易损性研究动态、水平 直线桥
国内学者对高墩（40m+）桥梁进行了大量抗震易损性分析，包 过斜拉桥，钢管混凝土拱桥，钢筋混凝土连续梁桥、连续刚构桥、简支 梁桥等。对钢管混凝土空间组合桁架梁桥易损性研究未见报道。
曲线桥
国内外学者主要采用谱分析或弹性时程分析方法从自振特性或结 构地震响应的角度研究曲线桥梁抗震性能。部分学者对传统研究方法进 行了创新改进。目前从基于IDA的易损性分析角度对曲线桥抗震性能的 研究未见报道。
y= -0.348x +0.895x-0.671
2
x=ln（PGA）
y= -0.348x +0.895x+0.310
2
/φ u）
y=ln（φ
y=ln（φ /φ c）
2 0 -2 -4
2 0 -2 -4
-6 -6 -2.4 -2.2 -2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0
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地震波
3.基于IDA的桥梁易损性曲线建立具体步骤 第一步： 第二步： 第三步：
选取适当地震记录，确定地震动强度参数IM和结构 性能参数DM以及损伤指标Sc 用调幅系数ki对一条地震动进行多次强度调整，得 到一组强度按规律递增的地震动记录 用调幅后强度递增的地震动记录逐一对桥梁结构进 行多次非线性时程分析，得到各强度地震作用下对 应的具体结构性能参数具体值，在坐标系中确定 （IM，DM）点，将这些点连成线，得到单地震动 IDA曲线 选取多条不同地震动记录，重复第二、三步，将所 有曲线绘制在同一坐标中，得到多地震动IDA曲线 利用确定的各构件损伤指标计算地震需求Sd与相应 损伤指标Sc比值，将其与相应地震动强度绘在对数 坐标系中，得到桥梁结构能力需求比对数IDA曲线
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04
PART FOUR
IDA曲线与易损性曲线
IDA curves and fragility curves
1.控制截面以及支座的IDA曲线 第二联
15#和16#钢管混凝土格构式桥墩墩底单肢截面四种损伤状态 IDA曲线和梁端支座两种损伤状态IDA曲线
第一联
x=ln(PGA)
-2.4 -2.2 -2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 x=ln(PGA)
15#桥墩能力需求对数比IDA曲线
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10 8 6 y= -0.348x +0.895x+1.408
天津城建大学 基于IDA的钢管混凝土空间 桥梁与隧道工程 组合桁架梁桥易损性研究 张 铎
Research of seismic vulnerability of CFST and space composite trussed girder bridge using IDA
Zhang Duo, Bridge and tunnel engineering Tianjin Chengjian university.
2#钢管混凝土格构式桥墩墩顶和墩底单肢截面四种损伤状态IDA 曲线和梁端支座两种损伤状态IDA曲线
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10 8 8 6 y= -0.348x +0.895x+1.408
2
y= -0.348x +0.895x+0.718
2
6
y=ln（φ /φ l）
/φ y）
y=ln（φ
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4.损伤指标
利用弯矩-曲率图 和结构曲率延性系 数得到各损伤状态 对应结构性能点作 为损伤评判的依据。 曲率延性系数取为 地震反应下结构曲 率与屈服曲率比值。
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将屈服曲率作为轻微损伤对应损伤指标，曲率 延性系数为各损伤等级相应截面曲率与屈服曲率 之比。
01
研究意义与背景
Research significance and background
02
03
基于IDA的易损性曲线建立方法
Method for fragility curve based on IDA
工程背景及损伤指标
Engineering background and damage index
IDA方法本质上属于参数分析方法， 分析地震动强度参数与结构性能参数 二者关系，因而对二参数的选择至关 重要。
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2.参数选择
IM参数
规则桥梁以一阶振型为主，故对第一周期附近频率成分最敏感， 将Sa(T1, 5%)作为IM参数得到离散性较好的IDA曲线；对高墩非规则桥 梁，受高阶振型影响明显，选用Sa(T1, 5%)的合理性有待于进一步研究。 本文选用PGA作为IM参数。
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PART TWO
基于IDA的易损性曲线建立方法
Method for fragility curves based on IDA
1.增量动力分析（IDA）方法
增量动力分析 (Incremental Dynamic Analysis ， IDA )方法 通过将地震强度参数进行系数 调整来建立一组强度递增的地 震动输入，并用这组调整过的 地震波分别对结构进行非线性 时程分析，来研究地震强度与 结构性能之间关系的方法。