中小跨径混凝土连续梁桥地震易损性研究_葛胜锦

第30卷第7期2013年7月

公路交通科技

Journal of Highway and Transportation Ｒesearch and Development

Vol.30No.7

Jul．2013

收稿日期：2012－12－10

基金项目：中交集团科技开发项目（2011ZJKJ16）

作者简介：葛胜锦（1979－），男，浙江温州人，高级工程师.（Bridge@ ）

doi ：10.3969/j.issn.1002－0268.2013.07.011

中小跨径混凝土连续梁桥地震易损性研究

葛胜锦1，3，熊治华2，3，翟敏刚1，3，潘长平

2，3

（1．中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安710075；2．西安中交土木科技有限公司，陕西

西安710075；

3．陕西省公路交通防灾减灾重点实验室，陕西

西安710075）

摘要：以国内常见的中小跨径混凝土连续梁桥为对象，考虑了桥墩、板式橡胶支座构件损伤，对桥梁系统进行了地震易损性分析。在桥梁易损性分析中，使用了超拉丁方抽样技术形成桥梁样本，从太平洋地震工程研究中心数据库中选取了大量地震波作为地震动输入样本，以桥墩漂移率、支座相对变形作为损伤指标，并对损伤指标予以了量化。在计算得到桥梁构件易损性曲线的基础上，使用一阶可靠度理论形成了桥梁系统易损性曲线的上下界限并得出了桥梁不同损伤状态对应的具有统计意义的中位值地震动强度。研究结果对于在役的同类型桥梁抗震加固设计及地震灾害损失评估提供了理论依据。

关键词：桥梁工程;混凝土连续梁桥;地震易损性分析;损伤指标;桥墩中图分类号：U422.55

文献标识码：A

文章编号：1002－0268（2013）07－0060－06

Ｒesearch on Seismic Fragility of Medium and Small Sized Concrete Continuous Girder Bridge

GE Sheng-jin 1，3，XIONG Zhi-hua 2，3，ZHAI Min-gang 1，3，PAN Chang-ping 2，

3

（1．CCCC First Highway Consultants Co．，Ltd．，Xi'an Shaanxi 710075，China ；

2．Xi'an Zhongjiao Civil Engineering Science ＆Technology Co．，Ltd．，Xi'an Shaanxi 710075，China ；

3．Shaanxi Key Laboratory of Ｒoad Disaster Prevention ，Xi'an Shaanxi 710075，China ）

Abstract ：Selecting the common medium and small sized concrete continuous girder bridges in China as research objects ，the fragility of the bridge system is analyzed．In the fragility analysis ，Hyper-Latin cube is used for the sampling of the bridges ，the earthquake motion records are selected from the database of Pacific Earthquake Ｒesearch Centre as input samples of earthquake motion ，the pier drift ratio and bearing relative displacement are defined as damage indexes and quantified．Based on the calculated bridge component fragility curves ，first-order reliability theory is implemented to give the upper and lower bounds of the fragility curves of bridge system and to obtain the statistical median of ground motion intensity for different bridge damage statuses．The research result provides a theoretic foundation for the similar as-built bridges for seismic rehabilitation design and earthquake loss risk evaluation．

Key words ：bridge engineering ；concrete continuous girder bridge ；seismic fragility analysis ；damage index ；pier

0引言

近年来发生的地震对公路桥梁等生命线工程造成了重大的损失，这凸显了对现存公路桥梁进行地

震风险评估的紧迫性和重要性。桥梁的地震易损性分析可得到在某特定的地震烈度下桥梁遭受损伤的

概率，这对于抗震加固、灾后应急响应决策等有指导意义。美国联邦应急委员会于1999年发布了

第7期葛胜锦，等：中小跨径混凝土连续梁桥地震易损性研究

HAZUS系统［1］，其中对公路、铁路桥梁地震灾害风险评估使用了经验性易损性曲线。Hwang［2］对美国中东部地区的典型混凝土板式连续梁桥进行了地震易损性分析，得出了适用于受新马德里地震断裂带影响的此类桥梁的易损性曲线；Bryant［3］在对美国中部和东南部的典型简支梁桥的地震易损性分析中，考虑了支座、墩柱及桥台的损伤对桥梁系统破坏的贡献。中小跨径混凝土连续梁桥在我国高速公路是最为常用的桥型，地震灾后基础设施调研资料［4－5］表明此类桥梁震害较严重，主要集中在板式橡胶支座脱落、伸缩缝处的移位、墩梁相对位移过大引发的落梁等方面。为此，本文将以我国常见的中小跨径混凝土连续梁桥为对象，考虑最易发生破坏的桥墩、板式橡胶支座的构件损伤，对桥梁系统进行易损性分析。

1地震易损性的基本分析步骤

本文采用超拉丁方抽样将桥梁自身结构的不确定性纳入到易损性分析中，实施步骤如下：

（1）建立合理的桥梁力学模型；

（2）分析对桥梁结构抗震敏感的不确定因素，并将其纳入到分析模型中；

（3）使用超拉丁抽样方法组成桥梁样本并与地震动数据配对；

（4）确定桥梁构件、系统损伤指标；

（5）通过非线性时程分析计算桥梁结构响应；

（6）计算不同强度地震作用下结构构件反应超过某一破坏状态所定义的结构承载力状态；

（7）绘制桥梁构件易损性曲线；

（8）根据构件易损性曲线得出桥梁系统易损性曲线上、下界限。

2桥梁模型及构件力学特性不确定性因素考虑

2.1桥梁模型

本文算例取自某多跨混凝土连续梁桥其中一联，跨径布置（4ˑ30）m，桥面宽11.75m。上部T梁构造如图1所示。图2为桥型布置图。如图2所示，桥墩为双柱式圆墩，柱径1.5m，高12.5m，一联共计10个。过渡墩处伸缩缝采用D160型，连续墩处支座采用板式橡胶支座，过渡墩处采用四氟滑板支座，板式橡胶支座尺寸为450mmˑ500mmˑ99 mm。四氟滑板支座尺寸为300mmˑ400mmˑ76 mm，一联共采用板式橡胶支座共计15个，四氟滑板支座共计10个。桥位所处场地为Ⅱ类。主梁混凝土材料为C50，桥墩混凝土材料为C30，纵向配筋率0.8%，配箍率0.4%。

在易损性分析中采用通用有限元软件SAP2000结合其API技术程序化、参数化建立桥梁的有限元模型进行动力时程分析。有限元模型中伸缩缝处使用间隙单元模拟可能出现的碰撞，相邻跨的上部质量在过渡墩处使用集中质量，桥墩使用分布式弹塑性纤维单元实现塑性铰。下部桩采用地基规范推荐的m法加以约束，在顺桥向输入地震波。

2.2抗力不确定因素及其统计规律

考虑到易损性分析结果的普适性，根据材料性能、荷载效应、施工等因素带来的不确定性构造桥梁样本。针对不同桥型的特点，敏感因素也各有不同。根据中小跨径混凝土连续预制梁桥的结构特性，结合Pan研究成果［6］及国内施工特点，本文从以下3个方面构造桥梁样本：桥墩混凝土力学性能，上部二期恒载，滑动支座的摩擦系数。变量的概率统计分布见表1。

表1敏感变量概率分布

Tab.1Probability distribution of sensitive variables 变量概率分布分布参数取值范围

桥墩混凝土正态分布N（20．1，2．5）15 25

滑动支座摩擦系数均值分布—0．02 0．05

上部二期恒载正态分布N（60，2．4）40 80（1）混凝土力学性能的概率分布特性

混凝土在配给、施工过程中有较强的离散性，其抗压强度服从正态分布，规范采用保证率为95%的强度值。在地震作用下，桥墩作为延性构件局部可能产生塑性变形，其抗压强度大小在塑性铰区对计算结果有直接影响。在本文易损性分析中，混凝

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