摘要：本文介绍了针对非常规（如斜交和弯桥）的地震响应研究。分析了偏斜和水平曲率对桥梁抗震性能的影响，重点分析了桥梁对概率地震需求模型（PSDM）的影响。由于当今桥梁的抗震性能研究是基于概率学基础，因此若既定的PSDM满足特定的标准，则可将它们视为桥梁结构抗震评估的可靠工具。介绍通过改变两种弯曲类型，三种偏度值和两种曲率值等多个样本模型进行非线性动力学分析。研究了不同地震烈度测度，并分别从两个水平分量给出了计算结果，纵向，横向和最终的列位移比均视为桥梁地震响应。对形成的PSDM进行分析、测其效率和充分性。在进行分析时，通过比较柱位移延性的平均值，已建立的预测模型和易损需求曲线，可以发现斜角度和曲率对桥梁抗震性能的不利影响。发现当在PSDM中使用与结构有关的措施时，可以获得更准确的模型。提出了包含结果测度和结果响应的修正模型，用于弯桥和斜桥的易损分析。
关键词：RC弯桥和斜桥；易损性；概率地震需求模型
1 研究背景
在交通不便利、地形困难或在人口稠密地区等许多有几何限制的情况下，有时不可避免地需要设计弯曲和偏斜的桥梁配置。曲线桥因其满足了受限制地区的交通运输工程需求，所以这些年来此类桥梁总数目正在稳步增加[1]。一方面曲线桥在工程实践中越来越受欢迎，但同时关于这种类型桥梁在地震作用下的响应等许多问题仍未得到充分研究。二十世纪以来的几次强地震中（北岭（1994年），中国汶川（2008年），智利（2010年等）），这类型桥梁遭受了一些意想不到的破坏和破坏，表明曲线桥可能表现出非常规桥的地震行为。现行的抗震设计规范针对弯曲和偏斜的桥梁，规定了曲线桥梁圆心角β及半径R，规定单跨β，也没有任何特殊条件或规定来进行弯曲桥梁的地震分析。关于偏斜度，将45°的值表＜30°且一联累计＜90°，同时曲线半径R≥20B（B为桥宽）的极限值视为常规桥。此外，还制定了跨与跨间最大跨长比的标准，因此，如果满足这些条件，则可以将桥梁视为规则桥梁。对复杂立交工程、斜桥和非规则桥梁，宜采用非线性时程分析法进行抗震分析，例如非线性静态或动态分析，诸如曲率和偏斜度之类的不规则性导致水平方向上的横向响应的耦合，使结构的动态响应复杂化并引起绕垂直轴的旋转效应。尽管如此，弯曲和偏斜桥梁可提供较少的土方和较小的跨度，因此，若优化这些参数使其在功能和成本之间取得平衡至关重要。
2 国内外研究进展
目前在大多数现有研究中，分别研究了斜角和水平曲率对结构地震易损性的影响，认为偏斜和曲率的综合影响对暴露于中低地震激励的桥梁的抗震性能有很大影响，可以预测对承载力安全储备值较低和较高的上层建筑的横向变形值更高影响更大。过去，几位作者对直线桥的研究表明，相对于结构不确定性，结构响应对地震不确定性更敏感[2]。选择适当的强度测量参数对于应用概率地震需求分析很重要。良好的强度参数应该包含有关地震动强度和结构特征的足够信息，桥面板沿倾斜方向移动的趋势使倾斜的桥梁更容易受到地震作用的影响。陈等人[3]的研究表明，地震激励下偏斜度的增加导致桥梁易损性的增加，无论桥梁是否经过抗震设计或加固与否，目前所有研究都表明斜桥的地震行为可能受桥面和桥墩边界条件以及斜角的支配。过去的地震表明，弯曲的桥梁的不规则几何形状（有或没有偏斜）会导致两个正交水平方向上的响应之间发生明显的耦合。在地震期间，桥墩同时受到双轴弯曲和扭转的作用。扭转振动模式会引起轴向，剪切和扭转效应的增加[3]。除了桥墩弯曲破坏之外，因较大的纵向和横向位移而引起的桥台位移和剪切破坏也是偏斜和弯曲桥梁破坏的重要类型。
目前结构易损性研究集中在钢桥上，针对曲线桥使用概率地震分析方法探究其易损性曲线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆有限的研究解决了曲线预应力混凝土箱梁桥的地震反应问题。Tondini等[4]提出了基于概率地震需求模型（PSDM），该方法使用桥墩位移比作为工程需求参数（EDP），将光谱位移作为强度测量（IM）。
最近的大多数研究都使用基于概率性能的方法来分析，比较和讨论不规则偏斜和弯曲桥梁的地震易损性。使用此种分析方法的第一步是开发PSDM：IM和EDP之间的功能关系，然后是IM和损害度量（DM）之间的功能关系。无论使用哪种方法，IM都应表示地震震荡的程度，而EDP则应表示地震作用下的整体桥梁性能。众所周知，选择恰当的IM是非常困难的，研究人员对于概率地震分析中使用的最佳测量方法仍未达成共识，且文献中很少有专门涉及混凝土箱形弯曲桥和斜桥的IM问题。
3 本文模型介绍
在本文中，分析了几种不同的强度测度和工程需求参数，以便确定弯曲和斜交桥的概率地震需求模型的最合适测度。两个水平方向上的列漂移率以及由此产生的漂移率均来自非线性时间历史分析，并被视为EDP。研究了倾斜角度和偏斜弯曲角度对IM效率和充分性的影响。总共分析了12种桥类型。倾斜角的三个值（0°，20°和30°）和桥的两个值对角（0°-表示直桥和40°）是变化的。考虑了两种桥弯型：单矩形和双圆型桥弯。考虑选择的列形状（单列或多列）适合穿过山谷和短墩的桥梁结构，这对于在公路和铁路上弯曲和偏斜的桥梁是常见情况。下部结构倾向于以不同的方式发展塑性变形，研究了选择适当的下部结构支撑系统对不规则桥梁结构地震响应的影响。报道了各种参数对所研究桥梁的抗震性能的影响。生成需求易损性曲线，并评估所分析桥梁类型的地震易损性。
4 模型分析结果
首先为所研究的桥梁计算振动的基本周期。横向振动模式周期和纵向振动模式周期数据表明：横向和纵向基本运动增加耦合。在I型桥（双圆柱）的情况下，只有三个或更少的模态足才能收集总有效模态质量的90％以上，且I型桥的模态间距很近，模态质量很大。在所有桥梁的横向方向上，都有以下趋势：曲率的减小导致弹性的增加。在I型桥的纵向上，水平曲率的影响可以忽略不计。通常，曲率和偏斜度对II型桥（单矩形柱）的响应有重要影响，尤其是在横桥向。II型直桥的偏斜度增加会导致横向刚度和最大抗剪承载力显着降低。在直桥的纵向有相反的趋势。在II型曲线桥中观察到的性能与直桥相似。此外，当曲率和斜角度组合时，产生的剪切能力较低。
5 结论
本文介绍了弯桥和斜交桥在地震下横向、纵向和及横纵向耦合的结果响应，以建立最优化的概率地震需求模型，以用于弯曲多跨钢筋混凝土桥梁结构的地震分析。分析了十余种不同的桥墩结构、弯曲偏角和桥面半径的桥梁样本。结论是：与基于结构独立度量的PSDM相比，涉及结构依赖度量的PSDM更加有效和高效。与单独分析横向和纵向响应相比，使用单一的统一响应和度量可以更清楚地观察到所分析桥梁不规则性造成的影响。此外，基于EDP的SRSS规则可以获得更准确的预测值。
参考文献：
[1]吴文朋.考虑不确定性的钢筋混凝土桥梁地震易损性研究[D].导师：邵旭东.湖南大学，2016..
[2]于晓辉.钢筋混凝土框架结构的概率地震易损性与风险分析[D].导师：王光远；吕大刚.哈尔滨工业大学，2012.
[3]陈力波.基于PSDM和IDA方法的桥梁地震易损性模型参数比较分析[J].福州大学学报（自然科学版），2013，41（04）：544-549.
论文作者:卢小彦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期
论文发表时间:2020/4/29
标签：桥梁论文; 弯曲论文; 曲率论文; 结构论文; 概率论文; 纵向论文; 横向论文; 《基层建设》2019年第33期论文;