SMA-LRB隔震连续梁桥地震易损性及寿命周期成本损失评估.pdf

第 源远 卷 第 源 期圆园圆猿 年 员园 月地震研究允韵哉砸晕粤蕴 韵云 杂耘陨杂酝韵蕴韵郧陨悦粤蕴 砸耘杂耘粤砸悦匀灾燥造郾 源远袁 晕燥郾 源韵糟贼郾 袁 圆园圆猿鄢收稿日期院 圆园圆圆 原园源 原圆缘郾基金项目院 国家自然科学基金项目 渊缘员怨园愿圆远缘冤 郾第一作者简介院 秦洪果 渊员怨愿猿 原 冤袁 高级工程师袁 博士袁 主要从事桥梁抗震研究 郾 耘 原 皂葬蚤造院 择蚤灶澡早圆苑岳员远猿郾 糟燥皂郾秦洪果袁李萍袁张智超袁等援 圆园圆猿援 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震连续梁桥地震易损性及寿命周期成本损失评估咱允暂援 地震研究袁源远渊源冤院缘远圆 原缘苑源袁凿燥蚤院员园援 圆园园员缘辕 躁援 糟灶噪蚤援 陨杂杂晕员园园园 原园远远远援 圆园圆猿援 园园猿园援匝蚤灶 匀 郧袁蕴蚤 孕袁在澡葬灶早 在 悦袁藻贼 葬造援 圆园圆猿援 杂藻蚤泽皂蚤糟 枣则葬早蚤造蚤贼赠 葬灶凿 造蚤枣藻鄄糟赠糟造藻 责藻则枣燥则皂葬灶糟藻 葬泽泽藻泽泽皂藻灶贼 燥枣 贼澡藻 糟燥灶贼蚤灶怎燥怎泽 遭藻葬皂 遭则蚤凿早藻 蚤泽燥造葬贼藻凿憎蚤贼澡 杂酝粤 原 蕴砸月咱允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 杂藻蚤泽皂燥造燥早蚤糟葬造 砸藻泽藻葬则糟澡袁源远渊源冤院缘远圆 原缘苑源袁凿燥蚤院员园援 圆园园员缘辕 躁援 糟灶噪蚤援 陨杂杂晕员园园园 原园远远远援 圆园圆猿援 园园猿园援杂酝粤 原蕴砸月 隔震连续梁桥地震易损性及寿命周期成本损失评估鄢秦洪果袁 李 萍袁 张智超袁 王浩浩袁 石 岩渊兰州理工大学 土木工程学院袁 甘肃 兰州 苑猿园园缘园冤摘要院 为研究采用 蕴砸月 和 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震连续梁桥的地震易损性和寿命周期成本损失袁 对比了采用两种不同隔震支座的桥梁在 源 种损伤状态下的损伤概率袁 并采用寿命周期成本损失评估方法计算了桥梁寿命周期内的各种地震损失成本遥 结果表明院 在 蕴砸月 隔震桥梁的基础上设置 杂酝粤 既可以降低支座损伤概率袁 又可以有效降低桥墩在严重损伤和完全损伤状态下的损伤概率曰 地震动强度较小时袁 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震桥梁在减少桥梁寿命周期成本损失方面的效果更为显著遥关键词院 连续梁桥曰 减隔震曰 铅芯橡胶支座曰 形状记忆合金曰 地震易损性中图分类号院 孕猿员缘郾 怨圆缘曰 哉源源愿郾 圆猿 文献标识码院 粤 文章编号院 员园园园 原园远远远渊圆园圆猿冤园源 原园缘远圆 原员猿凿燥蚤院员园援 圆园园员缘辕 躁援 糟灶噪蚤援 陨杂杂晕员园园园 原园远远远援 圆园圆猿援 园园猿园园 引言减隔震技术作为提高结构抗震能力的有效手段袁 在建筑和桥梁等结构的抗震设计与加固工作中被广泛采用 渊李建中袁 管仲国袁 圆园员苑曰 石岩等袁圆园员苑冤遥 铅 芯 橡 胶 支 座 渊 蕴藻葬凿 砸怎遭遭藻则 月藻葬则蚤灶早袁蕴砸月冤 具有形式简单尧 经济有效等特点袁 是目前应用最为普遍的减隔震支座袁 其减震效果也经受了部分地震的检验 渊杂葬则则葬扎蚤灶 藻贼 葬造袁 圆园员猿曰 允佼灶泽泽燥灶 藻贼葬造袁 圆园员园曰 周云等袁 圆园员猿冤遥 然而袁 传统的 蕴砸月 在强震作用下存在大变形后稳定性不足和残余位移过大等缺陷袁 严重阻碍了该类支座的应用和发展渊阅藻扎枣怎造蚤袁 粤造葬皂袁 圆园员远冤遥 为解决以上不足并改善其性能袁 宰蚤造凿藻 等 渊圆园园园冤 提出将形状记忆合金渊杂澡葬责藻 酝藻皂燥则赠 粤造造燥赠泽袁 杂酝粤冤 和 蕴砸月 相结合袁 并验证了其可行性遥 在此基础上袁 一些学者对采用杂酝粤 辅助隔震的斜拉桥 渊王景全等袁 圆园员苑冤尧 连续梁 桥 渊 郧澡燥泽澡 藻贼 葬造袁 圆园员员曰 曹 飒 飒 等袁 圆园员怨曰在澡藻灶早袁 阅燥灶早袁 圆园员怨冤 和 简 支 梁 桥 渊 周 海 俊 等袁圆园员缘曰 宰葬灶早 藻贼 葬造袁 圆园员怨冤 的减隔震性能进行了研究袁 认为 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震体系能够有效降低墩梁间隔震层的震后残余变形袁 提升桥梁的抗震能力袁尤其是震后的功能可恢复性遥近年来袁 桥梁结构寿命周期评估作为桥梁全寿命周期理念的重要内容逐渐被重视 渊李宏男袁李超袁 圆园员源冤袁 主要包括桥梁所处地域的地震危险性尧 结构地震易损性与桥梁损伤甚至破坏所带来的维修成本等 渊砸葬糟噪憎蚤贼扎袁 圆园园圆冤遥 其中袁 地震易损性分析是评价结构在一定性能目标状态下损伤概率的重要方法袁 被国内外学者广泛采用 渊李宏男 等袁 圆园员愿 冤遥 在 桥 梁 工 程 领 域袁 马 凯 等渊圆园员苑冤 探究了去相干效应尧 行波效应和场地效应等非一致激励对斜拉桥地震易损性的影响曰 宋帅等 渊圆园圆园冤 基于 悦燥责怎造葬 函数考虑了桥梁构件间的相关性袁 对中小跨径连续梁桥的系统易损性进行了评估曰 石岩等 渊圆园圆员冤 分析了不同施工阶段内力状态对连续刚构桥易损性的影响遥 基于桥第 源 期秦洪果等院 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震连续梁桥地震易损性及寿命周期成本损失评估梁的易损性可进一步对其寿命周期损失进行评估袁 如 月葬则燥灶藻 和 云则葬灶早燥责燥造 渊圆园员源冤 对比分析了不同性能指标下桥梁结构的全寿命周期性能曰 冯莉等 渊圆园圆园冤 基于地震易损性和地震危险性建立了桥梁结构全寿命周期地震损失的计算方法和分析流程曰 蕴蚤 等 渊圆园圆园冤 基于数值方法系统地评估了预制节段 哉匀孕悦 桥墩结构的地震反应和寿命周期损失遥 针对 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震桥梁袁 王景全等渊圆园员苑冤 采用易损性分析方法对比讨论了采用传统 蕴砸月 和 杂酝粤 原 蕴砸月 进行隔震的大跨斜拉桥的抗震性能袁 认为 杂酝粤 原 蕴砸月 体系能显著提升斜拉桥的抗震能力曰 云葬灶早 等 渊圆园员怨冤 对影响 杂酝粤 原蕴砸月 隔震桥梁抗震性能和寿命周期损失的因素进行了研究袁 发现地震烈度和寿命周期影响不容忽视遥 综上发现袁 现有关于 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震桥梁地震易损性及其寿命周期成本损失研究仍较少袁 并且主要集中于单一的抗震性能分析尧 地震易损性评估或相关影响因素探究等方面袁 缺乏对该类桥梁全面的易损性和寿命周期成本损失评估研究遥本文以连续梁桥为研究对象袁 分别采用 蕴砸月和 杂酝粤 原 蕴砸月 作为减隔震装置袁 选取 源园 组脉冲型近断层地震动作为输入袁 基于地震易损性分析方法探讨了采用不同隔震装置连续梁桥桥墩尧 支座构件以及桥梁系统在 源 种不同损伤状态下的损伤概率遥 在易损性分析的基础上袁 采用寿命损失评估方法计算了桥梁寿命周期的直接损失尧 间接损失尧预期总损失和长期损失袁 全面评估 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震桥梁的抗震性能遥员 地震易损性及寿命周期成本损失评估方法员郾 员 易损性分析方法地震易损性表示结构在给定地震动强度下达到或者超过某一特定损伤极限状态的条件概率渊李宏男等袁 圆园员愿冤遥 目前易损性研究最常采用的方法主要包括基于震害调查的经验易损性方法和基于 数 值 模 拟 的 理 论 易 损 性 方 法 渊 宋 帅 等袁圆园圆园冤遥 本文基于理论易损性方法袁 选择 孕郧粤 为地震动强度指标 渊陨酝冤袁 通过非线性增量动力分析渊陨阅粤冤 获得结构在不同 孕郧粤 下的地震响应袁 将结构地震响应中位值 渊耘阅孕冤 与 陨酝 取对数后进行线性回归分析袁 得到结构的地震需求函数院造灶渊耘阅孕冤 越 造灶葬 垣 遭造灶渊陨酝冤渊员冤式中院 葬尧 遭 均为线性回归参数遥结构在不同损失状态下的易损性曲线由下式计算院孕渊耘阅孕 原 阅陨蚤逸园陨酝冤 越员 原 椎(造灶渊阅陨辕 耘阅孕冤孜耘阅孕辕 陨酝)渊圆冤式中院 阅陨 为结构不同损伤状态的损伤指标曰 囟渊窑 冤为标准正态分布函数遥结构地震需求的标准差为院孜耘阅孕辕 陨酝越移灶蚤 越员造灶渊耘阅孕蚤冤 原 咱造灶葬 垣 遭造灶渊陨酝蚤冤暂圆灶 原 圆渊猿冤式中院 灶 为选定的地震动数量曰 耘阅孕蚤为结构在第 蚤个地震动作用下的地震需求峰值曰 陨酝蚤为第 蚤 个地震动强度峰值遥为全面评估 杂酝粤 原 蕴砸月 隔震桥梁的地震易损性袁 采用一阶 可 靠 度 理 论 渊 阅蚤贼造藻增泽藻灶袁 酝葬凿泽藻灶袁员怨怨远冤 计算桥梁系统的易损性遥 一阶可靠度理论是通过结构构件的易损性来确定系统损伤的上尧下限袁 其界限表示为院皂葬曾皂噪 越员咱孕渊云噪冤暂 臆 孕渊云泽赠泽冤 臆员 原仪皂噪 越员咱员 原 孕渊云噪冤暂渊源冤式中院 皂 为易损构件的数量曰 孕渊云噪冤 是第 云噪个构件的损伤概率曰 孕渊云泽赠泽冤 是桥梁系统的损伤概率遥员郾 圆 寿命周期成本损失评估方法桥梁结构的寿命周期成本损失评估主要考虑其所处地域的地震危险性尧 桥梁的易损性以及桥梁损伤后的直接损失和间接损失遥 为将桥梁的长期地震损失以货币的形式进行量化袁 根据 阅藻蚤藻则造藻蚤灶 等渊圆园园猿冤 给出的寿命损失评估框架袁 计算桥梁的预期年损失 蕴蚤为院蕴蚤越移源蚤 越员悦阅杂袁蚤孕阅杂袁蚤襔孕郧粤渊缘冤式中院 孕阅杂袁蚤 渣 孕郧粤为桥梁在给定地震危险场地下的损伤概率曰 悦阅杂袁蚤为直接和间接损失成本遥 直接损失为院悦砸耘孕袁蚤越砸则糟则窑糟则藻遭窑宰窑蕴渊远冤式中院 宰 和 蕴 分别为结构的宽度和长度曰 砸则糟则为不同损伤状态对应的修复费用比例袁 轻微损伤取值为猿远缘地震研究源远 卷园郾 员尧 中度损伤为 园郾 猿尧 严重损伤为 园郾 苑缘尧 完全破坏为员郾 园曰 悦则藻遭为单位面积的直接成本遥 间接损失主要包括绕行成本 悦砸袁蚤和绕行或停工的时间成本 悦栽袁蚤袁 分别为院悦砸袁蚤越糟砸袁糟葬则(员 原栽园员园园)垣糟砸袁贼则栽园员园园窑阅员窑粤阅栽窑凿蚤渊苑冤悦栽袁蚤越糟粤宰燥糟葬则(员 原栽园员园园)垣 渊糟粤栽悦燥贼则垣 糟早燥燥凿泽冤栽园员园园窑阅员窑粤阅栽杂垣粤阅栽耘窑(员杂阅原员杂园)窑凿渊愿冤式中院 糟砸袁糟葬则和 糟砸袁贼则为汽车和卡车运行成本曰 阅员为绕行距离曰 粤阅栽 和 粤阅栽耘 为平均日交通量和受损路段平均日交通量曰 糟粤宰尧 糟粤栽悦尧 糟早燥燥凿泽分别为汽车司机工资尧 货车司机工资和货物的时间价值曰 燥糟葬则和 燥贼则分别为汽车和卡车占用率曰 杂尧 杂阅尧 杂园分别为绕行速度尧 受损路段速度尧 正常路段速度曰 凿蚤为桥梁受损修复所需时长遥桥梁结构在 源 种不同损伤状态下停工时长分别为 苑 凿尧 猿园 凿尧 员圆园 凿尧 源园园 凿袁 则总的生命周期损失为院蕴悦蕴蚤渊贼蚤灶贼冤 越移晕渊贼蚤灶贼冤蚤 越员蕴蚤渊贼噪冤窑藻原子贼噪渊怨冤式中院 晕渊贼蚤灶贼冤 为给定时间间隔 贼蚤灶贼内发生地震的次数曰 蕴蚤渊贼噪冤 为年份为 贼噪时的地震预期年损失曰 子表示货币的兑现率遥总预期损失为院耘咱蕴悦蕴蚤渊贼蚤灶贼冤暂 越姿枣窑耘渊蕴蚤冤子窑渊员 原 藻原 子窑贼蚤灶贼冤 渊员园冤圆 工程背景与分析模型圆郾 员 工程背景本文研究对象为一座 源 跨 渊源 伊 圆园 皂冤 连续梁桥袁 其结构布置如图 员 所示遥 上部结构每跨主梁由缘 片小箱梁组成袁 下部结构为圆形截面的双柱式规则排架墩袁 截面直径为 员郾 缘 皂袁 猿 个桥墩的高度分别为 缘郾 猿 皂尧 怨郾 员 皂 和 苑郾 愿 皂袁 各桥墩盖梁上对应布置缘 个支座遥 上部结构采用 悦源园 混凝土袁 下部结构采用 悦猿园 混凝土袁 纵筋采用 匀砸月猿猿缘 钢筋遥圆郾 圆 杂酝粤 原 蕴砸月 支座日本 野猿窑员员冶 大地震中桥梁橡胶类支座破坏较多袁 由于竖向地震动分量较大袁 导致多数桥梁支座出现拉剪破坏袁 甚至存在受拉脱空现象 渊石岩等袁 圆园员苑冤遥 叶公路桥梁抗震设计规范曳 渊允栽郧辕 栽圆圆猿员 原园员圆园圆园冤 规定袁 隔震装置的构造应简单袁且应具有可更换性遥 基于以上两点袁 发展了一种杂酝粤 原 蕴砸月 支座构造形式 渊图 圆冤袁 包括上连接钢板尧 下连接钢板尧 铅芯尧 叠层橡胶支座和交叉对称布置的 杂酝粤 绞线遥 在地震作用下袁 上下钢板发生相对位移带动 杂酝粤 绞线的拉伸袁 杂酝粤 和 蕴砸月 相互配合为支座提供了良好的耗能和自复位能力遥 一般 杂酝粤 合金丝的直径通常不超过 缘 皂皂袁