考慮構(gòu)件相關(guān)性的橋梁系統(tǒng)地震易損性分析方法研究.pdf

1、由于地震動的復(fù)雜性及隨機(jī)性，橋梁結(jié)構(gòu)地震需求不僅與地震動的幅值特性有關(guān)，與地震動的頻譜特性及持時(shí)特性的關(guān)系也較為密切，采用單一地震動強(qiáng)度參數(shù)難以全面反映地震特性。此外，受結(jié)構(gòu)中隨機(jī)參數(shù)的影響，橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)為復(fù)合隨機(jī)振動問題，因此采用概率分析的方法來進(jìn)行研究更為合適。地震易損性分析作為全概率分析的重要組成部分，是基于性能地震工程框架的重要一環(huán)。然而，系統(tǒng)中各構(gòu)件地震需求之間的相關(guān)性使得傳統(tǒng)易損性分析的精度受到一定限制。因此，

2、在結(jié)構(gòu)的地震易損性分析中準(zhǔn)確描述構(gòu)件地震需求之間的相關(guān)性十分必要。
　　隨著服役時(shí)間的增長，結(jié)構(gòu)的材料性能存在不同程度的老化現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震性能不斷退化。而且隨著服役時(shí)間的增長，構(gòu)件的地震需求隨之發(fā)生變化，構(gòu)件地震需求之間的相關(guān)結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，從而導(dǎo)致橋梁系統(tǒng)地震易損性隨時(shí)間的變化更為復(fù)雜。
　　針對以上問題，本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)針對局部靈敏度分析的不足，采用重要性分析方法對結(jié)構(gòu)地震需求及易損性分析

3、中隨機(jī)參數(shù)的重要性進(jìn)行排序。針對基于方差的重要性測度指標(biāo)及矩獨(dú)立重要性測度指標(biāo)，分別采用Monte-Carlo數(shù)值方法及基于核密度估計(jì)的積分法進(jìn)行求解;針對常見的中小跨徑混凝土梁橋，分析了隨機(jī)參數(shù)對結(jié)構(gòu)地震需求及易損性的影響水平，篩選出對結(jié)構(gòu)地震需求及易損性影響顯著的隨機(jī)參數(shù)，從而減少橋梁結(jié)構(gòu)地震需求分析及易損性分析的樣本數(shù)量，顯著提高結(jié)構(gòu)地震易損性分析的計(jì)算效率。
　　(2)針對地震動強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)的多樣性，從地震動參數(shù)指標(biāo)之間相

4、似性、和諧性以及相關(guān)性的角度，采用距離分析、秩相關(guān)分析及Pearson相關(guān)分析方法評價(jià)地震動參數(shù)的適用性及可組合性，而不僅限于線性相關(guān)分析;基于重要性分析得到的對結(jié)構(gòu)影響顯著的不確定性參數(shù)，采用拉丁超立方抽樣組成一定數(shù)量的橋梁分析樣本，并與區(qū)間分組法得到的地震動記錄進(jìn)行隨機(jī)組合構(gòu)成地震動-橋梁樣本;結(jié)合結(jié)構(gòu)的概率地震需求分析，采用典型相關(guān)分析方法對地震動參數(shù)與構(gòu)件需求參數(shù)之間的整體相關(guān)性進(jìn)行分析，建立地震動參數(shù)指標(biāo)與構(gòu)件需求參數(shù)之間的典

5、型相關(guān)關(guān)系，對適用于中小跨徑混凝土橋梁地震需求分析的地震動強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選，并根據(jù)有效性、適用性以及充分性的評價(jià)準(zhǔn)則對其進(jìn)行檢驗(yàn)。
　　(3)基于中小跨徑混凝土橋梁地震需求的增量動力分析，引入Copula函數(shù)將構(gòu)件地震需求之間的相關(guān)性與各構(gòu)件的邊緣分布函數(shù)進(jìn)行分離，采用非參數(shù)核密度方法對構(gòu)件的邊緣分布函數(shù)及Copula函數(shù)中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，基于非參數(shù)核密度及最小距離的擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法對Copula函數(shù)模型進(jìn)行選擇;在此基礎(chǔ)

6、上，結(jié)合單個(gè)構(gòu)件的地震易損性，提出考慮構(gòu)件之間相關(guān)性的橋梁系統(tǒng)地震易損性分析方法;針對單一Copula函數(shù)的局限性，通過貝葉斯加權(quán)平均方法構(gòu)造混合Copula函數(shù)，描述構(gòu)件地震需求之間上、下尾部均相關(guān)的復(fù)雜非線性相關(guān)結(jié)構(gòu)，并基于離差平方和最小準(zhǔn)則對混合Copula函數(shù)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估計(jì);通過與一階界限法及Monte-Carlo方法得到的系統(tǒng)易損性曲線進(jìn)行對比，驗(yàn)證了Copula函數(shù)方法的準(zhǔn)確性，并探討了構(gòu)件之間的相關(guān)性對橋梁系統(tǒng)地震易損

7、性的影響。
　　(4)基于菲克第二定律以及橡膠材料的老化規(guī)律，建立了鋼筋、混凝土以及橡膠材料的退化模型，研究了鋼筋、混凝土以及橡膠材料的時(shí)變特性;在此基礎(chǔ)上，對拉丁超立方抽樣方法及區(qū)間分組法得到的地震動-橋梁樣本對進(jìn)行更新，并采用增量動力方法對其進(jìn)行分析，研究了構(gòu)件地震需求隨時(shí)間的演化規(guī)律以及單個(gè)構(gòu)件的時(shí)變易損性;采用混合Copula函數(shù)對不同服役時(shí)間點(diǎn)處構(gòu)件之間相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，分析了構(gòu)件之間相關(guān)結(jié)構(gòu)的時(shí)變特性;結(jié)合構(gòu)件的時(shí)變易