考虑结构损伤的公路桥梁网络抗震韧性评估研究.pdfVIP

哈尔滨工业大学专业硕士学位论文

摘要

近年来全球地震灾害频发，强烈的地震动作用会导致交通基础设施发生破坏，进而

影响整个交通网络通行能力。其中，桥梁的破坏最为严重，对整个交通网络的影响也最

大。因此，考虑地震作用下桥梁的破坏状态以及对整个交通网络影响程度的研究尤为重

要。本文利用易损性的分析方法，对公路桥梁网络中常见的连续梁桥进行分析，获取了

典型连续梁桥的易损性曲线。同时，考虑桥梁既有损伤的影响，构建了考虑损伤的连续

梁桥易损性数据库。然后选取川渝地区国道和省道以及这些道路上的桥梁构建川渝地区

公路桥梁网络拓扑模型，以桥梁易损性为基础，确定了地震作用下川渝地区公路桥梁网

络的破坏状态。提出基于物理、功能和经济三个维度下桥梁网络抗震韧性指标，对川渝

地区公路桥梁网络的韧性进行评估。最后，基于所提出的分析方法和评估技术框架，研

发了公路桥梁网络韧性评估程序，可实现对桥梁网络的韧性评估分析。论文所研究内容

可对实际区域桥梁网络进行抗震韧性评估，为实际灾前韧性提升和灾后韧性恢复提供指

导。论文的主要工作如下：

（1）提出公路桥梁地震易损性分析方法，分别选用支座剪切应变以及墩柱位移延

性比作为抗震能力指标，选择地面峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数，分别构建

基于支座最大剪切应变和墩柱位移延性比的桥梁地震易损性函数。以一典型4×25m连

续梁桥进行分析，确定了中墩和双向滑动支座具有更大的地震易损性，且都能较好地表

达桥梁结构的整体易损性。

（2）分别考虑基础冲刷和桥墩腐蚀两类既有损伤对桥梁地震易损性进行研究，其

中基础冲刷采用解除桩基础约束的方法进行模拟；桥墩腐蚀采用折减腐蚀部位混凝土和

钢筋强度的方法模拟。结果表明，桥墩的位移延性比对这两类损伤指标敏感，但支座最

大剪切应变不敏感。因此选用基于桥墩位移延性比的易损性曲线来代表桥梁的易损性，

并构建基于不同损伤状态的连续梁桥地震易损性数据库。

（3）收集川渝地区道路、桥梁等交通网络数据，利用图论中构建无向图的方法建立

川渝地区公路桥梁网络拓扑模型。利用地震动衰减模型模拟地震场，确定网络中各桥梁

节点PGA值，进而通过桥梁地震易损性曲线确定桥梁破坏状态。通过串联桥梁破坏状

态方法和并联道路破坏状态方法，利用桥梁的破坏状态判断连边的破坏状态，确定川渝

地区公路桥梁网络的破坏场。

（4）提出公路桥梁网络物理韧性、功能韧性和经济韧性三类二级韧性指标，各类二

级指标下包含多种三级指标。根据调查问卷和经验分析获得各指标权重比，以川渝地区

公路桥梁网络为对象，开展韧性评估分析，确定其抵抗破坏的能力。利用python开发了

公路桥梁网络抗震韧性评估程序，可实现对不同公路桥梁网络、不同地震灾害场景的韧

I

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性评估。

关键词:桥梁地震易损性，结构损伤，公路桥梁网络，韧性评估

II

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Abstract

Inrecentyears,earthquakeshaveoccurredfrequentlyaroundtheworld,andthestrong

seismicwavescanleadtodamagetotransportationinfrastructure,whichinturnaffectsthe

capacityoftheentiretransportationnetwork.Amongthem,thedamagetobridgesisparticularly

severe,andtheimpactontheentiretransportationnetworkisalsothegreates