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1、天津城建大学,桥梁与隧道工程,张 铎,Zhang Duo,Bridge and tunnel engineeringTianjin Chengjian university.,基于IDA的易损性曲线建立方法Method for fragility curve based on IDA,工程背景及损伤指标Engineering background and damage index,IDA曲线与易损性曲线IDA curves and fragility curves,结论Conclusions,CONTENT,研究意义与背景Research significance and background
2、,01,研究意义与背景,Research significance and background,PART ONE,1.钢管混凝土结构桁架梁桥研究意义,优点众多：,2.桥梁易损性研究意义,结构易损性（seismic fragility）通常指在不同地震动强度作用下结构可能出现各种损伤状态的概率。,地震带来的灾难严重，我国多次发生大地震。512汶川大地震让我们重新认识到桥梁对灾后抢险救援的意义。抢险就是抢时间。对重要桥梁开展抗震易损性研究意义重大。,分析得到的桥梁易损性曲线对于桥梁结构安全评估加固和抗震设计都有实际参考意义，能避免地震引起桥梁结构破坏可能导致的巨大人员伤亡和经济损失。,3.易损性
3、发展过程,4.国内外桥梁易损性研究动态、水平,国内学者对高墩（40m+）桥梁进行了大量抗震易损性分析，包过斜拉桥，钢管混凝土拱桥，钢筋混凝土连续梁桥、连续刚构桥、简支梁桥等。对钢管混凝土空间组合桁架梁桥易损性研究未见报道。,直线桥,国内外学者主要采用谱分析或弹性时程分析方法从自振特性或结构地震响应的角度研究曲线桥梁抗震性能。部分学者对传统研究方法进行了创新改进。目前从基于IDA的易损性分析角度对曲线桥抗震性能的研究未见报道。,曲线桥,5.本文主要研究内容,采用IDA方法对干海子大桥第二联进行易损性研究，分析得到的易损性曲线，获得该类桥梁抗震特点。,直线桥,采用IDA方法对干海子大桥第一联进行易
4、损性研究，并在此基础上改变设计参数，建立多个对比模型，研究上部桁架梁曲率半径与墩跨比二设计因素改变对该类曲线桥梁易损性影响。,曲线桥,02,基于IDA的易损性曲线建立方法,Method for fragility curves based on IDA,PART TWO,1.增量动力分析（IDA）方法,IDA方法本质上属于参数分析方法，分析地震动强度参数与结构性能参数二者关系，因而对二参数的选择至关重要。,增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis，IDA)方法通过将地震强度参数进行系数调整来建立一组强度递增的地震动输入，并用这组调整过的地震波分别对结构进行非线性时
5、程分析，来研究地震强度与结构性能之间关系的方法。,2.参数选择,规则桥梁以一阶振型为主，故对第一周期附近频率成分最敏感，将Sa(T1,5%)作为IM参数得到离散性较好的IDA曲线；对高墩非规则桥梁，受高阶振型影响明显，选用Sa(T1,5%)的合理性有待于进一步研究。本文选用PGA作为IM参数。,IM参数,材料应变难以准确反映结构进入非线性阶段损伤状态，地震作用下变形能力不足是结构出现不同程度损伤及破坏的原因。此外，我国现阶段桥梁结构在设计时往往采用基于位移的设计理论。综上所述选择截面曲率和梁端支座位移作为DM参数更合理。,DM参数,为充分体现地震动随机性采用实测地震波，卓越周期和震中距与被研究
6、结构所在地接近。持续时间取结构5倍结构基本周期。选取10条地震动记录能达到一定精度。地震波沿纵桥向输入。,地震波,3.基于IDA的桥梁易损性曲线建立具体步骤,单地震曲线,多地震曲线,对数比曲线,构件易损性曲线,系统易损性曲线,4.基于IDA方法易损性分析优点,增量动力分析（IDA）方法符合当今抗震设计与评估发展思路，作为抗震性能及风险评估方法之一，无论在研究上还是应用上已经在国内外得到很大发展。,03,工程背景与及损伤指标,Engineering background and damage indexes,PART THREE,1.干海子大桥概况与全景图,“干海子特大桥”是我国已建成为数不多的
7、钢管混凝土桁架连续梁桥，是国家交通干线京昆高速公路控制性工程，位于四川雅安。该桥按双向4车道设计，单幅桥面宽度12.25m，共计36跨，分三联，第一联为平曲线半径320m左右曲线桥，第二联近似考虑成直线桥；最小联长268m，最大联长1045m，桥总长1811m。,效果图,该桥取得四项世界第一：目前总跨度最大全钢管混凝土桁架梁桥；首座最高的钢管混凝土格构桥墩、组合桥墩、混合桥墩桥梁；该类工程中，它是单联最长的连续结构；首次完全采用钢纤维钢管混凝土施工技术大型桥梁。相对于简支T梁桥，该桥重量减少一半，混凝土用量减少9200立方米，钢材用量减少4500吨，社会经济效益十分显著，是适合西部高烈度地区的
8、桥梁结构形式。干海子大桥以其全球罕见的结构形式和技术上的创新和经验，被我国多部门列为西部山区科技示范桥，对今后山区高架桥应用具有示范作用。,四个第一：,放一张概念图或者设计图是极好的,2.梁截面与桥墩截面,3.基于OpenSees建模,第一联模型,为满足上部结构在地震作用中处于弹性状态，下部墩柱可进入弹塑性状态的抗震设计思路，本文上部桁架梁采用线弹性纤维梁单元模拟。针对第一联曲线上部梁，建模时采用以直代曲思想，通过多边形拟合实现上部连续曲线梁，用弹塑性纤维梁单元模拟下部钢管混凝土格构墩。,关键词：,4.损伤指标,利用弯矩-曲率图和结构曲率延性系数得到各损伤状态对应结构性能点作为损伤评判的依据。
9、曲率延性系数取为地震反应下结构曲率与屈服曲率比值。,将屈服曲率作为轻微损伤对应损伤指标，曲率延性系数为各损伤等级相应截面曲率与屈服曲率之比。,04,IDA曲线与易损性曲线,IDA curves and fragility curves,PART FOUR,1.控制截面以及支座的IDA曲线,15#和16#钢管混凝土格构式桥墩墩底单肢截面四种损伤状态IDA曲线和梁端支座两种损伤状态IDA曲线,第二联,2#钢管混凝土格构式桥墩墩顶和墩底单肢截面四种损伤状态IDA曲线和梁端支座两种损伤状态IDA曲线,第一联,15#桥墩能力需求对数比IDA曲线,通过回归分析得到第二联16#与15#桥墩各离散点相对于各自
10、回归曲线的平方差：123.56和88.79。16#桥墩平方差大于15#桥墩，即16#墩比15#墩IDA曲线离散性高，符合桥墩的高度越大，IDA曲线离散性越大的结论。说明本文得到IDA曲线比较符合实际。,16#桥墩能力需求对数比IDA曲线,15#桥墩能力需求对数比IDA曲线,2.构件易损性曲线,得到IDA曲线后，基于前文步骤6中公式，利用拟合均值与方差得到易损性曲线。每个IDA曲线图对应一条易损性曲线。,16#桥墩易损性曲线,3.系统易损性曲线,得到构件易损性曲线后，利用前文步骤7中的公式，分别得到系统易损性概率上下界。,第二联桥梁系统易损性曲线,4.设计参数影响,对比模型参数取值：,曲线半径和墩跨比情况,不同曲率半径对应的桥梁系统易损性曲线,曲率半径对易损性影响,05,结论,PART FIVE,Conclusions,1.第二联（直线桥）结论,当墩高发生明显变化时，首尾两端与各端钢筋混凝土桥墩相邻的首个钢管混凝土格构式桥墩震动响应较大，为抗震薄弱环节,2.第一联（曲线桥）结论,张 铎,土木工程学院,天津城建大学,Zhang Duo,School of Civil Engineering,Tianjin Chengjian University.,
