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桥梁地震易损性分析综述
作者：李世增 赵青
来源：《城市建设理论研究》2013年第07期
摘要：地震易损性是指在不同强度地震作用下工程结构发生各种破坏状态的条件概率，它可以从概率的意义上定量地刻画结构的抗震性能，从宏观的角度描述地震动强度与结构破坏程度之间的关系。结构的地震易损性分析对于预测结构的抗震性能，进行结构的抗震设计，加固和维修决策具有重要的应用价值。本文论述了国内外桥梁易损性分析研究的概况，介绍了易损性分析的方法，并对桥梁的易损性提出了存在的问题和发展前景，以及今后尚需开展的工作，以推动桥梁工程的发展。
关键词：桥梁，地震易损性，易损性曲线
Abstract: Seismic fragility is the probability that structural demand equals or exceeds a limit state conditional on a seismic ground motion given a specified intensity .It can quantitively describe seismic performance of structures in a probabilistic sense,and predict seismic damage potentials of structures under a given seismic intensity in a macroscope level.Seismic fragility analysis is especially valuable for predicting structural seismic performance,seismic design,seismic retrofitting and decision making of repairing. This paper discusses fragility analysis research survey of the domestic and foreign bridges, introduces the method of vulnerability analysis, and the existing problems and
development prospects of the proposed vulnerability of bridges, as well as future work needed to be carried out in order to promote the development of bridge engineering. Key words:bridge；Seismic Fragility；fragility curves
中图分类号：K928.78 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013） 引言
桥梁是交通生命线系统中的重要枢纽结构。在经济发展，人民生活，抗震救灾中都处于极其重要的地位。历史上发生过许多大地震都给桥梁造成了十分严重的破坏[1]。 1906年，美国旧金山大地震中一座铁路桥倒塌，另外还有5座桥梁失去使用功能，桥台向河心滑移，桥墩横、纵向移位或扭转；据统计，在1976年我国唐山大地震中，在Ⅶ至Ⅺ区内的130座大中型钢筋混凝土梁式桥中，倒塌18座，严重破坏20座，中等破坏34座。1994年美国加利福尼亚南部的Northridge地震使170座桥梁受到到了诸如桥墩开裂，桥台后填土下沉等不同程度震害，造成损失约140亿美元；1995年日本阪神地震对于桥梁破坏更为严重，共有9处落梁或是接近落梁，16处发生严重破坏，造成损失约1500亿美元。
桥梁地震的地震易损性（Seismic Fragility）是指在不同强度地震作用下桥梁结构发生各种破坏状态的概率，通常用离散的矩阵（Damage Probability Matrix, DPM）或连续的地震易损性
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曲线（Seismic Fragility Curves）来描述，二者可以相互转化。更具体地，在地震工程中，易损性定义为在给定的地面运动强度下，比如峰值地面加速度（Peak Ground Acceleration PGA）、谱加速度（Spectral Acceleration SA）、地面运动的频谱或持续时间，结构构件或系统失效的条件概率[2]。
2. 地震易损性分析的发展概况
社会学家在20世纪70年代开始怀疑传统的自然灾害范式，而易损性曲线的研究也正是在这个时候开始萌芽。在20世纪70年代核电站的地震概率风险评估里，将机械和结构系统的抗震能力以概率分布的形式表示出来开启了易损性曲线的形式来研究结构 地震易损性的先例。 美国和日本是两个多地震的国家，地震给受灾的城市和国家造成了巨大的损失的同时也留下了详实的灾害记录，许多国外学者尤其是美国、日本两个国家的学者针对地震留下的记录中关于桥梁损伤的记录，对桥梁地震易损性进行了大量的经验性分析。Shinozuka等[3]基于1995年神户地震中观测到的桥梁损伤数据，建立了高速公路桥梁墩柱的经验易损性曲线，两参数的对数正态分布函数用来表征易损性曲线，参数通过最大概率方法来估计。Tanaka统计地震易损性时，假定易损性曲线为两参数正态分布的函数形式，利用1995年神户地震中获得的桥梁损伤数据来估计未知参数（均值和标准差），总计3685座桥划分为5种结构形式，损伤水准划分为5个等级。以PGA表征地震地面运动强度的易损性曲线假定为对数正态分布的函数形式，发展了一系列经验易损性曲线。随着研究的不断深入，国外很多学者不再满足于仅仅局限某一具体地震资料的经验易损性分析，而转向寻求一种理论上合理的解析分析方法。Karim和Yamazaki合作提出了一种用数值模拟的方法建立理论易损性曲线的方法，在此基础上Karim和Yamazaki又进一步提出使用简化的分析方法并结合有限元的理论与技术建立了易损性曲线。Shinozuka采用蒙特卡罗模拟法作为检验方法，对美国孟菲斯地区预应力混凝土连续梁桥进行易损性分析，得到解析地震易损性曲线。Kim等[4]研究了地震动的空间变异特性对桥梁地震易损性的影响，并对桥梁的钢筋混凝土柱在抗震加固前后的易损性进行了对比分析。Mander&Basoz[5]采用能力谱方法（CSM）发展桥梁的易损性曲线。Choi E[6]采用非线性分析模型，合成地面运动，首先形成每种桥梁类型的独立构件（墩柱，支座）的易损性曲线，然后采用第一顺序可靠度原则合成代表整个桥梁系统易损性曲线。
我国对房屋建筑结构的地震易损性分析取得了一定的成果，但对于桥梁结构[7-9]的地震易损性分析仍处于起步阶段。但由于我们国家发生过例如唐山、汶川、玉树这样的有记录的大地震，丰富的地震记录让一些国内学者对桥梁地震易损性的研究做了许多有价值的工作。王东升等[10]通过引入桥梁震害预测分类，建立了一种属于近似地评估桥梁地震易损性的一类方法。朱美珍等[11]根据唐山，海城，通海地震中100多座公路桥梁的震害资料，考虑9个影响因素，建立了公路桥梁易损性计算公式。由于桥梁震害的主要因素归为结构的延性，因此利用PushOver方法进行结构抗震能力分析进而进行易损性分析得到了广大国内学者的认可。PushOver方法较早由Imbsen和Penzien等[12]提出用于桥梁的抗震能力评估，国内学者常岭等[13]也曾提出过类似方法。随着信息处理技术的成熟和新型数学知识在工程界的广泛应用，人
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工神经元网络技术[14-16]和基于模糊数学[17-19]、灰色系统理论[20-21]的桥梁易损性分析方法也应运而生。
本文来源：https://www.wddqxz.cn/9cee2924f46527d3240ce051.html
2023-03-16
