橋梁結構地震易損性分析綜述

重慶交通大學，重慶 400074

地震易損性分析是結構抗震性能評估中結構破壞分析和結構地震響應分析的統(tǒng)稱，指當結構遭遇到不同等級強度的地震時，發(fā)生不同破壞狀態(tài)的可能性。因此橋梁結構的抗震性能從概率的角度得以定量化描述。地震易損性分析為確定橋梁的易破壞位置、維護加固、橋梁評估風險及其它研究提供了有價值的必要依據(jù)?？紤]到過去橋梁抗震設計理論缺陷、抗震設防水準不足、環(huán)境變化等綜合因素對橋梁結構的影響，為了有效評估橋梁抗震性能，橋梁結構的地震易損性研究至關重要。

1 國內外橋梁地震易損性研究

國內外關于地震易損性方面的研究，依據(jù)橋梁結構地震數(shù)據(jù)來源的不同分為經(jīng)驗易損性研究和數(shù)值模擬的理論易損性研究。

1.1 經(jīng)驗易損性研究

由于國內橋梁在大震作用下發(fā)生破壞的可供參考案例較少，所以關于研究橋梁結構易損性相對較晚，最初主要致力于預測鐵路橋梁和公路橋梁的地震破壞。在國內發(fā)生幾次震級較大的地震之后，陳立波和同事們根據(jù)中國四川地震數(shù)據(jù)建立了以橋地震破壞的橋梁地震易損性統(tǒng)計模型，計算橋梁發(fā)生破壞狀態(tài)的概率，用于考察四川地區(qū)公、鐵路橋梁系統(tǒng)的發(fā)生地震損失破壞的可能性。

國外由于地理因素關于這方面的研究相對較早，大量詳實的國外地震災害記錄促進國外經(jīng)驗易損性研究，特別是在多地震地區(qū)。地震中發(fā)生嚴重破壞的橋梁在橋梁經(jīng)驗型地震易損性研究中發(fā)揮了不可多得的作用。多年前已有國外學者通過對在地震中受損的橋梁的材料和結構的類型進行分析，計算出橋梁結構地震損壞的強度和地面運動之間的關系，以得到不同類型橋梁失效概率矩陣，由此建立了經(jīng)驗型易損性曲線［1］。

1.2 理論易損性研究

橋梁結構的理論易損性研究，主要是通過對地震作用時橋梁結構發(fā)生一系列的狀態(tài)變化進行數(shù)值模擬的分析，參照結果數(shù)據(jù)特點回歸分析繪制出橋梁的結構地震理論易損性曲線。雖然地震易損性分析過程有些復雜，但只要抓住主要問題便能很明了的分析橋梁結構的易損性。例如，通常需要提前整理好地震輸入記錄，確定地震強度的選擇面積范圍，根據(jù)橋梁的特征周期在PEER 數(shù)據(jù)庫中篩選可模擬實地地震記錄，對于缺少強震記錄區(qū)域的則根據(jù)設計反應譜生成人工波等，作為易損性分析中地震動的輸入［2］。另外，考慮結構本身的未知性、橋墩與樁基礎大地和結構的相互作用。關于地震響應分析方面的一些問題和其易損性分析曲線的一些設置問題，綜合考慮計算分析的效率以及數(shù)據(jù)結果的準確性以及結構數(shù)值模型建立易損性曲線等問題都是理論易損性分析過程中需要深入思索的一些問題。

2 地震易損性分析方法

根據(jù)過去的破壞數(shù)據(jù)和地震破壞進行經(jīng)驗分析，得出地震破壞的主要影響因素，結合收集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計回歸建立模型，然后繪制地震易損性曲線［3］。經(jīng)驗易損性分析不能忽略一些重要影響因素，比如地震時由于其破壞作用和土壤之間的相互影響作用，要對其結構重量、發(fā)生的場地條件以及橋梁結構所相似的區(qū)域的影響所要采取的經(jīng)驗分析方法進行選擇。經(jīng)驗方法必須考量實際情況影響，不適用于沒有發(fā)生過地震或震害資料不充分的地區(qū)。

理論分析方法有效地彌補了地震數(shù)據(jù)缺失的缺點，通過對結構的地震反應進行計算和分析得出易損性曲線評估橋梁結構發(fā)生破壞的概率。考慮到實際情況和這個方法的優(yōu)勢比較明顯，所以理論分析方法是目前最常用的。易損性曲線的正確性直接決定易損性分析的參考價值，要繪制好地震易損性的曲線需要對其易損性分析的特點和過程有一個好的認知和掌握。理論易損性分析的大致流程可參照圖1。

圖1 橋梁結構地震理論易損性分析流程

結合了經(jīng)驗-理論的易損性分析為橋梁抗震分析提供了一種提高分析過程的準確性和有效性的方法，但局限性很大，實際運用很少。主要作用是根據(jù)主觀識別或數(shù)值分析的結果，使用地震破壞數(shù)據(jù)或測試數(shù)據(jù)建立并校正結構易損性模型，以提高模型的準確性。

3 結論

雖然近些年關于橋梁地震易損性研究，經(jīng)過國內橋梁專家的不懈努力取得一些不錯成果，已經(jīng)大體掌握了橋梁地震易損性分析的過程和基本方法，可從數(shù)據(jù)結果來判斷當?shù)卣鸢l(fā)生時，其橋梁結構的破壞程度與可能面臨的破壞失效路徑。但很多成果仍停留于理論研究水平，應盡快在實際工程中檢驗和應用這些研究成果。

我國關于橋梁地震易損性的研究可以說才剛剛開始，但隨著跨海橋梁和地震多發(fā)區(qū)大型橋梁工程結構的建設，要保證橋梁在地震作用下的安全性，關于大型橋梁破壞機理和易損性的研究刻不容緩，因此總結科學實用的方法，完整的橋梁結構易損性分析的理論和方法的建立對我國橋梁工程的發(fā)展極為重要。