• ISSN 0258-2724
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基于失效概率法的桥梁地震风险评估

韩兴 崔圣爱 崔恩旗 苏姣 祝兵

韩兴, 崔圣爱, 崔恩旗, 苏姣, 祝兵. 基于失效概率法的桥梁地震风险评估[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(4): 696-703. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.005
引用本文: 韩兴, 崔圣爱, 崔恩旗, 苏姣, 祝兵. 基于失效概率法的桥梁地震风险评估[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(4): 696-703. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.005
HAN Xing, CUI Sheng'ai, CUI Enqi, SU Jiao, ZHU Bing. Earthquake Risk Assessment of Bridge Based on Failure Probability Method[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(4): 696-703. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.005
Citation: HAN Xing, CUI Sheng'ai, CUI Enqi, SU Jiao, ZHU Bing. Earthquake Risk Assessment of Bridge Based on Failure Probability Method[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(4): 696-703. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.005

基于失效概率法的桥梁地震风险评估

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.005
基金项目: 

中国铁路总公司科技计划资助项目 2013G002-A-2

详细信息
    作者简介:

    韩兴(1985-), 男, 博士研究生, 研究方向为桥梁地震风险及桥梁寿命评估, Email:hanxing1122@163.com

    通讯作者:

    崔圣爱(1981-), 女, 副教授, 研究方向为桥梁抗震、车桥耦合及建筑材料, 电话:13648053841, E-mail:shengai_cui@126.com

  • 中图分类号: U445.75;TU352.1

Earthquake Risk Assessment of Bridge Based on Failure Probability Method

  • 摘要: 为了研究地震破坏下高速铁路连续梁桥发生破坏的可能性,根据地震风险性(risk)为地震危险性(hazard)与易损性(fragility)乘积的定义,基于失效概率法,对高速铁路连续梁桥地震风险评估方法进行了分析.通过条带法建立桥梁地震需求模型,基于可靠度函数获得桥梁地震易损性曲线,拟合得到桥梁易损性概率密度函数;根据桥址处地震危险性资料,推导桥址处地震加速度概率密度函数;通过地震加速度概率密度函数与桥梁结构易损性概率密度函数的数值积分,实现桥梁地震风险概率评估.以一座(32+48+32)m高速铁路连续梁桥为例系统演绎了失效概率法桥梁风险评估的实现过程.研究结果表明:当地震危险性资料缺乏或不足时可以通过地震烈度分布函数及其与地震峰值加速度之间的换算关系,推导和完善地震危险性分析资料;对于高速铁路(32+48+32)m连续梁桥100年设计期间内发生轻微损伤的概率为5.16%,发生中等损伤的概率为4.46%,桥梁受到轻微损伤和中等损伤风险概率接近,几乎不可能发生严重损伤和完全破坏.

     

  • 图 1  地震风险评估流程

    Figure 1.  Flow diagram of earthquake risk assessment

    图 2  桥梁结构立面布置(单位:cm)

    Figure 2.  Vertical layout of bridge structure(unit: cm)

    图 3  主梁和桥墩截面示意(单位:cm)

    Figure 3.  Section of main beam and pier(unit: cm)

    图 4  桥梁局部有限元模型

    Figure 4.  Finite model sketch map of pier

    图 5  支座力与变形的关系曲线

    Figure 5.  Relation between support reaction and displacement

    图 6  整体轻微损伤易损性曲线

    Figure 6.  Fragility curve of overall slight damage

    图 7  整体中等损伤易损性曲线

    Figure 7.  Fragility curve of overall medium damage

    图 8  整体严重损伤易损性曲线

    Figure 8.  Fragility curve of overall serious damage

    图 9  整体破坏损伤易损性曲线

    Figure 9.  Fragility curve of overall destruction

    表  1  支座刚度

    Table  1.   Bearing stiffness

    支座位置 支反力/MN 支座刚度/(MN·m-1)
    1号墩 5.4 54
    2号墩 39.0 390
    3号墩 39.0 390
    4号墩 5.4 54
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    表  2  桥墩破坏状态定义

    Table  2.   Definition of pier damage states

    损伤状态 损伤准则
    基本完好 ϕϕ1
    轻微损伤 ϕ1ϕϕ2
    中等损伤 ϕ2ϕϕ3
    严重损伤 ϕ3ϕϕ4
    结构破坏 ϕϕ4
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    表  3  桥墩不同状态破坏指标

    Table  3.   Different piers damage criteria

    方向 墩号 ϕ1/×10-4 ϕ2/×10-4 ϕ3/×10-3 ϕ4/×10-3
    顺向 3号 7.44 8.52 16.80 29.10
    1号 4.82 6.24 8.87 11.90
    横向 2号 3.63 4.44 6.21 7.76
    3号 3.64 4.45 6.12 7.64
    4号 4.84 6.24 8.73 11.70
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    表  4  支座破坏状态定义

    Table  4.   Definition of bearing damage states

    损伤状态 损伤准则
    基本完好 D≤150 mm
    轻微损伤 150 mm<D≤200 mm
    中等损伤 200 mm<D≤250 mm
    严重损伤 250 mm<D≤300 mm
    完全破坏 D>300 mm
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    表  5  桥梁整体易损性概率密度函数拟合参数

    Table  5.   Fitting parameters of overall fragility probability density function

    拟合参数 轻微损伤 中等损伤 严重损伤 破坏
    α 1.004 7 1.005 6 1.014 0 1.016 5
    λ -1.008 9 -1.009 9 -1.015 9 -1.017 3
    δ 1.670 7 1.778 8 6.581 4 8.121 9
    u 10.408 3 10.414 1 9.143 9 8.542 6
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    表  6  地震危险性资料

    Table  6.   Seismic hazard information

    对应峰值加速度/(×g) 发生概率
    0.001 95 0.999 9
    0.003 91 0.999 9
    0.007 82 0.999 9
    0.015 64 0.999 9
    0.031 27 0.969 2
    0.062 54 0.618 2
    0.125 01 0.189 9
    0.250 17 0.032 3
    0.500 30 0.003 0
    1.000 30 0.000 1
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    表  7  桥梁风险概率

    Table  7.   Bridge risk probability

    破坏程度 轻微损伤 中等损伤 严重损伤 完全破坏
    风险概率 0.051 64 0.044 57 4.711×10-4 2.634×10-4
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  • 收稿日期:  2016-01-04
  • 刊出日期:  2018-08-01

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