论文开题报告

1、1 研究背景 地震是当今频发的自然灾害,强烈的地震,会引起地面强烈的振动,直接和间接地对社会和自然造成破坏，直接破坏为:由于地面强烈震动引起的地面断裂、变形、冒水、喷沙和建筑物损坏!、倒塌以及对人畜造成的伤亡和财产损失等等,间接破坏为由于地震引起的各种次生灾害以及人员的伤亡在最近的几次大地震中，一些经过抗震设计的桥梁，在总等强度的地震作用下就遭到严重破坏，反映出以往的桥梁抗震设计存在着很大的缺陷，因此，全世界的地震工作者纷纷对新乡的抗震设计规范进行反思和修订，对结构的抗争设防表针与抗震设计原则也提出一系列新的观点桥梁的地震反应时一个非常复杂的过程，桥梁抗震问题长期以来一直困扰着人类。在一次次震

2、害中，地震所造成的伤亡和损失使人们的抗震意识越来越强，人们不断总结规律并探索新问题，对桥梁抗震研究越来越深入，且收获颇丰，制定及更新相关抗震规范，完善桥梁抗震理论，研发了很多有关桥梁抗震软件。抢粮抗震已经被提到了一个新的日程，善守国内外学者的关注与研究。2 桥梁抗国内外发发展现状 桥梁在地震作用下的抗震评估是确定桥梁抗震等级的一个重要依据。它不仅仅是对桥梁单独构件的抗震评估,更重要的是从满足社会功能程度的角度去考察整桥在地震作用下的抗震能力。 桥梁整体抗震评估方法种类有经验统计法、分析法、专家系统法、以及易损性法等。 经验统计法:经验统计法首先是根据历史上震害经验，抗震知识及所提供的桥梁样本资

3、料,选择影响的主要因素,然后根据震害样本进行统计回归,然后建立桥梁震害经验预测公式的一种抗震评估的方法。如,朱美珍7分别根据桥梁的震害资料,选取地震烈度,墩高,场地类别,场地失效情况,跨径,跨数,基础类型等因素通过拟合建立桥梁的震害预测公式。 分析法是建立结构力学模型,然后考虑结构在地震作用下的动力特性及动力反应,通过一个或几个参数来反映桥梁整体抗震能力的评估方法。此方法的缺点在于破坏准则有很多种,不同的材料其破坏准则不同,并且有的时候还需要几个破坏准则同时使用,这样不便操作。 在国外,抗震能力评估的研究工作开展就较早,国际上有许多组织致力推广静力弹塑性分析。例如:（1）美国应用科技委员会提出

4、的针对既有钢筋混凝土结构的抗震评估与加固准则,简称ATC一40。主要包括以下三个方面:push一over分析方法，能力谱法，简化非线性分析方法。(2)欧洲规范中只考虑了两个极限状态,一个是最终极限状态,另一个是正常使用极限状态,并以此对钢筋混凝土结构进行抗震评估,考察其在某一水准地震作用下所处的状态。(3)在日本,日本建设省在1991提出了基于性能的抗震设计方法并于2000年1月提出了基于性能抗震设计的构架。其抗震能力评估主要有以下两个方面：以抗震性能综合指标评估抗震能力的方法，CRLS抗震能力评估方法,其所采用的也是推覆分析,用能力谱方法检验结构的性能表现。 我国的抗震评估主要经历以下三个阶

5、段:分别是(l)抗震评估的试点起步阶段,时间大致由1911年邢台地震开始到1971年唐山大地震;(2)抗震评估的蓬勃发展时期,时间为1971年唐山大地震后至1989年到正时发布.3)抗震评估的综合发展阶段,时间为89抗震设计规范开始执行以来。目前我国既有结构抗震评估方法有,经验评估法,振动测量评估法,规范校核法,能量法等。文献8是从地震破坏性能评估的角度出发,根据实际结构作线性地震反应分析的结果和实际震害或试验结构的破坏情况对比分析,利用统计回归的方法确定组合系数a和b,从而得到改进的Park&Ang.破坏模型,破坏模污,得到破坏指数,以此来对结构进行抗震性能的评估。 文献9是通过振动评估的方

6、法对桥梁结构进行抗震性能评估,具体为通过振动测试手段确定桥梁数值分析模型,其目的是确定桥梁结构系统的动力学特性(固有频率及振型),然后通过反应谱方法计算结构强度并与许用应力进行比较,得出评估结果。 文献10结合抗震设计规范中的反应谱法给出了一种能量评估方法,并提出了地震的地面运动对结构的最大输入动能和极限最大动能两个物理量作为定量评估的依据。这种方法可以定量评估考虑场地后结构的抗震性能和场地的影响。可以用于结构抗震性能评估,方案比较评估,减震性能评估,场地对结构影响评估等。 文献11介绍了桥梁状态综合评估,桥梁状态损伤评估,桥梁状态可靠度评估的基本情况,提出了桥梁健康状态的智能评估方法,即基于

7、桥梁健康状态评估的层次分析法和基于模型智能修正的桥梁健康状态评估方法的智能评估方法。同时也指出对钢管混凝土拱桥的健康监测与状态评估研究还比较少,认为影响钢管拱桥健康状态的因素很多,需要从多方面综合考虑。为了比较全面地对大跨度钢管混凝土拱桥的安全性进行合理评估,该文献从承载能力,结构损伤和缺损状况等3个方面来进行分析,并建立钢管拱桥的安全性评估模型。其中承载力方面主要为:主拱圈承载力，主梁承载力，吊杆或立柱承载力，基础承载力。结构损伤方面主要为:主拱圈结构损伤，主梁结构损伤，吊杆或立柱结构损伤，基础损伤。外观缺损状况方面主要为:上部结构缺损状况，下部结构缺损状况，连接及支座缺损状况。此评估模型与

8、实例验证主要是基于桥梁定期检测,通过荷载试验获得检测数据而展开评估研究的,并没没有考虑实时监测环境下的影响因素和动力特性。另外,这种评估方法是针对桥梁的健康状态的一种综合,智能评估方法,并不是针对桥梁抗震的评估。 文献12运用推覆分析即静力弹塑性分析的方法提出在役桥梁基于位移的抗震安全评估。其具体步骤为:计算墩柱截而在不同轴压力作用下的弯矩一曲率关系曲线以及截而弯矩一轴力屈服关系曲线,考虑桥面传来的重力荷载,计算墩柱塑性铰的弯矩-转角关系曲线,进行推覆分析即静力弹塑性分析,得到墩柱的基底剪力一顶点位移曲线,并转换为谱位移一谱加速度关系曲线,即能力谱曲线,建立地震需求谱,确定结构性能点和墩柱顶的

9、目标位移,由目标位移得到墩柱底截面的曲率和对应的钢筋的最大拉应变和混凝上的最大压应变,依据评估标准,对墩柱的抗震安全做出评估。 文献13结合push一over分析提出简化的能力谱分析的方法即改进的强度折减系数法,给出了方法的原理和具体实施步骤,并以两座桥梁为例进行了抗震评估。此方法的不同之处在于:对能力谱进行双线性近似,得到屈服点处的位移和相应的加速度,将双线性能力谱上的初始弹性阶段对应的直线延长,并使之与需求反应谱曲线相交,根据交点来确定弹塑性位移和相应的加速度。 文献14在分析比较上述方法的基础上,借鉴NZ方法简便实用的思想以及等位移近似原则,提出了强度折减系数法。 文献15是通过评估模型

10、与设计模型的对比,并结合谱分析与时程分析,从基础的刚度对结构特征周期的影响,混凝土的弹性模量对的动力响应的影响,在地震激励下两种模型反应的不同,在桥梁设计时使用的地震参数是否合适等角度对刚构桥的抗震性能进行了评估。 文献11分别用二维模型和三维模型的能力与需求比对MASSBridges进行了抗震性能评估。其结论如下:MASSBridges很可能在较小地震的冲击作用下出现钢筋的弯曲破坏;地基与上部结构的相互作用程度对MASSBridges的结构地震反应大小是很敏感的;在进行非线性程程分析时必须采用三维模型:在加速度为0.49的地震作用下,MAssBridges的桥墩发生剪切破坏,进而导致整个桥梁

11、的倒塌。 文献17从地基液化,三维模型的动力分析和时程分析,结构阻尼与活荷载的影响的角度,结合能力谱与需求谱对ManhattanBridge进行了抗震性能评估,找出了结构的薄弱部位,进而对此处进行加固,以满足抗震的要求。 文献18基于中的两阶段三水准抗震设计思想的桥梁抗震性能评估方法:对桥梁结构进行多遇地震与罕遇地震下的损伤分析,以损伤指数为参数来评价桥梁的抗震性能,并通过选用单参数和双参数地震损伤模型确定桥梁的损伤指数,以此对桥梁进行抗震评估。 文献19通过记录的地震反应数据以及三维模型的敏感性分析,动态分析,模态分析和地基一基础一上部结构的相互作用分析和索塔柱的极限弯矩与实际弯矩之比的分析

12、对斜拉桥进行了抗震性能的评估分析,得出的以下结论:斜拉索对整个结构的刚度影响很大，通过敏感性分析对斜拉桥模型性能影响很大的参数为混凝土的质狱密度科,边界条件:通过模型算得到的频率与现场测试的频率基本一致,表明此模烈能很好的反应结构的性能，所有斜拉索的安全系数在假设的地震条件下要大于2.35,两个H型索塔在结构的平面内有很富于的弹性储备。 文献20基于被动控制技术(SMA)进行斜拉桥模型试验,结果分析可知此技术对减小地震反应即减小地震加速度及限制结构过早的破坏或倒塌非常有效,;并且通过获得试验数据对桥梁结构进行抗震性能评估。 文献21通过在地震不同激励形式的作用下结构不同部位(1/4跨,1/2跨

13、,3/4跨及拱脚)的内力(轴力,剪力,弯矩)和位移对一座小跨度的钢筋混凝土拱桥进行了抗震性能评估,以期为加固与改造提供参考。 文献22通过对桥梁结构的墩柱在正负侧向力作用下位移与侧向力的大小的关系曲线,延性与剪力的关系曲线和延性与侧向力的关系曲线的综合分析的基础上评估墩柱在地震作用下抗震性能。 文献23通过三维模型的非线性时程分析对一座多跨的钢筋混凝土简支梁桥进行抗震性能评估的分析。分析结论表明,简支梁桥在地震作用下的薄弱部位为桥梁墩柱以及相应的连接处,一般情况下,简支梁桥在纵向荷载的作用下的结构反应要大于横向荷载作用下的结构反应,然而由该文献分析的结果可知简支梁在横向荷载和纵向荷载的作用下的

14、支座的轴向变形基本上是相同的,因此在对桥梁进行抗震的安全性能评估的时候必须同时考虑横向和纵向的荷载。 文献24则是通过试验分别测定不同试件的多个不同的参数变量(包括桥梁支柱的纵横比,纵向钢筋的比率,螺旋钢筋的比率,轴向荷载的比率,支柱加强区的长度)对桥梁支柱进行抗震性能的评估,由此评定的结果给下一步的加固和修补提供了依据。 我国台湾省在钢筋混凝土建筑结构抗震评估方法中采用详细评估方法,根据截面的实际尺寸和配筋情况,计算其强度与延性,然后配合结构弹性地震分析,通过计算结构各层上,下半层的抗震能力,最终求得结构抗震能力地面加速度值。广西大学的杨仕升博士基于钢筋混凝土单元的强度与延性,研究了钢筋混凝

15、土框架剪力墙结构的抗震能力的定量评估方法。即在计算出结构各楼层上,下半层的抗震能力后,对新建和在役钢筋混凝土结构进行抗震能力评定。 近年来push一over方法也逐渐在桥梁中得到应用,但大多是用在一些桥墩的分析中,而对拱桥研究则不多,在钢管混凝土拱桥中的应用几乎没有。这是因为在应用Push一over方法对结构进行抗震评估时,大部分都是把多自由度体系通过等效原理转化成单自由体系来进行推倒分析,这里的等效原理是在一定条件下成立的,而钢管混凝上拱桥这类结构在跨径方向和高度方向的刚度和质量的分布完全不同,不符合等效成单自由度体系的假定,因此很难应用此方法对钢管混凝土拱桥进行抗震能力评估。 针对目前对钢

16、筋混凝土桥梁破坏程度的评价方法较少的现状,王钦等运用层次分析法与模糊综合评价方法,建立了临时钢筋混凝土桥梁破坏程度评估模型,对临时钢筋混凝土桥梁的破坏程度进行了评价。 桥梁结构地震作用破坏准则有单参数破坏准则:基于延性,强度,能量,破坏比等定义。在1977年Sozen等首先提出了以刚度变化为损伤变量的破坏比,1981年Banon和Bigger等在以刚度变化破坏比的基础上提出了弯曲破坏比,1985年Miner提出了损伤线性累积的破坏准则,1985年McCabe和Hall21提出了以能量形式表达的破坏准则。Banon和Hwang分别在1981和1982年建立了变形一能量双参数破坏准则,他们将结构的

17、破坏表示为最大变形和累积滞回耗能的函数,依此建立结构各构件的破坏评估模型。1985年Park和Ang27提出基于反应变形和累积滞回耗能建立双参数地震破坏准则,他们将结构的破坏认表示为最大反应变形和累积滞回耗是线性组合的函数; 牛荻涛等28在分析现有结构地震破坏模型的基础上,提出了一种改进的双参数地震破坏模型,模型中采用三线退化型恢复力模型对钢筋混凝上结构在地震作用下的极限变形与极限滞回耗能,变形与累积耗能进行了分析,通过对比模型计算的破坏损伤结果与实际震害结果来确定模型参数,从而建立了钢筋混凝上结构在地震作用下的的双参数破坏模型;1991年欧进萍和杜修力等提出了损伤指数的破坏准则,该破坏准则认

18、为结构大的弹塑性变形破坏和低周疲劳的累积损伤破坏是同时存在的,也即将结构的破坏表示为损伤指数的函数。 1993年秦文欣等29在模糊破坏集合概念的基础上,考虑了多种因素,运用模糊数学中的综合评判方法,建立能够反映结构破坏层次的多层模糊破坏评估法。 陈永祈和龚思礼30运用改进后可以计算结构弹塑性能反应的数值积分法进行结构弹塑性变形和能量反应的计算,得到同时考虑结构的变形能力和累积塑性耗能,便于实际应用的双重破坏控制指标。 同济大学的潘龙,孙利民和范立础针对普通规则的桥梁结构在A.Ghoball提出利用两次推倒分析结果来计算结构的损伤指数的基础卜,提出了推倒损伤模型的改进计算方法,避免了非线性动力分

19、析的繁琐,用简便的手段描述结构的线性特性,评价结构遭受不同地震烈度时的损伤程度。 3 研究目的地震不仅因其巨大的能量造成大量的地面建筑物和各种设施的破坏与倒塌，而且随着城市现代化与经济的高度发展次生灾害中因交通及其他设施的毁坏造成的间接经济损失也十分巨大。由于桥梁及交通线是城市的生命线上的枢纽工程，深入进行桥梁抗震研究与设计是工程界所面临的一项重大课题。 1 根据实际拱桥设计和施工图纸，建立大桥在的有限元模型。 2 根据有限元模型，计算拱桥在不同的地震响应的反应。 3 根据理论分析结果评价桥梁基本状况。4 参考文献1周神根,王天威,杨春环.铁路桥梁简易震害预测法,抗震防灾对策【C.开封:河南科

20、学技术出版社,1988,271一253.7朱美珍.公路桥梁震害预测的实用方法.同济大学学报J,1994.9.8史庆轩.钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估D.西安:西安建筑科技大学博士学位论文,2002.9.9王永刚,张希农,张景绘.公路桥梁抗震性能评估研究J.机械科学与技术,2000.9.10蔡元奇,朱以文,黄建中,黄克戮.评估结构抗震性能能的能量方法J.地震工程与工程振动,2003.5.11川范剑锋.桥梁健康状态的智能评估方法研究D.武汉:武汉理工大学博士学位论文,2001.3.12钱稼茹,康钊,赵作周,罗琳,刘庆任,张宏远.在用市政桥梁基于位移的抗震安全评估.工程力学,2001.1

21、.13李媛媛.刚构桥抗震评估能力谱方法研究与应用D.长沙:中南大学硕士学位论文,2007.5.14潘龙.基于推倒分析方法的桥梁结构地震损伤分析与性能设计D.上海:同济大学博士学位论文,2001.15LanLin.SeismicEvaluationoftheConfederationBridge,ProQuest,2005.4.11M.Alasaadeghvaziri,A.R.Yazdani-MotlaghandS.Rashidi.SeismieResPonseEvaluationofMASSBridgesinNewJersey,ASCE,2004.17Gnfanjiang,R.B.Gajera

22、ndQ.Ye.SeismieEvaluationandRetrofitoftheMallhattanBridge,ASC一E,2004.18张仁龙.基于推倒分析的桥梁抗震性能评估D.武汉:华中科技大学硕士学位论文,2008.1.19DongmingYan,GendaChen.SafetyevaluationofseismiebehaviouroftheBillEmersonMemorialCable一stayedBridge,ASCE,2009.20JamieE.padgett,ReginaldDesRoehes.SeismieperformaneeAssessmentofapassiveCo

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