董 俊,曾永平,冷 丹

(1.四川建筑職業(yè)技術學院,四川 德陽 618000; 2.中鐵二院工程集團有限責任公司,成都 610031)

渝昆高速鐵路是京昆高鐵的重要組成部分,其設計時速350 km/h。其中渝昆高鐵尋甸蒲草塘至昆明南,正線全長約118 km,擬建造50余座橋梁,該段線路3次跨越了現(xiàn)今非?；钴S的地震帶——小江斷裂帶,其中38 km位于九度0.4g地震區(qū),橋梁總長約14.7 km,橋梁沿線區(qū)域現(xiàn)今地殼變形十分強烈、地震活動頻繁,地質條件十分復雜,小江斷裂帶與其誘發(fā)大地震災害已經成為影響渝昆高鐵運行安全的主要因素。因此,渝昆高鐵是集“高速鐵路、近斷層、高烈度”特征于一體,其運營安全將面臨九度近斷層地震的嚴峻挑戰(zhàn)?？紤]到渝昆高鐵穿越近斷層九度地震區(qū),為降低風險該段線路主要采用32 m簡支梁橋跨越,為了保證渝昆高鐵九度地震區(qū)橋梁的運營安全,急需研究經濟合理、安全可靠的減隔震體系。

近年來許多學者對高烈度地震區(qū)橋梁合理減隔震體系開展了相關研究,文獻[1]針對跨越地震區(qū)高速鐵路簡支梁,通過時程分析方法,結合抗震設計規(guī)范,研究了4種減隔震措施下橋梁結構的抗震性能。文獻[2]針對鐵路簡支梁橋,研究了摩擦擺支座在不同地震烈度下對橋梁結構性能的影響,分析了摩擦擺支座的合理性。文獻[3]針對高鐵簡支梁,采用數(shù)值仿真分析法,開展了3種支座(LRB支座、FPB支座、HDR支座)、黏滯阻尼器與鋼擋塊組合體系下橋梁橫向地震碰撞效應及減震性能的分析,比選了幾種組合體系的合理性。文獻[4]針對地震區(qū)客貨共線32 m簡支梁橋,開展了摩擦擺支座對3～60 m墩高簡支梁橋適用范圍影響分析研究,提出了摩擦擺支座合理的墩高適用范圍。文獻[5]針對中國高速鐵路32 m簡支梁橋,提出了一種新型金屬彈塑性裝置與支座組合形成減隔震體系,研究了橋梁的抗震性能。然而目前研究主要是針對不同減隔震體系,開展時程分析,通過減震率評估各種減隔震體系的合理性,但對于像九度地震區(qū)的高速鐵路橋梁研究較少,減隔震體系選取方法過于簡單(用減震率等指標簡單比選),未綜合考慮多種因素的影響(如橋址地震發(fā)生概率、橋梁易損性概率),因此急需通過更加合理可行的方法來研究適用于九度地震區(qū)的減隔震體系。

本文以渝昆高鐵九度地震區(qū)32 m跨度簡支梁橋為工程背景,構建了一種橋址區(qū)地震危險性貢獻參數(shù)分析方法,運用核密度估計理論推導了橋梁地震易損性計算方法,建立了一種基于地震風險評估的近斷層鐵路橋梁抗震分析方法,利用建立的方法對5種減隔震體系下九度區(qū)高速鐵路簡支梁橋開展了對比分析,全面分析評估了橋梁構件的地震風險情況,通過綜合比較橋梁結構地震風險,比選出適用于九度地震區(qū)高速鐵路簡支梁的減隔震體系。

1 基于地震風險評估的近斷層鐵路橋梁抗震分析方法

1.1 地震風險分析概述

地震風險分析就是利用地震危險性的分析結果,結合對受災物體和有關社會累計的知識,對特定區(qū)域、特定結構物可能遭受的地震災害程度進行量化分析。地震風險評估可用如下形式表達:

地震風險=地震危險性H(a)×地震易損性PF(a)

圖1給出了橋梁結構的地震動的危險性函數(shù)和地震易損性函數(shù)。

圖1 地震危險性和地震易損性曲線

地震風險分析主要是橋址區(qū)地震危險性函數(shù)與橋梁結構地震易損性函數(shù)通過積分求解得到,但實際應用過程中會發(fā)現(xiàn),地震危險性函數(shù)與地震易損性函數(shù)較復雜,積分求解十分困難,只能通過數(shù)值分析方法[6]并借助MALTAB等商用軟件或自編程序求解地震風險值,根據(jù)分析結果評估橋梁抗震性能。

上述方法計算過程復雜,不便于工程應用,故本文提出了一種簡化的基于地震風險分析的橋梁抗震分析方法,下文將詳細介紹該方法。

1.2 概率地震危險性曲線及地震危險貢獻參數(shù)建立

1.2.1 地震危險性曲線的建立方法

目前研究人員通常按照國家標準《工程場地地震安全性評價》(GB17741—2005)[7]的要求,采用綜合概率分析方法,對橋梁工程場區(qū)進行地震危險性分析。

地震危險性綜合概率分析方法的主要特點是考慮了地震活動的時空不均勻性,確定橋址區(qū)不同地震帶對橋址工程場地地震危險性超越概率。參考文獻[8]基于分段泊松分布模型和全概率公式,可計算出橋址區(qū)域內某一斷裂帶發(fā)生地震,導致橋址場地地震動強度值A超越給定值a的年超越概率,具體公式為

(1)

式中:A(Si)為工程場地地震區(qū)內第i個潛在震源區(qū)的面積;P(A≥a|E)為地震區(qū)第i個潛在震源區(qū)內發(fā)生某一特定地震事件(震級mj+0.5Δm、震中位置、破裂方向確定)時給定地震動值a被超過的概率;f(θ)為破裂方向的概率密度函數(shù);v0為t年內發(fā)生在M0～Muz之間地震震級的年平均發(fā)生率;β=bln 10,b為震級頻度關系的斜率。實際工作中,震級m分成Nm檔,mj表示震級為(mj+0.5Δm)的震級檔,Ns為地震統(tǒng)計區(qū)內共劃分出的潛在震源區(qū)數(shù)量{S1,S2,…,SNs};fi,mj為潛在震源區(qū)的空間分布函數(shù);f(mj)為震級概率密度函數(shù)。

若橋址區(qū)域內有N個地震帶對橋梁場地有影響,則橋址場地總的地震危險超越概率為

(2)

運用式(2)便可得到橋梁地震危險性函數(shù)曲線,但可以發(fā)現(xiàn)地震危險性函數(shù)十分復雜,若用其來求解地震風險概率比較困難。

1.2.2 各種地震設防水準下的地震危險性貢獻率參數(shù)ΔλH

在實際應用過程中,地震安評報告一般僅提供橋址區(qū)50 a超越概率63%、10%、2%和100 a超越概率63%、10%、3%六個水準下的地震危險發(fā)生概率,而將6組數(shù)據(jù)進行擬合可獲得一條光滑的地震危險性曲線。為了使工程應用更加方便,參考文獻[9]的思路,本文構建了一種橋址區(qū)工程場地各地震水準對應地震危險性貢獻參數(shù)分析方法,通過構造地震危險貢獻參數(shù)ΔλH,表征不同水準地震對工程場地的貢獻大小。

圖2 地震危險貢獻參數(shù)示意圖

1.3 基于核密度估計的橋梁地震易損性發(fā)生概率分析

地震易損性分析是從概率層面對地震作用下的橋梁損傷進行評估,即具體反應某強度地震下,橋梁達到或超過某種損傷狀態(tài)的發(fā)生概率[10],易損函數(shù)求解公式為

Pf(IM,C)=P[D≥C|IM]

(3)

式中:C、D分別為橋梁抗震承載力和地震需求值,IM表示地震的強度值。若已知橋梁抗震承載力的條件概率密度函數(shù)fD,則易損性函數(shù)可通過積分求解得到,即

(4)

由文獻[11]可知,條件概率密度函數(shù)可按下式進行求解:

(5)

式中:fD,IM(·)為D和IM兩個變量的聯(lián)合概率密度分布函數(shù),fIM(·)為IM變量的邊緣分布函數(shù)[11]。由上述公式可知,若得到兩種分布函數(shù)fD,IM(·)和fIM(·)的表達式,便能夠積分求解式(5)得到易損性曲線。

為了求解兩種分布函數(shù),本文采用了一種非參數(shù)檢驗的方法——核密度估計[12-13],基于橋梁時程分析結果{(IMi,Di),i=1,2,…,n}求解fD,IM(·)和fIM(·)兩種分布函數(shù),從而得到橋梁結構地震易損性函數(shù)。

假設多元變量X有n個樣本點{x1,x2,…,xn},由核密度估計的定義[14]可知,采用標準正態(tài)核函數(shù)時,聯(lián)合分布函數(shù)的核密度估計:

(6)

式中(·)T為轉置矩陣。帶寬矩陣H為多元矩陣,其具體取值和計算方法參考文獻[15]。

利用橋梁時程分析獲得的地震響應結果{(IMi,Di),i=1,2,…,n},代入式(6)得到橋梁聯(lián)合概率密度分布函數(shù):

(8)

式中hIM為IM的最優(yōu)帶寬參數(shù)。

將式(7)、(8)代入式(5),得到條件概率密度函數(shù)fD(c|IM=a),從而通過式(4)得到橋梁易損性函數(shù)數(shù)值計算式,即

(9)

運用式(9)可求解出橋梁結構地震易損性函數(shù),開展橋梁地震易損性分析。

1.4 鐵路橋梁結構地震風險計算方法

可以通過上述方法,求解出橋梁各危險構件的地震風險值,根據(jù)結構風險評估結果,研究橋梁各構件的抗震性能,還可以對比研究不同橋梁減隔震措施下各構件的地震風險值,評估不同橋梁減隔震措施的可行性和適用性。

1.5 建立基于地震風險評估的鐵路橋梁抗震分析方法

基于1.2～1.4節(jié)的分析理論,本文提出了一種基于地震風險評估的鐵路橋梁抗震分析方法,方法的具體分析流程如圖3所示。

圖3 一種基于地震風險的鐵路橋梁抗震分析方法流程圖

運用圖3橋梁抗震分析方法,可分析各類典型鐵路橋梁地震風險和抗震性能,但分析結果數(shù)據(jù)量大,同時需要繪制海量的分析結果圖,為了提高分析效率和分析的可操作性,簡化分析過程,可快速得到分析結果。

基于1.2～1.4節(jié)的分析方法和圖3的分析流程,并結合橋梁相關設計規(guī)范,應用MATLAB軟件GUI技術,編制了鐵路橋梁抗震風險評估分析軟件,軟件界面如圖4所示。將全橋模型時程分析計算結果導入本文研發(fā)的軟件后,可自動繪制橋梁構件地震易損性曲線、地震風險評估分析柱狀圖,還可生成橋梁結構風險評估報告。利用橋梁抗震風險評估分析軟件,便可開展各種橋梁結構的抗震性能分析。

圖4 軟件操作界面

2 工程實例

2.1 工程概況

本文以重慶至昆明高速鐵路跨越9度地震區(qū)典型32 m雙線鐵路簡支梁橋為工程背景,研究對象橋跨布置為5×32 m,采用等墩高形式,墩高分別為10、20、30 m,梁體為預制單箱單室箱梁截面(參考《通橋(2016)2322A-II-1》圖執(zhí)行),橋寬12.6 m,梁高3.05 m,主梁為C50混凝土,橋墩采用圓端形墩,15 m以下為實心墩,15～30 m采用空心墩,具體構造見表1,墩為C35混凝土,鋼筋采用HRB400,橋墩樁基礎采用9-φ1.25 m,一跨簡支梁一端采用固定支座,另一端采用縱向活動支座,具體布置如圖5所示。橋址區(qū)域為9度0.4g,II類場地。

表1 橋墩設計構造參數(shù)

圖5 橋跨及支座布置圖(cm)

2.2 橋梁減隔震方案概況

針對九度地震區(qū)高速鐵路橋梁面臨的抗震及減震技術難題,擬研究適用于九度地震區(qū)高速鐵路典型簡支梁橋的合理減隔震方案,結合已有的高烈度地震區(qū)橋梁抗震及減震研究成果[16-17],擬定了5種減隔震方案作為九度地震區(qū)高速鐵路簡支梁橋的比選方案,具體方案如下:方案1,球型鋼支座(傳統(tǒng)硬抗型);方案2,普通抗震支座+型鋼擋塊;方案3,雙曲面減隔震支座+型鋼擋塊;方案4,普通抗震支座+榫形金屬減震耗能裝置+型鋼擋塊;方案5,雙曲面減隔震支座+榫形金屬減震耗能裝置+型鋼擋塊。5種措施效果實物如圖6所示。

圖6 各種措施效果實物圖

雙曲面減隔震支座、球型鋼支座、防落梁擋塊力學參數(shù)詳見表2～4。榫形金屬減震耗能裝置初始剛度為15 328 kN/m,屈服強度為376 kN,屈服后剛度比取0.1,初始間隙為20 mm,極限位移≥210 mm。

表2 雙曲面減隔震支座參數(shù)

表3 球型鋼支座參數(shù)

表4 防落梁力學參數(shù)

2.3 有限元模擬

本文采用OpenSees建立全橋模型,主梁不考慮地震損傷,采用梁單元模擬,考慮二期恒載、列車活載對橋梁的影響,圓端形橋墩采用OpenSees中dispBeamColumn基于位移的纖維單元模擬,參考文獻[15,18]考慮混凝土和鋼筋的非線性本構,普通抗震支座、減隔震支座分別采用OpenSees中flatSliderBearing和singleFPBearing支座單元模擬[15],型鋼擋塊采用ElasticPPGap材料本構模型進行模擬[15],榫形金屬減震裝置采用帶間隙的雙折線本構模型模擬其力學性能[1],支座、鋼擋塊模擬參數(shù)詳見表2～4,采用ImpactMaterial材料本構模擬相鄰梁之間的碰撞效應[19]。樁基礎等效土彈簧進行模擬,依據(jù)規(guī)范[20]附錄D求解樁基等效土彈簧剛度,全橋有限元模擬情況如圖7所示。

2.4 地震動輸入及地震貢獻參數(shù)確定

根據(jù)渝昆高鐵九度地震區(qū)安全評估報告,得到了重點工程場地的50 a超越概率63%、10%、2%,100 a超越概率63%、10%、3%六種概率水平下的地震動,每種水準地震動各8條,共計48條地震波。圖8給出了6種水準地震動的反應譜曲線,由圖分析可知,隨著地震水準年發(fā)生概率的逐漸降低,地震動的特征周期逐漸增大,地震的破壞能量越來越強。

圖8 6種地震水準下各地震動反應譜

對48條地震動進行調幅,得到10個PGA等級,從0.1g至1.0g,調幅步長0.1g,生成480組地震分析樣本用于開展時程分析,地震輸入方向分別為縱向+豎向、橫向+豎向,依據(jù)地震安評報告,豎向與水平向地震動PGA強度比為1∶1。同時根據(jù)渝昆高鐵安評報告可得到橋址區(qū)工程場地地震危險性發(fā)生概率,如圖2所示,依據(jù)1.2節(jié)提出的工程場地地震危險性貢獻率參數(shù)分析方法,得到橋址工程場地地震風險貢獻參數(shù)見表5。

表5 橋址區(qū)工程場地地震風險貢獻參數(shù)

2.5 各減隔震體系下橋梁結構地震易損性分析

在建立易損性曲線以前,首先要確定各種損傷狀態(tài)的損傷指標臨界值,本文參考文獻[15]關于橋梁結構損傷指標的定義及損傷狀態(tài)的劃分方法,橋墩損傷指標采用曲率延性比,支座損傷指標采用相對位移,計算得到不同墩高各關鍵構件的損傷指標在4種損傷狀態(tài)下對應的臨界值見表6。

表6 橋梁構件損傷指標臨界值

基于1.3節(jié)的分析方法,便可計算各墩高簡支梁橋在各種減隔震方案條件下各種損傷狀態(tài)對應的地震易損性曲線。由于篇幅有限,本文僅給出10 m墩高簡支梁橋在縱向+豎向地震作用下的易損性分析結果,如圖9所示。由圖9分析可知:1)在多遇地震作用下(PGA=0.14g),各減隔震體系下橋墩的地震破壞概率較低,橋墩處于彈性狀態(tài);而各體系下支座構件損傷概率低,支座變形在容許范圍內。2)在設計地震作用下(PGA=0.4g),減隔震方案1對應橋墩發(fā)生嚴重損傷概率達25%,發(fā)生中等損傷概率超過95%,橋墩屈服,進入塑性階段,其他減隔震方案下橋墩發(fā)生嚴重破壞的概率小于15%,發(fā)生中等損傷破壞的概率在35%～65%之間,損傷破壞概率最低的是減隔震方案5。3)在罕遇地震作用下(PGA=0.64g),采用方案1～4橋墩發(fā)生嚴重損傷破壞的概率均大于65%,橋墩構件進入塑性狀態(tài),發(fā)生完全破壞的概率大于20%;減隔震方案5發(fā)生嚴重損傷破壞的概率為49%,發(fā)生完全破壞的概率為10%左右,方案5比其他方案更合理。

圖9 縱+豎向地震下10 m墩高簡支梁支座地震易損性曲線

支座構件在5種減隔震方案下的計算結果與橋墩類似,這里不再詳述,方案1因為采用的是傳統(tǒng)的硬抗體系,故支座均未超過自身容許地震位移,所以易損性概率接近為零。

為了更好地比較各減隔震體系下橋梁結構的地震易損性情況,參考文獻[15]采用超越概率地震動強度指標中位值來對比不同減隔震方案下橋梁關鍵構件的地震易損性(由于篇幅有限圖10僅給出10 m墩高計算結果),各種損傷狀態(tài)下中位值越小橋梁結構越容易發(fā)生損傷破壞。由于方案1采用硬抗體系,支座地震位移小,其PGA中位值遠大于其他方案,此時將5種方案放置同一圖中將無法區(qū)分其他4種方案的差異,因此未在圖10(b)和10(d)中繪制方案1結果。

由圖10給出的10 m墩高簡支梁結果可知:1)從輕微損傷到完全破壞,不同減隔震方案的橋梁結構構件其地震易損性函數(shù)中位值變化規(guī)律是一致的,在數(shù)值上都是隨著損傷程度的增加逐漸增大。2)對于橋墩構件,在縱、橫向地震作用下,方案1條件下其構件地震易損性中位值均小于其余4種方案下的計算結果,且從輕微損傷到完全破壞這4種損傷狀態(tài)下,中位值的差距逐漸增大,在相同損傷狀態(tài)下,方案5的地震易損性中位值最大,這表明方案5對橋梁構件的減震效果最好。3)對于支座,在縱+豎向、橫+豎向地震作用下,輕微和中等損傷狀態(tài)下,方案2易損性中位值最小,嚴重和完全破壞狀態(tài)下,方案3地震易損性中位值最小。

2.6 橋梁結構地震風險評估分析及減隔震方案比選

以上從橋梁結構自身抗震性能的角度對比分析了各種減隔震方案的合理性,為了進一步綜合考慮地震發(fā)生概率與橋梁結構損傷下減隔震方案的合理性,利用本文提出的分析方法開展了各減隔震體系下橋梁地震風險評估分析?；?.4節(jié)計算50 a和100 a超越概率為63%、10%、2%、3%對應的各地震水準下的風險貢獻參數(shù),并結合2.5節(jié)各減隔震方案下結構地震易損性分析結果,參照1.4節(jié)對各減隔震方案下橋梁關鍵構件的地震風險進行計算評估,便可得到10 m墩高簡支梁橋在4種損傷狀態(tài)下的年平均風險發(fā)生概率,由于篇幅有限,這里僅給出10 m墩高簡支梁橋在縱向+豎向地震作用下橋墩計算結果見表7,最終得到橋墩輕微、中等、嚴重、完全破壞的風險概率分別為5.99%、4.68%、1.01%、0.15%。圖11給出了5種減隔震體系下縱+豎、橫+豎向地震對渝昆高鐵典型10 m墩高32 m跨度簡支梁的地震風險評估3D柱狀圖,圖12對應給出了各減隔震方案下風險累計柱狀圖。

表7 縱+豎向地震作用下渝昆高鐵10 m墩高簡支梁采用減隔震方案5時對應橋墩風險評估計算

圖11 地震作用下各減隔震體系下簡支梁橋關鍵構件風險分析3D柱狀圖

圖12 地震作用下10 m墩高簡支梁橋關鍵構件各減隔震方案對應的風險累計柱狀圖

圖11(a)和圖12(a)給出了10 m墩高簡支梁在縱+豎向地震作用下橋墩地震風險分析柱狀圖,對于橋墩構件采用方案1(傳統(tǒng)硬抗)時,橋墩發(fā)生輕微損傷的地震風險概率13.3%,發(fā)生中等損傷的地震風險概率12.1%,發(fā)生嚴重破壞的地震風險概率3.6%,發(fā)生完全破壞的地震風險概率0.45%,方案1是各方案中地震風險概率最大的方案。對于減隔震方案2～5,各方案發(fā)生輕微損傷的地震風險概率分別為9.59%、7.02%、7.2%、5.99%,各方案發(fā)生中等損傷的地震風險概率分別為8.17%、5.69%、5.87%、4.68%,各方案發(fā)生嚴重損傷的地震風險概率分別為2.43%、1.57%、1.58%、0.16%,各方案發(fā)生完全破壞的地震風險概率分別為0.56%、0.31%、0.32%、0.15%。由各減隔震方案計算結果表明:減隔震方案5對橋墩構件的地震風險破壞概率最低,采用減隔震方案5后,其地震風險相比方案1將下降50%,這說明采用減隔震方案5后,整個橋墩的安全性能提高了50%。此外,分析可知,減隔震方案5條件下,發(fā)生嚴重和完全破壞的地震風險概率均低于0.2%,這也充分說明減隔震方案5條件下橋墩抗震性能良好。

圖11(b)和圖12(b)給出了縱+豎向地震作用下支座構件地震風險分析柱狀圖,因方案1為傳統(tǒng)硬抗型抗震方案,支座位移變形小,無損傷,故圖中未給出方案1的計算結果。對于支座構件,采用減隔震方案2時,支座發(fā)生輕微損傷的地震風險概率13.26%,發(fā)生中等損傷的地震風險概率8.09%,發(fā)生嚴重破壞的地震風險概率5.04%,發(fā)生完全破壞的地震風險概率1.38%,方案2在4種損傷狀態(tài)下的地震風險概率相比其他方案都大,方案2不合理。對于減隔震方案3～5,各方案支座發(fā)生輕微損傷的地震風險概率分別為4.11%、3.6%、2.24%,各方案發(fā)生中等損傷的地震風險概率分別為2.66%、2.16%、1.33%,各方案發(fā)生嚴重損傷的地震風險概率分別為1.77%、1.33%、0.81%,各方案發(fā)生完全破壞的地震風險概率分別為0.58%、0.36%、0.21%。相比4種減隔震方案,減隔震支座+榫形金屬減震耗能裝置+防落梁方案使支座構件在縱向地震作用下的地震風險最低,相比減隔震方案2,方案5使地震風險降低了65%～85%。

由圖11(c)、11(d)、12(c)、12(d)可知,橫向+豎向地震作用下各減隔震方案計算結果的規(guī)律與縱向+豎向結果類似,這里不再詳細論述。

圖13和圖14分別給出了20 m和30 m墩高典型高速鐵路簡支梁橋,各減隔震方案下風險累計柱狀圖,分析結果表明:1)在縱向+豎向地震作用下,對于20 m墩高簡支梁,其減隔震方案3～5對應的橋墩構件風險概率在6%～8%之間,3種方案差異不明顯,但減隔震方案5條件下支座構件的地震風險概率相比其他方案最低;對于30 m墩高簡支梁,其在減隔震方案5條件下,橋墩和支座構件的地震風險概率相比其他方案更低,更具優(yōu)勢。2)在橫向+豎向地震作用下,20 m和30 m墩高簡支梁橋,其橋墩構件在方案5下地震風險概率最低,控制在2%左右,而支座構件在方案4和方案5時地震風險概率較低,優(yōu)于其他方案。

圖13 地震作用下20 m墩高簡支梁橋關鍵構件各減隔震方案對應的風險累計柱狀圖

圖14 地震作用下30 m墩高簡支梁橋關鍵構件各減隔震方案對應的風險累計柱狀圖

綜上所述,在綜合考慮地震危險性和橋梁結構地震易損性基礎上,通過對5種減隔震方案條件下典型10、20、30 m墩32 m簡支梁橋墩、支座構件在縱+豎向、橫+豎向地震作用下橋梁關鍵構件地震風險概率進行分析表明:減隔震方案5(雙曲面減隔震支座+榫形金屬減震耗能裝置+鋼防落梁)可以有效提高橋梁抗震性能,耗散地震能量,減少樁基地震力,同時可以有效限制主梁位移,防止發(fā)生落梁震害,方案5條件下橋梁各關鍵構件的地震風險最低,推薦減隔震方案5作為10～30 m墩高32 m簡支梁橋在九度地震區(qū)的減隔震方案(圖15)。

圖15 減隔震體系空間布置示意圖

3 結 論

1)建立了一種基于地震風險評估的鐵路橋梁抗震分析方法,提出了不同地震水準等級對應的地震危險性貢獻率計算方法,將傳統(tǒng)風險分析方法中復雜積分求解轉化為了簡單、便捷的求解方法,便于工程應用,實現(xiàn)了橋梁結構地震風險及抗震性能評估。并利用MATLAB軟件GUI編程方法編寫了鐵路橋梁地震風險評估分析軟件,實現(xiàn)了鐵路橋梁抗震性能的高效、快速評估。

2)對5種減隔震方案下九度地震區(qū)典型高速鐵路32 m簡支梁橋各關鍵構件地震風險分析表明:減隔震方案5(減隔震支座+榫形金屬減震耗能裝置+鋼防落梁)條件下橋梁各關鍵構件的地震風險最低,橋墩構件發(fā)生輕微、中等、嚴重和完全損傷的地震風險概率分別為5.9%、4.7%、1.01%、0.15%,支座構件發(fā)生輕微、中等、嚴重和完全損傷的地震風險概率分別為2.24%、1.33%、0.81%、0.21%。

3)減隔震方案5可以提高橋墩抗震性能,耗散地震能量,減少樁基地震力,同時可以有效限制主梁位移,防止發(fā)生落梁震害。因此推薦減隔震方案5作為典型高速鐵路32 m簡支梁橋在九度地震區(qū)的減隔震方案。