本课题以我国近海在役桥梁全寿命周期内面临的耐久性损伤及地震安全问题为背景，以RC桥梁为研究对象，通过近海腐蚀环境的模拟，考虑混凝土碳化与氯离子侵蚀的耦合作用，分析桥梁时变耐久性损伤对其抗震性能的影响，提取定量表征近海RC桥梁抗震性能演化的序参量，研究服役年限及近海环境作用与宏观抗震性能的逻辑关联，分析近海在役RC桥梁的时变地震易损性。创新点主要在于建立近海桥梁耐久性损伤RC材料力学性能时变模型；确定近海在役桥梁耐久性损伤分析边界条件，研究近海桥梁全寿命周期内抗震性能演化过程及时变规律；建立全寿命周期内近海RC桥梁在主余震及多次地震作用下的时变地震易损性模型。最后以某在役近海长联RC桥梁为例，根据服役年限及耐久性损伤，构造主余震及多次地震序列，研究不同服役阶段桥梁时变地震易损性及其鲁棒性的强弱，从而为全寿命周期内近海在役桥梁地震风险评估提供理论依据。

随着我国经济快速发展，近海交通运输建设规模不断扩大，近海桥梁数量不断增多。对于近海桥梁，全寿命周期内更为突出的问题是其处于海腐蚀环境的同时又在地震多发带。本课题以我国近海在役桥梁全寿命周期内面临的耐久性损伤及地震安全问题为背景，以钢筋混凝土桥梁为对象，研究了近海耐久性损伤桥梁时变易损性。本项目基于不同荷载模式下锈蚀钢筋力学性能试验，分析了单调拉伸荷载、低周反复荷载作用下锈蚀钢筋的力学性能，对锈蚀钢筋力学性能在不同荷载模式下退化程度进行了对比研究，并给出了锈蚀钢筋力学性能退化计算模型。通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验，得到各试件应力应变曲线及骨架曲线，考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应，从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件力学性能的影响，并给出了碳化混凝土力学性能退化计算模型。建立近海桥梁精细化有限元模型，通过的锈蚀钢筋混凝土桥墩试件抗震性能试验验证有限元模型的有效性，分析了不同服役期内桥墩抗震性能的演化过程。考虑混凝土碳化与氯离子侵蚀的耦合作用，通过模拟近海腐蚀环境，进行了近海环境下钢筋混凝土材料力学性能的退化过程的时变性分析。确定近海在役桥梁耐久性损伤分析边界条件，考虑桥梁全寿命周期内地震作用的时变性，采用时变地震易损性分析方法研究了近海桥梁全寿命周期内抗震性能演化过程及时变规律。建立了全寿命周期内近海RC桥梁在主余震及多次地震作用下的时变地震易损性模型，根据服役年限及耐久性损伤，构造主余震及多次地震序列，研究不同服役阶段桥梁时变地震易损性。基于理论易损性、可靠度理论以及构件的概念移除法提出了一种适用于全寿命周期内算例桥型的抗倒塌分析方法, 并进行了基于时变易损性的近海桥梁主余震作用下的鲁棒性分析,从而为全寿命周期内近海在役桥梁地震风险评估提供理论依据。 2100433B

桥梁地震易损性模型作为交通系统地震风险评估中的关键环节，对于桥梁抗震加固修复决策及震后紧急响应评估具有重要指导意义。鉴于既有桥梁地震易损性研究不足，采用经验统计和数值模拟相结合的方法，建立更加完善和精确的典型公路桥梁地震易损性模型：通过大量的汶川地震桥梁震害调研资料分析，建立典型公路桥梁分类准则，基于实测地震数据和地震动衰减模型提出地震动强度混合预测方法，采用贝叶斯统计方法建立典型公路桥梁经验型地震易损性模型；建立考虑边界效应及瞬态动力效应的典型桥梁样本基准有限元模型，评估界定多重破坏模式下构件极限状态及其概率特征，应用多维概率性地震需求分析方法，建立典型公路桥梁分析型地震易损性模型；开展桥梁参数敏感性分析，提出基于修正系数的典型公路桥梁易损性简化计算方法。研究成果将进一步揭示桥梁动力学行为和地震响应机理，提升典型公路桥梁易损性分析的精度和效率，为后续桥梁抗震评估及加固决策提供参考和依据。

桥梁地震易损性模型作为交通系统地震风险评估中的关键环节，对于桥梁抗震加固修复决策及震后紧急响应评估具有重要指导意义。针对既有桥梁地震易损性研究不足，采用经验统计和数值模拟相结合的方法，建立更加完善和精确的典型公路桥梁地震易损性模型。主要研究工作及结论如下： (1) 基于汶川地区典型公路桥梁调研资料，依据不同上部结构支承形式、墩柱形式和设计规范，将公路规则梁桥细化为8种桥型并开展模型参数化研究，针对每种桥型分别建构桥梁样本作为各类桥型代表，基于OpenSees建立桥梁样本的非线性动力有限元模型，运用增量动力分析方法，分析得到各类桥梁的全桥系统地震易损性模型。基于计算得到的地震易损性模型参数，拟合提出适用我国公路规则梁桥的中位值简化计算公式，并给出对数标准差建议值。 (2) 进一步进行斜交角度变换建构新的桥梁样本，对相同斜交角下桥梁样本进行分析并建立易损性模型，重点研究斜交角与易损性参数之间的关系。研究发现：易损性模型中位值大致随斜交角的增加而减小，对数标准差则呈相反趋势。以计算得到的易损性模型参数为样本，拟合提出适用我国斜交梁桥的中位值修正系数公式，并给出对数标准差建议值。研究表明：提出的简化计算方法具有较高的准确性，结果可为后续桥梁地震风险评估及加固规范修订提供参考依据。 (3) 在充分考虑结构和材料等桥梁参数不确定性基础上，基于Plackett -Burman 设计方法生成一系列桥梁样本。比较输入参数对地震响应的贡献，刷选出影响桥梁地震响应的显著性参数；进一步针对显著性参数进行中心复合设计，基于非线性时程分析建立桥梁各构件在不同的地震动强度下的响应面模型，采用蒙特卡罗抽样方法计算得到桥梁构件的易损性曲线。结果表明：生成的响应面方程可以高效地替代复杂的非线性时程分析，提高了地震易损性分析的计算效率，具有较好的工程应用价值。 (4) 采用基于多样条分析思想的估计方法、蒙特卡洛抽样的频率点回归方法以及二维概率密度函数积分的频率点回归方法，分别建立了近远场地震动激励下桥梁墩柱地震易损性模型。研究结果表明：在相同地震动强度作用下，墩柱在近断层地震动作用下发生完全破坏的概率较高，墩柱在远场地震动作用下发生其余三种损伤的概率较高；在同时考虑延性系数和残余变形两个损伤指标时，墩柱易损性中位值与单一损伤指标相比有较大幅度的减小，研究表明该方案可以更为准确地评估墩柱的地震风险。 2100433B

自十一五以来，我国公路特别是高速公路的建设重心已向中西部山区倾斜，为此需建设大批山区桥梁。山区桥梁的特点是桥址谷深、墩高且墩间刚度变化大，对于这类极其特殊的桥梁，我国现有的抗震设计规范无法涵盖，而对于山区公路，由于没有完善的路网，地震后桥梁保通以抢救生命财产，相比平原区更为迫切，为解决这一难题，本项目将基于性能的抗震设计思想，从时变易损性角度研究山区桥梁的合理抗震体系，建立概率性的精细化动力分析模型，揭示山区高墩结构布置参数之间的耦合因素对易损性的影响规律，提出高墩结构损伤指标的计算方法，建立桥梁非线性动力易损性曲线，构建山区桥梁地震时变易损性分析方法；深入研究山区桥梁的传力路径和抗震单元受力特点，引入蒙特卡罗优化理论，以构件和系统易损性指标来优化和衡量山区桥梁的合理抗震体系，由此提出桥梁的抗震优化布局。上述科学问题的解决，将为指导山区桥梁的抗震设计、评估已建桥梁的抗震性能奠定坚实的基础