信息化桥梁地震安全评估系统

论文摘要

交通路网作为生命线系统的重要组成部分,保障其具有必要的抗御地震灾害的能力一直是工程界和政府相关部门的一项重要的工作。近20年来,我国在地震减灾方面取得了很大的进展,特别是2000年国务院在国家的层次上提出了建立健全地震监测预报体系、地震灾害预防体系和地震紧急救援体系,代表了我国综合地震减灾的宏观策略。为了给政府部门宏观决策提供科学的依据,需要发展先进和完善的技术手段。在这样的背景下,本文开展了桥梁地震安全评估系统的研究工作,目的是为一个地区的桥梁提供地震安全管理的一个有效的技术支撑和管理手段。这样一种宏观策略涉及到很多部门、复杂的组织形式和技术手段。本文的主要研究工作如下:(1)将桥梁抗震的工程技术与信息技术结合,建立了桥梁地震安全评估系统的总体框架。包括管理桥梁抗震安全评估基本信息库设计;基于有限元技术的桥梁抗震安全评估模型、方法与参数;桥梁地震安全评估信息库;评估报告的生成等。在该框架下,桥梁的基本信息从设计阶段就开始保存,包括了施工和运营期间的信息。并且这些信息与有限元库相关联,可以实现自动数据更新。本文建立的框架,包含了信息存储、管理、评估方法、经济损失、评估报告等各个方面,功能完善、各部分关联紧密。(2)建立了一般阻尼桥梁结构在一致地震动激励下随机和反应谱计算方法。推导了振型位移、振型速度以及振型位移与振型速度耦合相应的相关系数的近似解析表达式。通过数值研究,指出对于一般的土木工程结构,只考虑振型位移项就可以达到满意的工程精度。(3)将一致地震激励下的一般阻尼结构地震响应计算的随机和反应谱计算方法推广到非一致激励情况。推导了可以考虑地震动空间相干损失和行波效应的随机和反应计算组合系数的近似解析表达公式,在保证计算精度的同时极大地提高了计算效率。本文还通过等效线性化方法将随机和反应谱方法应用于局部非线性地震反应的计算。(4)在本文方法的基础上此编制了桥梁在多点或一致地震动激励下反应的计算机程序SRAP。(5)建立了系统的桥梁结构地震损失的估算方法。对于桥梁的直接损失和人

论文目录

• 0 前言
• 0.1 背景
• 0.1.1 我国地震灾害环境
• 0.1.2 地震灾害的特点
• 0.1.3 政府的减灾对策
• 0.2 桥梁的地震灾害与教训
• 0.2.1 1989 年美国洛马﹒普里埃塔地震
• 0.2.2 1994 年美国北岭地震
• 0.2.3 1995 年日本神户地震
• 0.2.4 1999 年中国台湾集集地震
• 0.2.5 教训与行动
• 0.3 信息化桥梁地震灾害评估系统的研究概况
• 0.3.1 相关的减灾和灾害评估系统的研发
• 0.3.2 公路桥梁的减灾和灾害评估系统的研发
• 0.3.3 存在的问题和需要进一步完成的工作
• 0.4 本文工作
• 1 桥梁地震安全评估系统总体设计
• 1.1 设计与开发桥梁地震安全评估系统的目的
• 1.2 评估系统的总体结构
• 1.3 基本信息库设计
• 1.3.1 基本信息库的结构
• 1.3.2 基本信息
• 1.3.3 数据字典
• 1.4 桥梁地震安全评估模型、参数信息库
• 1.4.1 桥梁构件分类信息
• 1.4.2 桥梁构件模板信息
• 1.4.3 基于规范的桥梁动力分析模型库
• 1.4.4 基于一般有限元的桥梁动力分析模型
• 1.4.5 桥梁动力分析模型参数
• 1.5 桥梁地震安全评估信息库
• 1.5.1 桥梁地震反应计算方法信息
• 1.5.2 桥梁抗震能力信息
• 1.5.3 桥梁结构易损性信息
• 1.5.4 桥梁损伤状态和经济损失信息
• 1.6 评估结果的表现形式
• 1.6.1 评估报告的智能化生成规则
• 1.6.2 评估结果的形象表现方法
• 1.7 小结
• 2 桥梁地震反应的计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 一致地震动作用下一般阻尼桥梁结构的随机反应
• 2.3 非一致地震动作用下一般阻尼桥梁结构的随机反应
• 2.3.1 非一致地震动作用下结构的地震振动方程
• 2.3.2 非一致地震动作用下结构的随机反应
• 2.3.3 相关系数
• 2.3.4 算例
• 2.4 一般阻尼桥梁结构的地震反应谱方法
• 2.4.1 一致地震激励下一般阻尼体系的反应谱分析方法
• 2.4.2 非一致地震激励下一般阻尼体系的反应谱分析方法
• 2.5 桥梁结构局部非线性地震计算的谱方法
• 2.5.1 非线性本构模型
• 2.5.2 双线性本构模型的等效线性化
• 2.5.3 非线性粘滞阻尼的线性化方法
• 2.5.4 迭代算法
• 2.6 SRAP 程序
• 2.7 小结
• 3 桥梁结构的地震损伤状态
• 3.1 桥梁地震失效的概率描述方法
• 3.1.1 设定地震作用下结构的地震失效概率
• 3.1.2 设定基准期内结构的地震失效概率
• 3.1.3 桥梁结构的抗震设计准则
• 3.1.4 全局失效概率
• 3.2 地震动参数的概率模型
• 3.2.1 加速度的概率分布
• 3.2.2 反应谱的概率分布
• 3.2.3 地震动功率谱的概率分布
• 3.2.4 地震危险性分析曲线
• 3.3 桥梁地震抗力的概率模型
• 3.4 桥梁地震反应的概率模型
• 3.4.1 结构线性随机反应的概率特性
• 3.4.2 结构非线性随机反应的概率特性
• 3.5 桥梁结构地震易损性曲线
• 3.5.1 经验地震易损性曲线
• 3.5.2 理论地震易损性曲线
• 3.6 小结
• 4 桥梁地震经济损失的评估方法
• 4.1 桥梁地震经济损失
• 4.2 桥梁地震直接经济损失的估算方法
• 4.2.1 桥梁的维修或重建费用
• 4.2.2 车辆损失
• 4.2.3 人员伤亡赔偿损失
• 4.3 地震人员伤亡产生的社会经济损失
• 4.4 交通损失的估算方法
• 4.4.1 桥梁功能恢复期曲线
• 4.4.2 延迟时间
• 4.4.3 交通迟延损失计算的基本公式
• 4.4.4 参数 Qi的确定
• 4.5 关联产业的损失
• 4.6 小结
• 5 信息化桥梁地震安全评估系统的软件实现
• 5.1 软件系统开发环境和计算机语言
• 5.1.1 应用程序开发工具
• 5.1.2 数据库工具及访问技术
• 5.1.3 地理信息工具及结构设计
• 5.1.4 有限元模型显示界面开发
• 5.1.5 注释与错误处理
• 5.2 数据库的程序实现
• 5.3 评估方法的程序实现
• 5.3.1 抗震能力计算的程序实现
• 5.3.2 地震力需求计算的程序实现
• 5.3.3 桥梁抗震能力评估的程序实现
• 5.3.4 地震损失计算的程序实现
• 5.4 显示功能的程序实现
• 5.5 小结
• 6 评估系统的应用实例
• 6.1 桥梁的基本情况
• 6.1.1 三跨连续刚构桥
• 6.1.2 两跨单塔斜拉桥
• 6.1.3 两跨简支梁桥
• 6.2 桥梁抗震能力计算
• 6.2.1 三跨连续刚构桥
• 6.2.2 两跨单塔斜拉桥
• 6.2.3 两跨简支梁桥
• 6.3 桥梁地震需求计算
• 6.3.1 三跨连续刚构桥
• 6.3.2 两跨单塔斜拉桥
• 6.3.3 两跨简支梁桥
• 6.4 桥梁抗震状态评估
• 6.4.1 三跨连续刚构桥
• 6.4.2 三跨连续刚构桥
• 6.4.3 三跨连续刚构桥
• 6.5 桥梁地震损失计算
• 6.5.1 直接经济损失
• 6.5.2 间接经济损失
• 6.5.3 总经济损失
• 6.6 桥梁抗震状态评估结果表示
• 6.7 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文的主要工作和结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表或录用的论文目录
• 致谢