鄭宇倩，王 瑩

（東南大學(xué) 江蘇省工程力學(xué)分析重點實驗室，南京 210096）

大跨斜拉橋作為交通運輸?shù)臉屑~工程，一旦在地震中遭遇破壞，勢必造成巨大的經(jīng)濟損失，給抗震救災(zāi)及災(zāi)后重建帶來巨大影響，因此，對其抗震性能的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

大跨斜拉橋服役期間，車輛交變荷載和環(huán)境變溫[1]等日常服役荷載的耦合作用以及臺風(fēng)、地震等突發(fā)性荷載作用會引起結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷，隨著服役時間增長，損傷不斷累積，嚴重削弱其承載能力，造成其使用功能的衰退，尤其對地震荷載而言，其具有強度大、隨機性強、時間短的顯著特征。公路橋梁抗震設(shè)計細則（JTG/TB02-01—2008）[2]明確要求抗震設(shè)防烈度6度及以上地區(qū)的公路橋梁，必須進行抗震設(shè)計。常規(guī)的抗震設(shè)計只針對設(shè)計時的完好結(jié)構(gòu)，尚未考慮服役期間的損傷累積所導(dǎo)致的性能劣化，而材料的性能劣化將不可避免地影響到結(jié)構(gòu)不同服役期的抗震性能，使得面向完好結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計與服役期內(nèi)實際結(jié)構(gòu)真實的性能存在一定的偏差，這樣的偏差對于設(shè)計精度較高的橋梁結(jié)構(gòu)的影響是不可忽視的。

對于突發(fā)性的地震載荷，許多學(xué)者致力于地震損傷模型建立和損傷指標(biāo)量化的研究。王振宇[3]和沈祖炎[4]等基于各類地震損傷模型，從材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)等3個層次對國內(nèi)外結(jié)構(gòu)地震損傷評估的研究成果進行了系統(tǒng)總結(jié)和綜合評述；陸本燕等[5]以鋼筋混凝土橋墩為研究對象，對8個典型的地震損傷模型進行了對比分析，結(jié)果表明Park&Ang模型與試驗符合較好，劉伯權(quán)模型考慮了低周疲勞效應(yīng)，其概念簡單、應(yīng)用方便；孫穎等[6]以墩頂漂移率作為設(shè)計參數(shù)，通過對大量試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，給出了與各級不同性能水準(zhǔn)相對應(yīng)的抗震性能指標(biāo)，供基于性能的抗震設(shè)計采用；Kim T H等[7]利用非線性有限單元對鋼筋混凝土橋墩地震損傷進行了評估。上述的研究工作均面向設(shè)計時初始材料的力學(xué)性能以及初始構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的形態(tài)，并未考慮到結(jié)構(gòu)在整個服役過程中疲勞損傷的累積所導(dǎo)致的性能劣化對結(jié)構(gòu)地震抗力的影響。

本文針對上述理論研究的不足，以潤揚長江大橋北汊斜拉橋為研究對象，對結(jié)構(gòu)的疲勞損傷時變特性進行研究，基于動力彈塑性時程分析法獲得了結(jié)構(gòu)在不同服役年限時遭遇地震的響應(yīng)，并根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)性能對照標(biāo)準(zhǔn)和地震損傷模型，研究了該橋的地震時變損傷特性，評估了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1 大跨鋼橋地震損傷時變特性研究

本文采用的考慮損傷時變特性的大跨鋼橋抗震性能分析的技術(shù)路線如圖1所示。首先，將橋梁上的車輛交變荷載和環(huán)境變溫荷載以等效的方式施加于結(jié)構(gòu)的精細有限元模型，得到疲勞關(guān)鍵部位的應(yīng)力時程曲線，基于雨流計數(shù)法和非線性連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)（Continuum Damage Mechanics-CDM）模型，得到結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷值。然后，考慮材料力學(xué)性能的時變性對疲勞損傷累積的影響，通過修正材料的力學(xué)參數(shù)來反映其對結(jié)構(gòu)累積損傷的影響。最后，在不同服役期的結(jié)構(gòu)時變模型上，施加選取的典型地震波，運用動力彈塑性時程分析法獲得多遇和罕遇地震下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)；基于地震損傷模型，獲得服役期內(nèi)地震損傷時變規(guī)律，根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷值與抗震設(shè)防要求的對應(yīng)關(guān)系，對比了時變特性和時不變結(jié)構(gòu)的損傷值，分析時變特性產(chǎn)生的原因，評估材料損傷時變特性對于結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計準(zhǔn)確性的影響。

圖1 考慮損傷時變特性的大跨鋼橋抗震分析的技術(shù)路線

1.1 大跨鋼橋的疲勞損傷分析

日常運營環(huán)境下，大跨鋼橋的疲勞損傷主要由車輛載荷和環(huán)境變溫共同引起，兩者均具有較強的隨機性。車輛載荷的獲得方法有兩種：一是在交通流狀態(tài)調(diào)查統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，利用基于疲勞損傷等效原理的標(biāo)準(zhǔn)疲勞車模型；二是基于Monte-Carlo隨機模擬交通載荷譜[1]。而環(huán)境變溫引起的應(yīng)力時程，通常借助于熱力學(xué)參數(shù)已知條件下的有限元數(shù)值模擬。將上述的兩種荷載施加于結(jié)構(gòu)的精細有限元模型，然后通過雨流計數(shù)并依據(jù)CDM累積損傷模型，即可獲得結(jié)構(gòu)在服役期間的累積疲勞損傷值[1]。

1.2 CDM累積損傷模型

傳統(tǒng)的橋梁疲勞損傷分析是基于S-N曲線和Palmgren-Miner線性累積損傷準(zhǔn)則進行的，這種方法因為形式簡單便于理解，被廣泛地應(yīng)用于工程實踐中，但是線性的損傷累積準(zhǔn)則往往不能準(zhǔn)確展現(xiàn)真實的損傷累積過程。所以在近20年里，國內(nèi)外的學(xué)者致力于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)的研究，為疲勞損傷分析提供了新的研究思路和分析方法，其中連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)（Continuum Damage Mechanics -CDM）模型[8-9]是適合于大跨鋼橋構(gòu)件疲勞損傷累積計算的疲勞損傷模型。

CDM模型為高周疲勞損傷模型，該模型認為在役橋梁結(jié)構(gòu)局部的疲勞損傷是一個非線性的累積過程，橋梁結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的隨機載荷作用下單軸應(yīng)力狀態(tài)下高周疲勞損傷演化方程為：

式中：α、β、B為材料常數(shù)；符號<σ>為McCauley括號算子；σf為疲勞應(yīng)力門檻值；σ、和σ*分別為應(yīng)力幅、平均應(yīng)力和有效應(yīng)力。

對于海量的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力時程數(shù)據(jù)，可建立代表絕大部分應(yīng)力時程的“標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)塊”，通過對其中應(yīng)力時程的積分并不斷重復(fù)“標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)塊”來模擬橋梁實際發(fā)生的應(yīng)力循環(huán)所引起的疲勞損傷累積。對標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)塊引起的累積疲勞損傷率進行不斷積分，可得到“標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)塊”反復(fù)作用下結(jié)構(gòu)的疲勞損傷累積值，如式（2）所示。

式中：mrb為標(biāo)準(zhǔn)塊中應(yīng)力幅值大于疲勞應(yīng)力門檻值的應(yīng)力循環(huán)數(shù)；Nbi為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)塊的數(shù)目；Δσi為應(yīng)力幅值；σmi為平均應(yīng)力；D為損傷值。

1.3 考慮損傷累積的鋼橋時變特性

國內(nèi)外學(xué)者雖然對橋梁構(gòu)件的損傷機理及累積過程做了深入分析和研究，但無論從結(jié)構(gòu)還是構(gòu)件角度，對其力學(xué)性能及其時變性的研究尚未建立起合理的分析模型。

經(jīng)典CDM認為彈性模量E是用來表征結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷累積的力學(xué)性能參數(shù)，其時變性會直接導(dǎo)致地震響應(yīng)的時變性，不可避免對結(jié)構(gòu)抗震能力產(chǎn)生影響。為此，本文引入Lemaitre[10]應(yīng)變等價原理來考察服役過程中橋梁力學(xué)性能的時變特征。這一原理認為：應(yīng)力σ作用在損傷構(gòu)件上引起的應(yīng)變與有效應(yīng)力σt作用于無損構(gòu)件引起的應(yīng)變等價。根據(jù)這一原理，受損材料的本構(gòu)關(guān)系可通過無損材料的名義應(yīng)力得到，即：

式中：E為材料在初始狀態(tài)下的彈性模量，為未損傷時的模量；Et為t時刻受損材料的實際彈性模量，稱為有效彈性模量；D（t）為服役t時刻材料的損傷。通過修正服役過程中材料的彈性模量來反映損傷導(dǎo)致的力學(xué)性能的劣化。

1.4 地震損傷模型

橋墩位移角不僅是橋梁地震變形中的重要控制參數(shù)，也是基于首次被超越準(zhǔn)則的地震損傷模型的重要指標(biāo)，可用來描述斜拉橋在地震作用下的損傷狀態(tài)。

較多的學(xué)者對橋梁結(jié)構(gòu)中最易遭受地震破壞的橋墩的損傷狀態(tài)進行評估，并根據(jù)橋梁的破壞特點和抗震性能設(shè)計的需要，將橋梁抗震性能水平劃分為完好無損、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞及倒塌5個性能水平。基于上述性能水準(zhǔn)的劃分，本文采用的斜拉橋損傷狀態(tài)的描述如表1所示[6]。

表1 橋梁結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的劃分

對于上述5個等級的損傷表述，不少學(xué)者提出了與上述定性的損傷描述所對應(yīng)的定量的損傷值范圍。采用孫穎[6]提出的以墩頂漂移率作為設(shè)計參數(shù)的地震損傷評估模型作為本文的損傷狀態(tài)評估模型，如式（4）所示。

式中：Δ為橋梁墩頂響應(yīng)最大地震反應(yīng)位移；H為墩柱墩高；D為墩頂漂移率，作為橋梁的地震損傷值。

此模型能夠與結(jié)構(gòu)損傷等級和地震設(shè)防水準(zhǔn)直接聯(lián)系，能直觀評價結(jié)構(gòu)的抗震性能是否達到相應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

2 潤揚斜拉橋的疲勞損傷時變規(guī)律

2.1 工程概況

潤揚斜拉橋是連接鎮(zhèn)江、揚州的潤揚長江公路大橋的重要組成部分，為175.4 m+406 m+175.4 m的三跨連續(xù)箱梁橋。主梁采用全焊扁平流線型封閉鋼箱梁，其上翼緣為正交異性板結(jié)構(gòu)，采用Q345D鋼材，鋼箱梁高3 m（中心線處），寬37.4 m。橋面總寬35.4 m，按雙向六車道布置。索塔采用空間索面花瓶型混凝土塔柱，橋面以上呈倒Y型，下塔柱呈V型，高約145 m，塔柱采用箱型斷面，采用C50混凝土，橋塔長細比很大，是典型的高聳結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期為100年，抗震設(shè)防類別為A，抗震設(shè)防烈度為7度。

根據(jù)設(shè)計圖紙建立具有良好準(zhǔn)確性和可靠性的三維有限元模型，如圖2所示。此模型經(jīng)過簡化并參數(shù)修正，動力特性與實測值吻合較好[11]，為本文的地震損傷分析提供了準(zhǔn)確的前提條件。

圖2 潤揚斜拉橋有限元模型

2.2 潤揚斜拉橋疲勞損傷的累積規(guī)律

在交通狀態(tài)調(diào)查統(tǒng)計的基礎(chǔ)上利用基于疲勞損傷等效原理的標(biāo)準(zhǔn)疲勞車模型作為車輛荷載，并基于橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的溫度傳感器所測得的溫度模擬環(huán)境變溫，施加于上述有限元模型，可獲得兩種荷載共同作用時鋼箱梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。針對橋面板跨中疲勞關(guān)鍵位置，基于CDM的高周疲勞損傷模型考察了兩種荷載共同作用下的結(jié)構(gòu)疲勞損傷累積規(guī)律，最終獲得潤揚斜拉橋的累積疲勞損傷如圖3所示。

圖3 潤揚斜拉橋疲勞損傷累積

對上述累積疲勞損傷值進行5階GAUSS擬合，得到的擬合函數(shù)如式（5）。

問卷調(diào)查盡量以隨機抽樣為主，所以調(diào)查時采用簡單隨機抽樣來計算大學(xué)生群體的樣本量，其計算公式為，其中：為總體總量；為一定置信水平下對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)臨界值；為抽樣概率；為抽樣極限誤差.

修改結(jié)構(gòu)的彈性模量，來反映結(jié)構(gòu)在某服役時刻的損傷程度。根據(jù)式（3）和式（5）得到材料的有效彈性模量為：

式中：E（t）為某時刻材料損傷模量，稱為有效彈性模量；E為材料在初始狀態(tài)下的彈性模量；D（t）為服役t時刻材料的損傷。

由式（6）可得到的斜拉橋材料損傷時變規(guī)律，如圖4所示。

圖4 潤揚斜拉橋材料損傷時變規(guī)律

表2提供了潤揚斜拉橋服役150年內(nèi)，每隔10年的材料彈性模量的值。通過選取服役期150年內(nèi)每隔10年的時變參數(shù)值輸入潤揚斜拉橋有限元模型，控制地震波的輸入，采用動力彈塑性時程分析法計算結(jié)構(gòu)的時變響應(yīng)，即可獲得不同服役期的地震損傷值。

3 多遇地震作用下潤揚斜拉橋地震損傷時變性能分析

多遇地震作用下，地震動的強度不大，結(jié)構(gòu)的主要承載部分處于彈性變形階段，一般不會發(fā)生較為嚴重的災(zāi)難事故，“小震不壞”是橋梁結(jié)構(gòu)在多遇地震下的抗震設(shè)防目標(biāo)。

表2 潤揚斜拉橋模型材料損傷彈模時變特性

根據(jù)抗震規(guī)范選取加速度時程峰值，選取EI Centro Site地震波、Taft Lincoln School地震波和San Fernando地震波作為本文地震分析的地震波。調(diào)整根據(jù)所選地震波的加速度峰值，研究結(jié)構(gòu)遭遇多遇地震時的損傷和抗震性能的時變效應(yīng)。根據(jù)前文中的材料在不同年限下的彈性模量的時變規(guī)律，選取服役150年內(nèi)每隔10年的彈性模量值輸入精細的有限元模型，控制地震波的輸入，實現(xiàn)多遇地震的模擬，得到考慮材料時變特性的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。根據(jù)相應(yīng)的地震損傷模型求得結(jié)構(gòu)時變損傷值，并與設(shè)計條件下結(jié)構(gòu)的損傷設(shè)計值進行對比。

采用動力彈塑性時程分析法所獲得地震作用下的潤揚斜拉橋各橋墩的最大位移值。從結(jié)果看出，無論是橫橋向還是順橋向，各橋墩頂部的水平位移值的差異很小，差值均在1 mm以下，可認為任意橋墩的位移值均可作為結(jié)構(gòu)時變損傷值的動力響應(yīng)指標(biāo)。將不同年限的橋墩位移值入式（4），計算結(jié)構(gòu)的時變損傷值并判定結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)，將其與不考慮時變效應(yīng)的設(shè)計值比較，判別是否滿足相應(yīng)的設(shè)防要求。

圖5 7級El-Centro地震波下橋墩位移時程圖

通過施加不同方向地震波，利用時程分析法可以得到橋墩頂部順橋向和橫橋向最大水平位移，本文取橫橋向和順橋向的位移值系數(shù)0.8和0.6將橫橋向和順橋向最大位移進行組合，得到橋墩頂部總的最大位移值，并將每10年的最大位移值輸入式（4）中得到地震時變損傷值。圖6給出了潤揚斜拉橋在各服役期內(nèi)突遭7級的EI Centro Site地震波、Taft Lincoln School地震波和San Fernando地震波，采用上述的橋梁地震損傷模型得到的地震時變損傷值。

從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，潤揚斜拉橋的地震損傷值總體上隨服役期的增長而逐漸增加，即橋梁的抗震性能隨著橋梁疲勞損傷累積而不斷劣化。7級的EI Centro Site地震波作用下的結(jié)構(gòu)地震損傷值明顯大于同級的Taft Lincoln School地震波和San Fernando地震波的，主要原因可能是由于前者接近地震時程加速度峰值的時間點多于后者。

圖6（a）是7級EI Centro Site地震波作用下的潤揚斜拉橋地震損傷時變值?？梢钥闯?，損傷值呈現(xiàn)顯著的時變特性，服役0～110年，損傷值總體上呈線性上升，主要是由于結(jié)構(gòu)主體處于彈性階段；結(jié)構(gòu)服役120～150年時損傷值也呈上升趨勢，但增長速率明顯隨時間激增，第150年時的損傷值相較于設(shè)計值增長40%以上。在剛通車時，潤揚斜拉橋若遭遇該地震波的破壞情況為中等破壞，而在150年時結(jié)構(gòu)的破壞接近嚴重破壞。總體而言，潤揚斜拉橋在7級EI Centro Site地震波作用下結(jié)構(gòu)的地震損傷情況與結(jié)構(gòu)疲勞損傷累積及結(jié)構(gòu)性能劣化的規(guī)律有明顯的一致性。

圖6 多遇地震作用下結(jié)構(gòu)時變損傷值

圖6（b）是7級Taft Lincoln School地震波作用下的潤揚斜拉橋地震損傷時變值?？梢钥闯?，損傷值變化不大但基本呈上升趨勢，不過呈現(xiàn)的趨勢并不明顯，這與EI Centro Site地震波并不相同，可能是因為Taft Lincdn School波的振動模式與EL Centro Site波不同而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的振型發(fā)生變化。橋梁在Taft Lincoln School地震波下的破壞情況為輕微破壞。

圖6（c）是7級San Fernando地震波作用下的潤揚斜拉橋地震損傷時變值?？梢钥闯?，損傷值也呈現(xiàn)出顯著的時變特性，在服役期內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷值總體上呈線性上升，第150年時的損傷值相較于設(shè)計值增長了30%左右。但該工況下，在服役150年時結(jié)構(gòu)的破壞情況仍處于輕微破壞，這主要是因為San Fernando地震波達到時程加速度峰值的時間點很少，而且其他時間點的加速度值均明顯小于加速度峰值。

從上述分析可以看出，潤揚斜拉橋在各個地震波作用下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和破壞情況略有不同。隨著材料性能的不斷劣化，地震損傷不斷加劇，服役期間的時變地震損傷值均大于設(shè)計損傷值，其中服役150年后在7級EI Centro Site波作用下地震損傷值相較于設(shè)計值甚至增長40%以上。不過在各個服役期時潤揚斜拉橋在各個地震波作用下結(jié)構(gòu)均不會發(fā)生倒塌。

4 罕遇地震作用下潤揚斜拉橋的地震損傷時變性能分析

根據(jù)抗震規(guī)范規(guī)定，調(diào)整各地震波的加速度時程峰值，采用與上述多遇地震相同的方法研究罕遇地震作用下潤揚斜拉橋的地震損傷時變性能。

圖7給出了不同服役時間點（服役第0年、50年、100年和150年)遭遇9級El Centro Site地震波時，潤揚斜拉橋橫橋向和縱橋向的位移時程曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，El Centro Site波下結(jié)構(gòu)在服役0年、50年和100年振動形態(tài)穩(wěn)定，可見在50年和100年時刻時，雖然材料力學(xué)性能發(fā)生一定程度的劣化，但結(jié)構(gòu)的振型沒有改變，并且根據(jù)式（4）可得出在該工況下，結(jié)構(gòu)處于嚴重破壞的狀態(tài)，但并沒有發(fā)展到倒塌的破壞程度。而在150年時，結(jié)構(gòu)在地震作用下已經(jīng)進入塑性，結(jié)構(gòu)的振動形態(tài)相比之前發(fā)生變化，且在這個工況下，結(jié)構(gòu)很有可能會發(fā)生倒塌。

圖7 9級El-Centro地震波下橋墩位移時程圖

與第4節(jié)中多遇地震作用下一樣，取橫橋向和順橋向的位移系數(shù)為0.8和0.6進行組合，得到罕遇地震作用下的橋墩頂部總的最大位移值，將每10年的最大位移值輸入式（4）得到地震時變損傷值。圖8給出了潤揚斜拉橋在各服役期內(nèi)突遭9級的EI Centro Site地震波、Taft Lincoln School地震波和San Fernando地震波，采用上述損傷狀態(tài)的評估模型得到的地震時變損傷值。

圖8 罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)時變損傷值

從圖8中可以發(fā)現(xiàn)，與多遇地震作用下不同，潤揚斜拉橋的地震損傷值的趨勢并非總是呈現(xiàn)出上升趨勢，即橋梁的抗震性能隨著橋梁疲勞損傷累積的一致性并不明顯，可能是由于局部構(gòu)件隨服役期的增長而逐漸進入塑性階段。與多遇地震作用相同的是，9級EI Centro Site地震波作用下的結(jié)構(gòu)地震損傷值明顯大于相同等級Taft Lincoln School地震波和San Fernando地震波作用下的損傷值。

圖8(a)是9級EI Centro Site地震波作用下的時變損傷值?？梢钥闯?，損傷值呈現(xiàn)較為明顯的時變特性，損傷值總體上呈線性上升，第150年時的損傷值相較于設(shè)計值增長了30%以上。在剛通車時，潤揚斜拉橋若遭遇該地震波還未達到倒塌破壞的程度，而在110年后的結(jié)構(gòu)地震損傷值超過了表1中結(jié)構(gòu)倒塌的抗震指標(biāo)限值2.65%，表明若橋梁遭遇該工況的地震波，可能會發(fā)生倒塌?？傮w而言，潤揚斜拉橋在EI Centro Site地震波作用下結(jié)構(gòu)的地震損傷情況與結(jié)構(gòu)疲勞損傷累積及結(jié)構(gòu)的性能劣化規(guī)律基本一致。

圖8（b）是Taft Lincoln School地震波作用下的潤揚斜拉橋地震損傷時變值?？梢钥闯?，損傷值變化不大但是幾乎沒有特定的規(guī)律性，這與EI Centro Site地震波和San Fernando地震波的情況并不相符，主要可能因為Taft Lincoln School波的振動模式與EL Centro Site波和San Fernando波不同而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的振型發(fā)生變化，或者因為各個構(gòu)件強度不同，導(dǎo)致在各服役期內(nèi)某些強度低的構(gòu)件發(fā)生塑性變形，使得在地震載荷作用下的受力分配情況發(fā)生改變。在各服役期內(nèi)，潤揚斜拉橋在Taft Lincoln School地震波作用下的破壞情況為嚴重破壞，但其損傷值離發(fā)生倒塌事故還相差甚遠。

圖8（c）是San Fernando地震波作用下的潤揚斜拉橋地震損傷時變值。可以看出，損傷值呈現(xiàn)出顯著的時變特性，在服役期內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷值呈線性上升。第150年時的損傷值相較于設(shè)計值增長了30%左右。但該工況下，在服役150年時結(jié)構(gòu)處于中等破壞，這主要是因為San Fernando地震波達到時程加速度峰值的時間點很少，而且其他時間點的加速度值均明顯小于加速度峰值，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在該工況下的損傷值明顯小于上述兩種地震波。

上述分析可以看出，潤揚斜拉橋在各個地震波作用下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和破壞情況雖然有明顯的不同，但由于材料性能的不斷劣化，結(jié)構(gòu)的地震損傷情況基本上不斷加劇，而且有發(fā)生倒塌事故的可能。

5 結(jié)論

本文面向橋梁抗震性能分析，研究了其疲勞損傷時變特性，基于動力彈塑性時程分析法獲得結(jié)構(gòu)在不同服役年限時遭遇多遇和罕遇地震時的響應(yīng)，依據(jù)橋梁性能對照標(biāo)準(zhǔn)和地震損傷模型，研究了橋梁抗震性能的時變特性。以潤揚長江大橋北汊斜拉橋為研究對象，獲得了如下主要結(jié)論：

（1）考慮材料的性能劣化和損傷的時變特征，可以更為準(zhǔn)確地分析和評估大跨橋梁在地震荷載作用下的抗震性能。

（2）多遇地震作用下潤揚斜拉橋在服役前期，各構(gòu)件仍處于彈性狀態(tài)，振動形態(tài)穩(wěn)定，而在服役后期，局部構(gòu)件進入塑性，結(jié)構(gòu)的振動形態(tài)相比之前發(fā)生變化，不過，在各服役期內(nèi)潤揚斜拉橋在各個地震波作用下結(jié)構(gòu)均不會發(fā)生倒塌。

（3）罕遇地震作用下潤揚斜拉橋在服役前期的振動形態(tài)仍較為穩(wěn)定，未達到倒塌的破壞程度。而在服役后期，結(jié)構(gòu)在地震作用下已經(jīng)進入塑性，振動形態(tài)相比之前發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)很有可能會發(fā)生倒塌。

總而言之，進行考慮損傷時變特性的橋梁抗震分析對于服役期長且重要的大跨橋梁而言是必要的甚至是不可或缺的。

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