摘要：为了促进桥梁结构地震易损性分析在我国的发展和应用，详细论述了公路桥梁地震易损性分析方法在国内外的研究现状、存在的问题和发展方向。首先，对国内外常用的桥梁地震易损性分析方法进行分类，归纳了每种方法的适用性，总结了桥梁地震易损性研究在我国的发展历程和研究现状；其次，根据采用的参数估计方法的不同，将理论地震易损性函数分为四种类型，介绍了每种易损性函数的建立过程和优缺点。研究结果表明，易损性分析能很好地考虑桥梁抗震设计中存在的不确定性问题，对基于性能桥梁抗震设计的发展具有重要的意义。
关键词：桥梁工程；地震；易损性分析；不确定性；分析方法
1、桥梁地震易损性分析方法
最早的地震易损性分析可以追溯到20世纪70年代末，为了评估核电站基础设施在地震作用下的概率风险，当时首次采用概率分析方法对核设施的地震易损性进行了分析，该方法后来被推广到其它基础设施的概率地震风险评估中。直到20世纪80年代末90年代初，易损性分析才开始被用来衡量桥梁的地震损伤与地震动强度间的关系。根据分析数据的来源不同，既有的桥梁地震易损性析方法可分为4类：（1）基于专家意见的易损性分析；（2）基于震害调查的经验易损性分析；（3）基于数值模拟的理论易损性分析；（4）混合易损性分析。
1.1基于专家意见的易损性分析
基于专家意见的易损性分析，其分析数据是通过收集大量专家对桥梁在不同损伤状态的评估意见得到。美国应用技术协会20世界80年代中期发起了ATC-13计划，早期的ATC-13研究报告中易损性是以DPM的形式给出。然而，1991年发布的ATC-25研究报告中，破坏概率矩阵又被转化为连续形式的易损性曲线。这种方法依赖于专家意见的统计结果，在较强的主观性。专家意见的反馈率以及桥梁结构形式的分类都对分析结果影响很大，因此该方法的应用已径很少。
1.2基于震害调查的经验易损性分析
基于震害调查的经验易损性分析，其分析数据来源于同一地区桥梁历史震害调查数据和相应的地震动空间分布信息，主要适合于有较完整的震害调查数据和地震动记录数据的地区，如美国加州地区和中国西部地区。Basoz等人利用LomaPrieta地震以及Northridge地震中的桥梁震害数据对加州地区的桥梁，采用逻辑回归分析方法得到了相应的地震易损性曲线。陈力波等人基于汶川大地震中桥梁震害调查数据，利用极大似然方法对443座桥梁的破坏情况进行拟合，建立了整体样本和不同类型桥梁的易损性曲线。经验地震易损性分析方法直接基于地震灾区的桥梁破坏统计数据，分析过程简单明了，建立的地震易损性曲线对于其统计区域的桥梁来说有重大的实用价值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然而，一方面，世界上大部分地区仍缺乏历史震害统计或地震动空间分布信息；另一方面，单一类型的桥梁结构也往往会因为调查样本的不足而影响易损性分析结果的可靠性。因此该方法在使用和推广上也受到了一定的限制。
1.3基于数值模拟的理论易损性分析
基于数值模拟的理论易损性分析，其分析数据直接来源于理论数值模拟的计算结果，因此，该方法所采用的分析数据是完全可控的。由于具有较好的可控性，该方法已成为目前应用最广泛的易损性分析方法之一。特别是对那些缺乏桥梁震害统计数据或地震动信息的地区，采用基于数值模拟的理论分析方法建立易损性曲线是一个很好的选择。理论地震易损性分析中一般假定结构的抗震能力和地震需求服从对数正态分布。最早的理论易损性曲线是基于弹性反应谱分析方法，Ouyang等人采用弹性反应谱分析对美国Kentucky州高速公路桥梁的地震易损性进行了评价；Jernigan和Hwang引入地震力系数来考虑结构地震需求的不确定性，也采用弹性反应谱分析方法对美国中东部地区桥梁进行了地震易损性分析。由于反应谱分析无法预测桥梁结构的各种非线性，一些学者采用静力非线性分析方法建立地震易损性曲线，Dutta，Mander和Basoz，Shinozuka等人都采用CSM方法建立了美国不同地区的桥梁地震易损性曲线。Banerjee等人的研究主要针对California地区典型的混凝土桥梁，采用非弹性需求谱进行易损性分析。尽管CSM法因其简单快捷的优点在桥梁抗震设计中得以应用，但该方法仍存在一些缺陷，例如，荷载分布模式以及阻尼比等对分析结果的影响较大。随着计算机运算效率的提升，目前最受研究人员青睐的计算方法是非线性时程分析。Shino-zuka等人，Karim和YamazakiF，Hwang等人，Mackie和Stojadinovic均采用了NLTHA方法获得所需的数据Nielso在其博士论文中总结了基于NLTHA建立桥梁地震易损性曲线的基本流程。不同学者在分析过程中有一定的差异。Hwang等人建立10个有限元桥梁样本，采用拉丁超立方抽样方法与100条人工地震波进行配对，然后分别进行NLTHA。Mackie和Stojadinovic根据震中距和震级先建立了包含100条波的地震波数据库，以一两跨梁式桥为例建立有限元模型并直接进行NLTHA。Nielson和Padgett考虑多种不确定性因素的影响，建立了与地震波数量相同的桥梁样本并分别进行NLTHA。以上研究在地震波的选择和桥梁有限元建模方面不完全一样，但都采用了先建立概率地震需求模型，再根据损伤指标进行易损性分析，且PSDM的建立都采用了线性回归分析方法。然而，Pan等人在进行大量的NLTHA之后，不是先进行概率地震需求分析，而是直接对桥梁不同构件的需求能力比进行二次回归分析，以估计不同构件在不同损伤状态的易损性参数。Zhang和Huo同时基于PSDM方法和IDA方法建立地震易损性曲线，IDA方法无需要进行回归分析就可以直接计算不同地震强度水平的失效概率。Shinozuka等人则先假定易损性曲线服从双参数正态分布函数，然后建立似然函数来评估易损性函数的两个参数，最后得到桥梁的易损性曲线。由此可见，理论地震易损性分析的方法十分丰富，不同研究人员根据不同的研究对象、不同的目标以及不同计算条件，可选择不同的理论分析方法建立易损性曲线，这表明基于NLTHA的地震易损性分析具有广泛的适用性和发展空间。
1.4混合易损性分析
由前面的论述可知，基于专家意见的数据有较强的主观性，基于震害调查的数据非常少且有区域局限性，基于数值模拟的数据对结构建模过程以及计算方法等客观条件较敏感。然而，混合易损性分析从理论上可以弥补3种方法的缺陷。混合易损性分析方法主要是通过补充结构震害数据，对理论易损性曲线或专家调查易损性曲线进行修正。实际上，研究报告ATC-25和ACT-40中用到的基于专家调查的地震易损性曲线，都分别加入了来自SanFernando地震（1971）和Northridge地震（1994）结构和桥梁震害的调查信息。由于不同数据源之间的交集毕竟有限，混合易损性分析方法在目前的应用仍然很少。
结语：
本文介绍了各种桥梁易损性分析方法的理论及应用情况。影响桥梁震害的因素很多，各种因素的取舍对分析的结果和精度有很大的影响，各种方法都有一定的适用性与局限性。
参考文献
[1]王东升.钢筋混凝土梁式桥地震破损研究[D].哈尔滨：中国地震局工程力学研究所，2002
[2]胡勃，袁万城，王君杰，等.大型桥梁结构抗震分级设防与安全评定标准[J].世界地震工程，1998，14（1）：1-9.
论文作者:朱晓静
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/21
标签：易损论文; 桥梁论文; 方法论文; 曲线论文; 等人论文; 数据论文; 理论论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;