地震桥墩损伤理论的发展和研究现状概述
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摘要：近几年发生的几次大地震中，桥梁遭到严重破坏，桥墩往往是破损的主要承力构件，在强烈地震作用下的损伤问题尤为突出。地震桥墩损伤理论于结构抗震设计、动力可靠性分析、未来震害预测、震后经济损失评估等方面都是有重大意义的。
关键字：地震桥墩损伤理论
Abstract: several large earthquakes occurred in recent years, the bridge was severely damaged, the pier is often damaged the main load-bearing components, damage problem in the strong earthquake is outstanding. The pier earthquake damage theory in structural seismic design, dynamic reliability analysis, the future earthquake prediction, earthquake economic loss assessment is of great significance.
Keywords: pier earthquake damage theory
中图分类号：U443.22 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
结构抗震性能目标的确定，包括选取合理的性能参数和设定预期的性能目标，是基于性能抗震设计的基础。损伤是地震破坏结构使用功能和导致结构倒塌的主要原因。在基于结构损伤的抗震设计方法里，研究者为了反映结构损伤程度，引入某种指标作为参照，并根据对地震作用下结构损伤机理的理解，提出了多种不同的结构损伤指标模型。
损伤指标或损伤变量是唯象地描述构件、结构受损伤程度的量化指标，通常定义为反应过程中某一累积量与其允许限值的比值。损伤变量D 的性质是：在[0，1]间单调增长变化，D 取0表示结构、构件完好无损，D 取1表示结构、构件已经完全破坏。由于影响损伤的因素相当复杂，人们提出了各种各样的分析方法，但归纳起来主要从以下三个方面着手：①退化；②变形；③变形和能量的综合。
1.利用单参数描述的损伤
① 用退化描述的损伤
退化是一个广义的概念，包括结构构件强度、刚度、有效截面面积、每次循
环滞回耗能、低周疲劳寿命的退化，实际上任何一种的损伤描述都是从某一角度
出发的材性退化描述。依据材料各种力学特性的退化而得出的损伤指标直观上是
很有吸引力的，但它们过多地依靠模型假设且计算比较困难[1]。
损伤力学[2]中对一维损伤状态的描述为截面有效受力面积的减少：
(1.1)
式中是原截面面积，是损伤后的有效面积，该方法实际上就是一种截面积退化的损伤描述形式；欧进萍、林燕清[3]通过混凝土在单级和两级等幅轴压高周疲劳试验条件下得出了混凝土多级等幅疲劳剩余静载极限强度以及混凝土多级等幅疲劳剩余静载刚度的衰减公式，该理论是从强度、刚度退化的角度描述混凝土材料损伤的；刘伯权等通过钢筋混凝土柱的低周疲劳试验指出：水平承载力的退化是柱累积损伤（纵筋粘结劈裂、保护层剥裂和脱落、混凝土累积塑性变形增大等现象）的一种直观表象。李洪泉等[4]将损伤力学的理论用于建立构件的强度退化计算模型，结合大量压弯构件低周疲劳损伤试验的数据给出了构件抗力衰减的定量表达式。基于两次PushOver 方法的结构整体地震损伤分析[5]，也是从结构刚度退化的角度来定量评估震后结构整体损伤程度的。
② 用变形描述的损伤
Powell 和Allahabadi 认为在所有的损伤参数中，根据变形得出的损伤指标最好，因为它简单、合理，这里所说的变形范围较广：包括结构的位移、构件的塑性率、不可逆塑性变形及塑性应变等。山田稔采用塑性率来定义损伤指标；Giberson[6]采用转角定义构件的损伤指标；白绍良等[7]通过一批钢筋混凝土墙柱的低周疲劳损伤试验，指出：构件压区受箍筋约束混凝土的边缘压应变可能是首选的用来描述损伤发育和累积的表识量。上述的几种变形损伤指标都属于单参数模型，该模型的通式可表达为：
（1.2）
其中为某指标控制损伤是否发生的阈值(当变形指标小于这一值时不产生损伤)，用于单调加荷冲击破坏时， , 取某一反应量的最大值和极限值；当用于累积破坏时，要采用相应累积破坏理论，可简单取为累加值，但要表达同样耗能水平下大幅循环应比小幅循环破坏严重这一事实，损伤可表达为：
（1.3）
是第i 个半循环的反应量值，如累积滞回耗能、累积塑性变形等，b 是大于1 的参数用于反映滞回环幅值对损伤的影响。单参数模型物理意义明确，在一定程度上能够反映刚度的退化，便于应用，但它们都无法全面描述混凝土构件在承受反复荷载时的损伤。从抗震设计而言，我国现阶段抗震规范采用的是保证承载力条件下的变形控制准则，可以理解为通过控制变形来限制结构损伤。
2 利用双参数描述的损伤
目前，国内外较为流行的地震破坏描述是首次超越破坏准则和双重累积破坏准则。前者是由于结构中的最大地震反应首次超过其限值而引起的破坏，相应的破坏准则有：强度破坏准则、变形破坏准则、极限耗能破坏准则等；而双重破坏准则是以上几种损伤标识量的特定组合。现在比较流行的认识是：同时考虑最大反应和累积损伤的影响，认为结构最大反应和累积损伤的破坏界限将相互影响，随着累积损伤的增加，结构的最大反应的控制界限将不断降低，反过来，随着最大反应的增加，结构累积损伤的破坏界限亦不断降低。
三 小结
近几年发生的几次大地震中，桥梁遭到严重破坏，桥墩往往是破损的主要承力构件，在强烈地震作用下的损伤问题尤为突出。目前，随着结构基于性能的抗震设计理论的研究深入，一个非常重要的问题就是要建立适当的方法来定量地描述结构在地震作用下的损伤破坏程度，为了更有效地开展抗震减灾工作，对地震区域内未倒塌的桥梁，尤其对桥墩及时评定是十分必要的，对损伤结构进行损伤估计、推断结构剩余抗力和服役可靠度是结构维修、加固决策的重要基础，这对于结构抗震设计、动力可靠性分析、未来震害预测、震后经济损失评估等方面都是有重大意义的。
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