不均匀腐蚀条件下近海桥梁地震失效模式及抗震性能研究

Aiming at the specific non-uniform corrosion phenomenon of the coastal bridges in marine environment, this project will investigate the time-dependent deterioration mechanism, failure modes and seismic performance of the corrosion-induced damaged structures in the long-term service period. Firstly, it will investigate the probability statistical model of the corrosion environment, the deterioration mechanism of the non-uniform corroded piers and bearings, and developing the finite-element modelling method of the corrosion structures. Then, the plastic hinge evolution and transfer condition, failure modes and distinguishing method of the non-uniform corroded bridge piers are analyzed for the structure subjected to earthquake excitation. It is also investigated the failure sequence of the bearings and the piers with correlated corrosion condition to reveal the local and global failure and collapse mechanism of the coastal bridges, developed the simulation method of the seismic responses of the corroded bridge based on the plastic hinge method. Lastly, the damage index, probability seismic demand and probability capacity model are investigated to establish the time-dependent fragility analysis method of the corroded coastal bridge. The research results of the project is anticipated to provide the theory basis, experimental data and simulation method for reproducing the dynamic catastrophe process of the corroded coastal bridges. It will also enrich the seismic theory and provide the scientific and technological supports for enhancing the safety and seismic performance of the coastal bridges.

针对近海桥梁在复杂海蚀环境下的特有不均匀腐蚀现象，研究长期服役过程中腐蚀损伤结构的时变劣化机理、地震失效模式及抗震性能。首先，研究近海桥梁分区腐蚀环境概率统计模型、立面不均匀腐蚀桥墩和支座的性能劣化机理，发展腐蚀损伤桥梁结构的有限元建模方法。然后，研究不均匀腐蚀桥墩在地震作用下的塑性铰发展和转移条件、失效模式及判别方法；研究支座和桥墩关联腐蚀条件下近海桥梁构件的损伤发展次序及相互影响规律，揭示结构局部和整体破坏倒塌机理，发展基于塑性铰的腐蚀损伤桥梁地震反应分析方法；最后，研究腐蚀损伤近海桥梁抗震性能评估的损伤指标体系、概率地震需求模型和概率地震能力模型，建立结构时变易损性分析方法。项目的研究成果可为再现强地震动场作用下近海桥梁腐蚀损伤结构的动力灾变过程提供理论依据、试验数据和数值模拟方法，为丰富和发展近海桥梁的抗震理论，提升结构的长期服役安全提供科学和技术支撑。

近海桥梁是沿海地区人员流动和物流联通的重要纽带，但因所处于高盐度和高温湿度海蚀环境，发生腐蚀损伤和倒塌的风险远远高于内陆桥梁，严重影响其抗震性能。本项目针对海蚀环境下近海桥梁特有不均匀腐蚀，研究长期服役过程中腐蚀损伤结构时变劣化机理、地震失效模式及抗震性能，揭示不均匀腐蚀桥墩在地震作用下的塑性铰发展和转移条件、失效模式、判别方法及破坏倒塌机理；发展腐蚀损伤桥梁地震反应分析方法，建立抗震性能评估损伤指标和时变易损性分析方法。研究发现：.（1）腐蚀导致截面抗剪承载力下降程度明显大于其抗弯承载力。双向地震加载下，桥墩的强度、变形和耗能能力等随着腐蚀率的增加而降低；在腐蚀程度相近条件下，矩形加载构件承载力和变形能力明显小于单向和十字形加载构件；随着服役年限增加，近海桥墩各腐蚀区截面抗弯承载力均在混凝土保护层剥落后出现不同程度急剧退化；.（2）腐蚀钢筋的黏结滑移会对近海桥墩的抗震性能造成影响，影响程度与腐蚀区高度、腐蚀区等效塑性铰长度有关； .（3）近海桥墩具有3大类5小类地震失效模式，大类分别为塑性铰仅在柱底产生、双塑性铰和塑性铰仅在浪溅潮差区产生。在全寿命服役期，柱底名义等效塑性铰长度EPHL先保持不变后逐渐减小到零，浪溅潮差区EPHL先增大后缓慢减小，且均呈现非单调变化趋势，转折点即为塑性铰转移时刻；.（4）近海桥梁各构件及系统易损性分析结果表明，地震作用下不同构件损伤程度差别明显，桥墩损伤最为严重，其失效概率可用来近似判定桥梁系统抗震性能；活动支座受损可能性次之，服役后期，固定支座和桥台基本无损伤。 .本项目以第一标注在本领域重要期刊Engineering Structures，Construction Building Materials等发表SCI论文6篇（Google Scholar引用64次，SCI他引42次），培养国家杰青1名，博士生3名（毕业2名），毕业硕士生2名。项目研究成果为揭示强地震动场作用下近海桥梁全寿命周期腐蚀损伤结构的动力灾变过程提供理论依据、试验数据和数值模拟方法，为丰富和发展近海桥梁的抗震理论，提升结构的长期服役安全提供科学理论支撑。

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