摘 要

　　我國地處環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間，一直以來(lái)都是全世界內地震動(dòng)最活躍的地區之一，接近半面國土都在地震高烈度區，許多高速鐵路橋梁不可避免的處于近斷層中。近些年來(lái)，近場(chǎng)地震動(dòng)對工程結構造成的大量破壞引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注，但我 國目前針對近場(chǎng)地震動(dòng)的結構抗震設計與評估理論體系尚未形成，已有研究中考慮速度脈沖及豎向地震動(dòng)等影響因素的較少。我國高速鐵路建設正處于快速發(fā)展期，近場(chǎng)地震動(dòng)作用下高速鐵路橋梁抗震設計及安全性評估已成為必須考慮的內容。為此，本文以連徐高速鐵路線(xiàn)中的新沂特大橋為工程背景，采用 OpenSees 軟件進(jìn)行了近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)下的易損性研究。研究?jì)热萆婕案哞F連續梁橋動(dòng)力特性及地震響應分析、基于 PCA 的近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)強度指標選取、基于易損性方法的高鐵橋梁最不利地震動(dòng)輸入方向分析、豎向地震動(dòng)對高鐵連續梁橋易損性的影響分析等四個(gè)方面。主要研究?jì)热莅�括�?/p>

　　1）高鐵連續梁橋動(dòng)力特性及地震響應分析。首先基于 OpenSees 建立了該橋的空間有限元模型；然后分析并驗證了該橋的動(dòng)力特性；最后根據場(chǎng)地土條件，分別選取了 3條普通遠場(chǎng)地震動(dòng)和 3 條近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)，對比分析了主梁跨中順橋向位移、墩頂順橋向位移、墩底順橋向剪力、順橋向滑動(dòng)支座位移和順橋向固定支座位移等在兩類(lèi)地震動(dòng)下的地震響應，并對主梁跨中順橋向位移響應進(jìn)行了功率譜密度分析。

　　2）基于 PCA 的近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)強度指標選取。首先選取了 100 條近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)對所建的該橋有限元模型進(jìn)行了非線(xiàn)性動(dòng)力時(shí)程分析。然后，采用 PCA（主成分分析方法）對所選橋梁構件的地震需求參數進(jìn)行了降維處理，得到了橋梁結構的綜合地震需求響應。最后通過(guò)線(xiàn)性回歸建立了綜合地震需求參數和地震動(dòng)強度的概率地震需求模型，從有效性、實(shí)用性和充分性三方面對 18 種不同地震動(dòng)強度指標進(jìn)行了評價(jià)。

　　3）基于易損性方法的高鐵連續梁橋最不利地震動(dòng)輸入方向分析。分別采用傳統方法和易損性分析方法確定了該橋的最不利地震動(dòng)輸入方向，并將兩個(gè)方法得到的結果進(jìn)行了對比。在充分考慮橋墩截面各方向抗震能力差異的基礎上，將全橋最不利輸入方向上的易損性曲線(xiàn)與順橋向和橫橋向最不利輸入方向上的易損性曲線(xiàn)進(jìn)行了對比分析。

　　4）豎向地震動(dòng)對高鐵連續梁橋易損性的影響分析。首先對所選 100 條近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)的豎向與水平向峰值加速度比值進(jìn)行了分析；然后對比分析了不同豎向與水平向峰值加速度比值的固定中墩墩頂位移以及順橋向、橫橋向和最不利截面方向所對應最不利地震動(dòng)輸入方向的易損性曲線(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞：高鐵橋梁；地震動(dòng)輸入方向；豎向地震動(dòng)；易損性曲線(xiàn)；截面方向；概率地震需求模型

　　ABSTRACT

　　China is adjacent to the Pacific seismic belt in the East and the Eurasian seismic belt in the  south. It has always been one of the countries with the strongest seismicity and the most serious  earthquake disaster in the world. Nearly half of the land area is located in the area of high  earthquake intensity, and many high-speed railway bridges are inevitably located in the near  fault. The serious impact of near-field earthquake on civil engineering structures has attracted  extensive attention. However, there is no theoretical system of structural seismic design and  evaluation specifically for near-field earthquake in China, and the impact of velocity pulse and  vertical ground motion is seldom considered in the existing research. In recent years, high?speed railways have developed rapidly in China, and the seismic safety of high-speed railway  bridges under the near-field earthquakes has become a must-consider. Hence, Xinyi Bridge on  the Lianxu high-speed railway line is used as the engineering background in this paper. Based  on the OpenSees software, the seismic fragility of the bridge under near-field pulse-type  earthquakes is performed. The research contents include four aspects: dynamic characteristics  and seismic response analysis of high-speed railway continuous girder bridge, assessment of  near-field pulse-type ground motion intensity parameters based on PCA method, analysis of the  critical angle of seismic incidence based on fragility method, and analysis of the influence of  vertical earthquakes on the fragility. The specific contents are as follows:

　　1） Analysis of dynamic characteristics and seismic response of high-speed railway  continuous girder bridge. First, a spatial finite element model of the bridge was established  based on OpenSees. Then, the dynamic characteristics of the bridge were analyzed and verified.  Finally, according to the site soil conditions, three far-field and three near-field pulse-type  earthquakes are selected respectively, and the seismic responses under the two kinds of  earthquakes, such as the longitudinal displacement of the girder at the mid-span, vertical  displacement at the top of the pier, vertical shear at the bottom of the pier, longitudinal sliding  bearing displacement and longitudinal fixed bearing displacement, are compared and analyzed,  and the power spectral density of the longitudinal displacement response of the girder is  analyzed.

　　2） Assessment of near-field pulse-type earthquake intensity parameters based on PCA  method. First, 100 near-field pulse-type ground motions were selected, nonlinear dynamic time?history analysis was performed. And the peak response values of bridge members were recorded.  On the basis, the PCA （Principal Component Analysis） method was used to reduce the  dimensionality of the seismic requirements of the bridge members, and the comprehensive  seismic demand response of the bridge was calculated. Then, a probabilistic relationship  between the ground motion intensity parameters and the comprehensive seismic requirements  of the bridge was established through regression analysis, and 18 different ground motion  intensity parameters were evaluated from three aspects of effectiveness, practicability and  adequacy.

　　3） Analysis of the critical angle of seismic incidence for high-speed railway continuous  girder bridges based on fragility method. The traditional method and fragility analysis method  were used to determine the critical angle of seismic incidence of the bridge, and the results  obtained by the two methods were compared. Then, considering the difference in anti-seismic  capacity of the bridge in all directions, the fragility curves in the critical angle of seismic  incidence of the full bridge are compared with the fragility curves in the critical angle of seismic  incidence of the longitudinal and transverse directions.

　　4） Analysis of the influence of vertical earthquake on the fragility of high-speed railway  continuous girder bridges. First, the vertical and horizontal peak acceleration ratios of 100  selected near-field pulse-type earthquakes were analyzed. Then, the fragility curves of the  critical angle of seismic incidence corresponding to the longitudinal, transverse, and the critical  cross-sectional directions of the fixed middle pier with different vertical and horizontal peak  acceleration ratios are compared.

　　Key words: high-speed railway bridge; angle of seismic incidence; vertical earthquake;  fragility curve; cross-sectional direction; probabilistic earthquake demand model

目 錄

　　第一章 緒論

　　1.1 研究背景及意義

　　近些年來(lái)，許多國家和地區對高速鐵路建設的重視程度不斷提高。已經(jīng)運營(yíng)和正在建設高速鐵路的國家也越來(lái)越多，高速鐵路建設已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的必然趨勢[1].

　　與此同時(shí)，高速鐵路建設的技術(shù)也在不斷更新進(jìn)步，運行速度越來(lái)越快，運輸能力越來(lái)越高，耗能越來(lái)越低，安全舒適程度越來(lái)越好等[2].目前，我國高速鐵路在運行速度、運行里程和建設規模等方面均已經(jīng)走在了世界的最前列[3].

　　目前，我國高速鐵路建設正處在快速發(fā)展期。截止至 2015 年，我國提出的以"四縱四橫"為主骨架的《中長(cháng)期鐵路網(wǎng)規劃》已經(jīng)基本建成。隨著(zhù) 2016 年 9 月 10 日鄭州至徐州高速鐵路的開(kāi)通運營(yíng)，我國高速鐵路的運營(yíng)里程已超過(guò) 2 萬(wàn)公里，處于世界第一位[4].截至到 2018 年末，我國高速鐵路的營(yíng)業(yè)里程達到 2.9 萬(wàn)公里，是世界高速鐵路總里程的 2/3.規劃至 2025 年，我國高速鐵路總里程將達到 3.8 萬(wàn)公里[5],鐵路網(wǎng)覆蓋范 圍進(jìn)一步擴大，為我國經(jīng)濟社會(huì )的快速提供保障。展望至 2030 年，我國鐵路網(wǎng)將基本實(shí)現縣域全面覆蓋的目標。我國在掌握高速鐵路建設核心技術(shù)的基礎上，不斷發(fā)展創(chuàng )新，目前總體技術(shù)水平已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。

　　在高速鐵路建設中，為確保線(xiàn)路平順，"以橋代路"成為了最好的解決方法。我國已經(jīng)建成的客運專(zhuān)線(xiàn)鐵路中，橋梁總長(cháng)占整個(gè)鐵路線(xiàn)長(cháng)度的 80%左右。在京滬高速鐵路中，橋梁占全線(xiàn)總長(cháng)的比例達到 80.49%[6].此外，由于高速鐵路對地基的要求十分嚴格，"以橋代路"可以避開(kāi)地基薄弱的區域，還可節約大量的用地面積[7].近年來(lái)的數據表明，在建和已建的高速鐵路中，橋梁占比呈現不斷擴大的趨勢，表 1.1 為我國已經(jīng)運營(yíng)的高速鐵路橋梁工程概況表。

　　我國地處環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間，一直以來(lái)都是全世界內地震動(dòng)最活躍的地區之一，接近半面國土都在地震高烈度區[8-9].例如，我國 1976 年發(fā)生的 7.8 級唐 山大地震，2008 年發(fā)生的 8.0 級汶川大地震。在地震中，大量基礎設施遭受了破壞的嚴 重。據統計，在唐山大地震中，發(fā)生不同程度破壞的鐵路橋梁達到 39.3%,其中，遭受?chē)乐仄茐牡谋壤�高達 17.7%[10].

　　1995年日本神戶(hù)發(fā)生7.2級地震[11-13],這次地震最大的特點(diǎn)是近場(chǎng)效應十分顯著(zhù)[14].

　　阪神地震給基礎設施造成了十分嚴重的破壞，震源區域的公路和橋梁出現了大范圍的斷塌現象[15].附近的地鐵設施出現大量的出軌、翻車(chē)和停電等現象，最終全部停運。在破壞最為嚴重的地區，多座高架鐵路發(fā)生倒塌，橋梁墩柱發(fā)生斷裂，更有多條鐵路線(xiàn)發(fā)生明顯的下沉現象。交通設施的大面積破壞使得救災工作變得異常的困難，而關(guān)鍵主干道的修改需要花費數月的時(shí)間[14].阪神地震是日本當時(shí)有史以來(lái)最為嚴重的一次自然災害，引起當地以及世界研究人員的廣泛關(guān)注[16-18].值得關(guān)注的是，此次橋梁破壞最為嚴重的部位大都是橋墩開(kāi)裂，研究人員認為這是由于設計時(shí)未考慮近場(chǎng)地震動(dòng)方向脈沖的結果。

　　2008 年在我國汶川發(fā)生的 8.0 級大地震，極震區發(fā)生不同程度破壞的橋梁高達兩千多座，其中百余座橋梁的承載能力發(fā)生嚴重下降，幾十余座橋梁發(fā)生倒塌。值得注意的是，近斷層附近橋梁的破壞程度及規模都明顯大于其他區域[19-20].百花大橋第 5 跨發(fā)生整體坍塌，幾乎全部橋墩都出現了壓裂現象。由此可見(jiàn)，與日本阪神大地震類(lèi)似，近場(chǎng)地震動(dòng)給橋梁結構帶來(lái)的破壞十分嚴重。

　　隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，我國高速鐵路的覆蓋面積將不斷擴大。圖 1.1 為我國 2030 年中長(cháng)期高速鐵路網(wǎng)規劃圖，圖 1.2 為中國強震及地震帶分布圖。對比兩圖可以看出，未來(lái)高速鐵路橋梁將不可避免的跨越地震活躍帶，這將導致我國高鐵橋梁建設還將面臨巨大的挑戰。位于昆鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)中的南沖大橋，雖然只有 164 米，但是需要跨越 9 度地震斷裂帶。根據"十三五"規劃，中西部地區將是未來(lái)重點(diǎn)建設區域，從圖 1.2 中可以看出，中西部地區地震帶分布十分密集，許多鐵路橋梁將不可避免的要面臨近場(chǎng)地震動(dòng)的威脅。

　　以世界上最難建設的川藏鐵路為例，需要跨越喜馬拉雅-中亞-地中海地震帶，這是世界兩大地震帶之一。綜上所述，從我國高鐵路網(wǎng)發(fā)展規劃來(lái)看，開(kāi)展近斷層高鐵橋梁抗震研究具有重要的戰略意義。

　　美國太平洋地震工程研究中心提出了一種基于概率的地震設計評估框架，其實(shí)際是根據全概率理論對結構或構件進(jìn)行全面的地震風(fēng)險評估。針對橋梁結構而言，地震風(fēng)險評估可為前期的設計工作提供依據，同時(shí)，還可為在役橋梁結構的抗震加固提供有益參考。最重要的是，地震風(fēng)險分析可對地震帶來(lái)的經(jīng)濟損失及震后交通系統的功能恢復進(jìn) 行評估。

　　地震災害風(fēng)險分析主要包括三個(gè)方面：危險性分析、易損性分析和災害損失分析。

　　其中，地震易損性分析是指在某種破壞狀態(tài)下，結構的地震需求超過(guò)其抗震能力的概率[21-22].目前，針對高速鐵路橋梁進(jìn)行地震易損性分析的研究尚少。因此，有必要針對高速鐵路典型橋梁地震易損性做進(jìn)一步的研究。

　　1.2 近場(chǎng)脈沖型地震作用下橋梁抗震的研究現狀

　　目前，通常采用斷層距 R 來(lái)劃分遠、近場(chǎng)地震動(dòng)，但是，國內外并沒(méi)有統一的斷層距 R 界限值。在國外，Krawinkler 和 Medina[23]在分析時(shí)將 R=13km 作為斷層距界限值；Mackie 和 Stojadinovic[24]以 R=15km 作為斷層距界限值；"P695 方法"[25]中以 R=10km作為斷層距界限值。而大多國內學(xué)者認為遠、近場(chǎng)地震動(dòng)斷層距 R 界限值取 20km[26-27].

　　近些年來(lái)發(fā)生的許多強烈地震進(jìn)一步加深了人們對近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)的認識，由于其對結構的強大破壞力，越來(lái)越多學(xué)者對橋梁結構在具有較大高能速度脈沖的近場(chǎng)地震動(dòng)中的響應展開(kāi)了研究。文獻[28]對近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)的前方向效應和滑沖效應分別進(jìn)行了探討，并與規范進(jìn)行了對比。結果發(fā)現規范中關(guān)于近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)的相關(guān)規定還有待完善。文獻[29]對比了遠、近場(chǎng)地震動(dòng)作用下高鐵橋梁的彈塑性地震響應，結果表明近場(chǎng)地震動(dòng)作用下的結構響應明顯大于遠場(chǎng)地震動(dòng)，且由于近場(chǎng)地震動(dòng)的方向脈沖效應，速度或位移在某些時(shí)段內是引起結構破壞的控制因素。文獻[30]研究了近場(chǎng)豎向地震動(dòng)的特性及對連續梁橋的影響，統計分析發(fā)現近場(chǎng)地震動(dòng)的豎向分量與水平分量的比值大都超過(guò)規范的建議值。同時(shí)，豎向地震動(dòng)對主梁地震響應的影響明顯大于橋墩。文獻[31]對比了遠、近場(chǎng)地震動(dòng)作用下隔震與非隔震連續橋梁的地震響應，研究表明隔震橋梁的橋墩地震響應明顯小于非隔震橋梁，近場(chǎng)地震動(dòng)基本不影響隔震橋梁的橋墩地震響應。文獻[32]分析了近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)作用下減隔震連續梁橋的響應特性，結果發(fā)現速度脈沖波能與地震響應近似成正比關(guān)系，說(shuō)明速度脈沖波能的大小表征了該近場(chǎng)地震動(dòng)的破壞能力。文獻[33]以大跨度剛構橋為研究對象，從破壞機理的角度對比分析了其在遠、近場(chǎng)地震動(dòng)作用下的響應特性。并基于大量地震動(dòng)分析了地震動(dòng)參數與結構響應間的相關(guān)性。文獻[34]分析了行波效應、地震動(dòng)輸入方向、樁土相互作用、墩高及跨數對近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)作用下直線(xiàn)和曲線(xiàn)大跨剛構橋響應的影響。文獻[35]分析了兩種類(lèi)型速度脈沖的近場(chǎng)地震動(dòng)對隔震橋梁響應的影響，結果發(fā)現當脈沖周期接近隔震橋梁的基本周期時(shí)，其地震響應最大。此外還發(fā)現鉛芯橡膠支座的能量消散比能夠對近場(chǎng)放大效應產(chǎn)生較為明顯的影響。文獻[36]采用大量人工近場(chǎng)地震動(dòng)，研究了空間效應和樁土相互作用對框架橋地震響應的影響。結果發(fā)現一致激勵和剛性梁地基理論并不能合理評估框架橋梁的碰撞問(wèn)題。文獻[37]采用縮尺模型實(shí)驗，研究了具有高能量速度脈沖的近場(chǎng)地震動(dòng)對鋼筋混凝土墩梁連接性能的影響。結果發(fā)現近場(chǎng)地震動(dòng)的方向脈沖效應會(huì )明顯增大墩梁連接處的損傷程度，但不會(huì )改變其破壞機理。通過(guò)大量研究，人們對近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)有了更為清晰的了解，但根據現有的研究成果，許多新的災害現象仍然無(wú)法解釋。因此，對于近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)，仍有待進(jìn)一步的探討與研究。

　　1.3 橋梁地震易損性的研究現狀

　　1.3.1 地震易損性概述

　　地震易損性分析是指在某種破壞狀態(tài)下，結構的地震需求超過(guò)其抗震能力的概率[21],其特點(diǎn)是建立了地震需求和抗震能力之間的聯(lián)系，通常地震易損性分析也被稱(chēng)為震害預測[38].地震易損性的表現形式通常包括易損性曲線(xiàn)函數和易損性指數這兩種[39].易損性指數的最終表達形式為破壞概率矩陣[22],相對易損性函數曲線(xiàn)而言不夠直接，所以在實(shí)際應用中使用的較少。易損性曲線(xiàn)函數是假設結構或構件的地震需求與地震動(dòng)強度之間滿(mǎn)足一定的函數關(guān)系，其最終的表現形式為連續的易損性曲線(xiàn)，由于這種表達形式簡(jiǎn)單直接，能被更廣大的工程相關(guān)人員所接受，所以應用較為普遍。

　　1.3.2 橋梁結構地震易損性研究的方法及現狀

　　早在 20 世紀 70 年代末，人們采用概率分析方法評估核電站等基礎設施在地震作用下的概率破壞風(fēng)險，第一次對這些核基礎設施進(jìn)行了地震易損性分析[40],從這以后，地震易損性分析方法被推廣應用到各類(lèi)工程結構中。20 世紀 80 代末 90 年代初，地震易損性分析方法被首次用來(lái)評估橋梁結構的地震風(fēng)險[41].隨著(zhù)地震易損性分析方法的不斷發(fā)展，其易損性曲線(xiàn)的獲得形式越來(lái)越多。其中，根據數據來(lái)源的不同，大致可以分為以下四類(lèi)：（1）基于專(zhuān)家數據庫的地震易損性分析；（2）基于歷史震害數據調查的經(jīng)驗地 震易損性分析；（3）基于有限元模擬的理論地震易損性分析；（4）混合地震易損性分析。

　　對于大多數學(xué)者而言，基于有限元模擬的地震易損性分析是最切實(shí)可靠的途徑。因此，本文主要對該類(lèi)易損性分析方法進(jìn)行詳細的介紹。

　　基于有限元模擬的理論易損性分析，由于其所需的數據來(lái)源可控，研究人員可以選取所需的地震動(dòng)和各類(lèi)分析模型進(jìn)行分析。同時(shí)，隨著(zhù)近些年來(lái)有限元理論的發(fā)展和普及，間接的促進(jìn)了該類(lèi)易損性分析方法的發(fā)展。目前，基于有限元模擬的理論易損性分析方法在上述四種當中已然是應用最為廣泛的。此外，對于缺乏歷史橋梁震害數據的地區，基于有限元模擬的理論易損性分析方法是唯一可行的。

　　基于彈性反應譜分析方法是最早的理論易損性曲線(xiàn)所需數據的來(lái)源，如 Ouyang 等 人[42]以美國 Kentucky 州某高速公路橋梁為研究對象，采用彈性反應譜分析方法對其地震易損性進(jìn)行了評估分析。Jernigan 和 Hwang[43]以美國中東部地區橋梁為例，同樣采用彈性反應譜分析方法對其地震易損性進(jìn)行了分析，同時(shí)，為了考慮結構地震需求的不確定性，首次將地震力系數引入到地震易損性分析當中，且取得了較為良好的效果。

　　由于彈性反應譜分析無(wú)法考慮橋梁結構的非線(xiàn)性，基于靜力非線(xiàn)性分析方法的地震易損性曲線(xiàn)開(kāi)始被大多學(xué)者所采用。文獻[44-47]針對美國不同地區的混凝土橋梁結構，都采用靜力非線(xiàn)性分析方法得到了其地震易損性曲線(xiàn)。

　　隨著(zhù)科技的進(jìn)步，計算機性能更新速度越來(lái)越快，基于非線(xiàn)性時(shí)程分析方法的地震易損性分析被越來(lái)越多的科研人員所青睞[48-51].相對于靜力非線(xiàn)性法和彈性反應譜法，基于非線(xiàn)性時(shí)程分析方法進(jìn)行地震易損性分析存在很多優(yōu)勢：

　　（1）非線(xiàn)性時(shí)程分析方法可以較為準確地考慮多種非線(xiàn)性特性（材料非線(xiàn)性、幾何非線(xiàn)性和邊界條件非線(xiàn)性等），因此得到的地震響應結果同實(shí)際結果更為接近；

　　（2）非線(xiàn)性動(dòng)力分析方法可以根據實(shí)際需求建立不同維度、考慮不同非線(xiàn)性的有限元模型；

　　（3）非線(xiàn)性動(dòng)力分析方法由于可以進(jìn)行多地震動(dòng)多模型分析，因此可以考慮地震動(dòng)不確定性、邊界條件不確定性和結構材料不確定性等多種不確定性因素的影響。

　　我國針對橋梁的地震易損性研究起步相對較晚。1988 年，周神根等[52]統計分析了272 座在唐山大地震中遭受不同程度破壞的鐵路橋梁的震害信息，考慮橋墩墩高、基礎類(lèi)型和地震烈度等多種因素，基于最小二乘方法建立了鐵路橋梁的震害預測公式。1994年，朱美珍[53]總結分析了百余座公路橋梁的地震震害信息，以場(chǎng)地類(lèi)別、地基失效程度和地震烈度等多個(gè)影響因素，基于數理統計回歸理論得到了公路橋梁的震害預測公式。

　　以上這些都是基于歷史橋梁震害數據進(jìn)行震后災害預測，屬于經(jīng)驗地震易損性分析。然而，由于我國橋梁震害數據有限，形成的經(jīng)驗地震易損性與實(shí)際結果相差較大，工程實(shí)踐指導意義不大。直到 2004 年，基于有限元模擬的理論易損性分析方法才被劉晶波和Hwang[54]引入國內，并介紹了理論易損性分析方法的詳細步驟。2005 年，張海燕等[55-56]

　　基于 Pushover 分析方法，建立了不同類(lèi)型場(chǎng)地條件下規則梁式橋的地震易損性曲線(xiàn)，并提出了一種簡(jiǎn)化分析方法，然后通過(guò)與基于 IDA 方法得到的易損性曲線(xiàn)對比，驗證了該方法的有效性。2006 年，張菊輝[57]基于 IDA 方法建立了規則連續梁橋的地震易損性曲線(xiàn)，并分析了配筋率、配箍率和墩高等因素對其地震易損性曲線(xiàn)的影響。2007 年，王建民等[58]對比分析了基于非線(xiàn)性時(shí)程分析法和能力譜法的橋梁結構的地震易損性曲線(xiàn)。

　　2009 年，黃明剛[59]采用概率地震需求模型建立了公路橋梁的地震易損性曲線(xiàn)。2010 年，馮杰[60]采用 IDA 方法和 Hwang 等[54]提出的方法，建立了不同場(chǎng)地條件下連續梁橋的地震易損性曲線(xiàn)。2011 以后，關(guān)于橋梁地震易損性的研究開(kāi)始大量出現。

　　此外，對于近幾年出現的關(guān)于我國橋梁結構地震易損性分析的研究成果，歸納總結后可以發(fā)現，都是針對不同類(lèi)型的單體橋梁，基于較為成熟的理論地震易損性分析方法，對其抗震性能進(jìn)行評估。主要包括規則梁式橋[61-62]、普通斜拉橋[63]、大跨高墩橋[64-66]、隔震梁橋[67-68]、矮塔斜拉橋[69-70]、斜腿剛構橋[71]、懸索橋[72]等。由此說(shuō)明，我國橋梁結構的地震易損性研究已逐漸成熟，成果也越來(lái)越豐富。針對高速鐵路橋梁，文獻[73-81]

　　從軌道系統、結構參數、多維地震動(dòng)等方面對高速鐵路橋梁進(jìn)行了地震易損性研究。相對而言，高速鐵路橋梁的地震易損性研究目前還處于探索階段，尚需進(jìn)一步研究。

　　1.4 豎向地震動(dòng)對橋梁響應影響的研究現狀

　　近些年來(lái)，全球范圍內發(fā)生了多次大地震，從這些強震中，我們獲得了豐富的近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)記錄。此外，豎向地震動(dòng)作用的痕跡在許多橋梁結構中都很明顯，部分結構的損傷甚至是由豎向地震作用直接導致的。特別是在近斷層區，豎向地震動(dòng)的作用十 分明顯[82-87].

　　根據我國《建筑抗震設計規范》規定，豎向地震動(dòng)影響系數的峰值取為水平向的 65%,且與水平向地震動(dòng)的譜型一致[88].但統計結果表明：豎向與水平向地震動(dòng)峰值加速度比值會(huì )往往大于規范值[86, 89],部分豎向地震動(dòng)峰值加速度甚至會(huì )超過(guò)水平向地震動(dòng)峰值加速度[90-91].例如 1979 年美國 Imperial Valley 地震，距離近斷層約 10km 左右的 11 個(gè)地震動(dòng)記錄中，豎向與水平向地震動(dòng)峰值加速度比值的平均值達到 1.12,其中最大值高達2.4[92].此外，研究表明豎向和水平向地震動(dòng)的譜型在許多情況下并不一致，與場(chǎng)地的卓越周期、場(chǎng)地土條件和震源距等因素有關(guān)[85, 93-96].

　　鑒于此，國內外學(xué)者對豎向地震動(dòng)下結構響應的研究日益重視。文獻[97]對包括橋梁在內的 8 種工程結構進(jìn)行研究表明，如果不考慮豎向地震動(dòng)，則會(huì )低估工程結構的倒塌風(fēng)險，在近場(chǎng)地震動(dòng)中將更為明顯。文獻[98]以高速公路橋梁為研究對象，表明考慮豎向地震動(dòng)會(huì )增大結構的響應，加大橋梁破壞的風(fēng)險。文獻[99]通過(guò)數值模擬和實(shí)驗結合相結合的方法分析了豎向地震動(dòng)對混凝土橋墩性能的影響。文獻[100]發(fā)現近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)中豎向分量對橋梁結構的影響明顯大于近場(chǎng)非脈沖型地震動(dòng)。文獻[101]分析了豎向地震動(dòng)對橋梁結構地震響應的影響，并考慮了支座摩擦系數、橋墩剛度及地震動(dòng)輸入方向對分析結果的影響。文獻[102]分析了豎向地震動(dòng)對連續剛構橋受力的影響，結果表明豎向與水平向峰值加速度比值越大，橋墩損傷情況越嚴重。以上研究均表明豎向地震動(dòng)對結構的影響不容忽視，尤其是近場(chǎng)地震動(dòng)。

　　1.5 本文主要研究?jì)热?/strong>