锈蚀钢筋混凝土框架结构时变地震易损性分析与全寿命地震风险评估

To assess structural safety under multiple hazards due to earthquake and corrosion, this project takes the widely located reinforced concrete (RC) frame structures as the research objects, and time-dependent seismic fragility and life-cycle seismic risk of the corroded RC frame structures are evaluated by involving a time variable in the conventional seismic fragility theory. The main research contents are summarized in the followings: 1) Seismic performance of the corroded RC beams, columns and column-beam joints with varying corrosion levels are tested. The constitutive relationship models of the corroded RC elements are developed. A macro-element-based and simplified model of corroded RC frame structures is presented. 2) An advanced point estimate method is combined with Pushover method, IDA method and Pushdown method for examining the effect of corrosion on the probabilistic seismic capacity models of non-collapse limit states, sideway collapse limit state and vertical progressive collapse limit state, respectively. 3) Time-dependent seismic fragility analysis considering the vertical progressive collapse limit state is performed for comprehensive safety assessment of corroded RC frame structures. 4) Life-cycle seismic risk of corroded RC frame structures is assessed from two aspects of probabilistic risk and economic risk. The results of life-cycle seismic risk analysis are then used for the decision-making of retrofit strategies.

为评估“地震作用”与“钢筋锈蚀”多灾害联合作用下的结构安全，本项目以量大面广的钢筋混凝土框架结构为研究对象，在传统地震易损性理论中引入时间变量，进行锈蚀钢筋混凝土框架结构的时变地震易损性分析与全寿命地震风险评估。主要研究内容包括：1) 开展不同钢筋锈蚀程度的钢筋混凝土梁、柱和梁-柱节点的抗震性能试验，提出锈蚀钢筋混凝土构件的恢复力模型，建立基于宏单元的锈蚀钢筋混凝土框架结构简化模型；2) 将高等点估计法与Pushover方法、IDA方法和Pushdown方法相结合，分别量化钢筋锈蚀对结构非倒塌极限状态、侧向增量倒塌极限状态和竖向连续倒塌极限状态概率抗震能力模型的影响；3) 开展考虑竖向连续倒塌极限状态的时变地震易损性研究，全面评估锈蚀钢筋混凝土框架结构的地震安全；4) 从概率风险和经济风险两个层次评估锈蚀钢筋混凝土框架结构的全寿命地震风险，并开展基于全寿命地震风险的维修加固决策。

中国海岸线漫长，大量临海地区的钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀现象严重，将使钢筋混凝土结构抗震性能发生显著劣化，从而带来不可忽视的潜在地震风险。针对这一问题，本项目开展了锈蚀钢筋混凝土框架结构时变地震易损性和全寿命风险评估。主要完成工作包括：1）建立了基于数据驱动的锈蚀钢筋混凝土柱的恢复力数值模型，开展了基于人工和电化学方法锈蚀的钢筋混凝土柱的拟静力循环往复试验，分析了不同锈蚀方法对钢筋混凝土柱抗震性能的影响，研究了高轴压比条件下锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能；2）建立了锈蚀钢筋混凝土柱易损性函数，提出了一种基于拉丁超立方体抽样技术的锈蚀钢筋混凝土柱易损性函数预测方法，给出了满足我国现有设计规范的柱构件在不同锈蚀损伤程度的易损性函数区间；3）建立了不同锈蚀程度钢筋混凝土框架结构的宏单元模型，基于Pushover分析方法对比了完好及锈蚀钢筋混凝土混凝土结构的静力抗震能力，开展了考虑结构宏单元模型不确定性的锈蚀钢筋混凝土框架结构地震易损性分析；4）依照我国既有规范设计了一组满足我国沿海地区场地和设防要求的钢筋混凝土框架代表结构，开展了我国沿海地区锈蚀钢筋混凝土框架结构的时变地震易损性分析及韧性评估；5）从概率及经济两个角度进行了锈蚀钢筋混凝土框架结构的地震损失进行了分析，开展了考虑钢筋锈蚀影响的钢筋混凝土框架结构全寿命风险评估，进行了基于“投资-效益准则”的锈蚀钢筋混凝土框架结构FRP加固方案的决策优化；6）分析了锈蚀退化模型不确定性对RC结构抗连续倒塌性能不确定性的影响，研究了锈蚀钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能的退化规律；7）提出了一种改进的自适应稀疏网格随机函数统计矩分析方法，并将该方法应用于结构可靠度的分析和评估。本项目较完整地完成了预定研究目标，共计发表SCI和EI论文24篇，培养博士研究生2名，硕士研究生3名。