第1章緒論1

1.1氯鹽環境混凝土橋梁震害現狀 2

1.2混凝土橋梁劣化機理 5

1.2.1鋼筋鏽蝕 7

1.2.2鏽蝕引起的混凝土開裂 9

1.3橋梁結構地震易損性 10

1.3.1經驗易損性曲線法 11

1.3.2專家易損性曲線法 12

1.3.3理論易損性曲線法 13

1.4橋梁結構地震損失評估 14

1.5本書主要內容 16

1.5.1研究內容 16

1.5.2研究方法與技術路線 17



第2章氯鹽環境混凝土橋梁構件劣化模型19

2.1氯離子擴散模擬 20

2.2鋼筋初始鏽蝕模型 21

2.2.1鋼筋初始鏽蝕時間 21

2.2.2鏽蝕鋼筋剩餘面積 26

2.3混凝土鏽脹開裂模型 27

2.3.1混凝土鏽脹開裂時間 28

2.3.2混凝土鏽脹開裂寬度 30

2.4鋼筋鏽蝕速率影響因素 30

2.4.1外部環境條件 30

2.4.2混凝土特性 31

2.5鋼筋鏽蝕速率模型 32

2.5.1時不變模型 32

2.5.2時變模型 34

2.5.3改進時變模型 37

2.6鋼筋強度及延性退化模型 46

2.6.1鋼筋屈服強度 46

2.6.2鋼筋延性 47

2.7混凝土橋梁構件劣化模型及應用範圍 47

2.7.1橋梁構件劣化模型 47

2.7.2應用範圍 48



第3章劣化混凝土橋建模及動力響應49

3.1非線性動力時程分析 50

3.2結建模 53

3.2.1材料本構關繫 53

3.2.選擇 57

3.2.3支座模擬 59

3.2.4基礎模擬 63

3.3隨機地震動模擬 65

3.4計算軟件選用 66



第4章劣化混凝土橋梁地震需求概率分析68

4.1概率模型 69

4.2分析方法 71

4.2.1基本理論 71

4.2.2分析步驟 73

4.3工程應用及分析 74

4.3.1工程概況 74

4.3.2混凝土橋梁構件劣化模型 76

4.3.3建模及驗證 88

4.3.4地震波的選取 91

4.3.5結構參數不確定性 92

4.3.6 地震需求概率分析 93



第5章劣化混凝土橋梁地震抗力105

5.1橋梁抗力指標及損傷狀態 106

5.1.1橋墩 107

5.1.2支座 109

5.2橋梁抗力的不確定性 111

5.3分析方法 112

5.3.1基本理論 112

5.3.2分析步驟 114

5.4工程應用及分析 115

5.4.1橋墩 115

5.4.2支座 121



第6章劣化混凝土橋梁地震易損性123

6.1地震易損性分析 124

6.2時變地震易損性 126

6.3工程應用及分析 127

6.3.1橋墩易損性曲線 127

6.3.2支座易損性曲線 134

6.3.3構件易損性對比 143



第7章劣化混凝土橋梁地震損失評估150

7.1地震損失評估基本理論 151

7.2地震損失評估計算 153

7.2.1直接經濟損失 153

7.2.2間接經濟損失 158

7.3工程應用及分析 161

7.3.1地震災害曲線 161

7.3.2直接經濟損失 162

7.3.3間接經濟損失 165



參考文獻168

截至2019 年底，中國公路橋梁數量已達85.15 萬座。其中，混凝土橋梁占有相當大的比重。我國幅員遼闊，海岸線狹長，大量混凝土橋梁處於濱海地區和除冰鹽使用地區等典型的氯鹽侵蝕環境。氯鹽環境下的混凝土橋梁結構不僅受到人群、車輛和各種偶然荷載的作用，同時還要受到外界環境中氯離子侵蝕的影響，而氯離子侵蝕是公認的引起混凝土橋梁耐久性問題的主要因素之一。

隨著運營時間的推移，氯離子侵蝕和荷載的反復作用引起橋梁所用材料和結構性能的不斷退化，導致橋梁結構各部位發生不同程度的損傷。據不完全統計，在我國公路網絡中，嚴重損傷的橋梁數量達7.96萬座，約占橋梁總數的10.5% 。材料老化和結構損傷的不斷累積使橋梁結構的承載能力和剛度發生退化，劣化後的混凝土橋梁不再具備抵抗初始設計地震作用的能力。因此，有必要針對劣化混凝土橋梁的抗震性能開展研究。

目前，國內外橋梁抗震研究已經從傳統的確定性分析向基於概率的地震易損性方向發展，但目前仍然主要針對新建橋梁的地震易損性進行研究。由於忽略了氯鹽環境中材料老化和損傷對結構抗震性能的影響，實質上過低地估計了在役混凝土橋梁在地震作用下的失效概率，同時也低估了混凝土橋梁潛在的地震損失，對橋梁結構的抗震設計和評估是不利的。因此，對於氯鹽環境中的混凝土橋梁，在考慮材料老化和結構損傷的前提下，對橋梁各構件在地震作用下的時變易損性進行深入研究，不僅可以把握混凝土橋梁在不同服役時刻的地震易損部位，也可以為混凝土橋梁的全壽命地震損失評估提供概率基礎，對完善當前的橋梁抗震設計理論、評估地震風險水平和制訂震後緊急預案具有重要意義。

本書以氯鹽環境下的混凝土橋梁為研究對像，首先結合已有國內外對混凝土構件劣化過程的試驗研究和理論成果，建立了氯鹽環境下混凝土橋梁構件劣化模型；然後，在充分考慮橋梁建模相關和地震動相關不確定性的基礎上，結合結構可靠度基本理論和方法，形成了劣化混凝土橋梁地震需求概率模型和地震抗力概率模型，得到了混凝土橋梁易損構件的時變易損性曲線；後，結合橋位處的地震災害曲線和橋梁構件的易損性函數，通過全概率方法建立了劣化混凝土橋梁地震損失評估模型，依托本書的研究成果應用於我國多座沿海橋梁的建設、養護。

本書由山東交通學院崔鳳坤、泰安市公路事業發展中心李向陽、泰安市通達投資有限公司武振國、上海先行建設監理有限公司危君安共同完成。本書的出版得到了“ 山東省自然科學基金項目（ 編號：ZR2020QE260）”和“山東交通學院博士科研啟動基金項目（編號：50004918）”的資助，在此表示由衷的感謝！

限於作者水平，書中難免有不足之處，敬請批評指正。



著者

2021年1月