一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法

1.本发明属于建筑施工风险评估技术领域，具体涉及一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法。


背景技术：

2.地震灾害作为桥梁道路面临的主要风险，具有难预测，不可控的特点，我国桥梁设计规范均对桥梁建设的抗震设防要求作出了相关规定。作为投资方，对采用不同的抗震级别设计的桥梁，评估其地震后带来的地震风险成本成为了桥梁建设决策考虑的重要方面。
3.目前桥梁地震风险成本评估考虑因素仅局限于桥梁建设完成后的运营阶段地震后的修理费用预算。随着目前桥梁类型多样化，桥梁整体规模的不断增大，桥梁在建设阶段的地震风险越来越成为不可忽略的因素，采用不同的施工方法，不同的建设规划均对桥梁整体的地震风险成本有不确定性。此外，在桥梁正常使用阶段，随着时间的推移，桥梁内部材料到构件的老化，功能的散失同样对地震风险成本造成了影响。综上所述，当前桥梁地震风险成本评估方法评估要素单一，难以因地制宜，因桥制宜，多要素，多方案的对桥梁地震风险成本进行准确的评估。因此，亟待解决。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，该方法通过对桥梁的施工方法、工期长短、桥梁所在地的大气环境，以及地震区划等因素综合考虑，不仅能够对桥梁全生命周期的地震风险成本进行预估，而且为桥梁建设投资方提供更为准确的地震风险成本评估，为投资决策提供参考。
5.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
6.一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，包括
7.s1：确定桥梁建设方案的基本要素；所述基本要素包括桥梁类型、施工方法、桥梁大气环境，桥地址烈度区划和桥梁使用年限；
8.s2：依据桥梁类型和桥梁对应的施工方法建立多阶段有限元模型；
9.s3：所述桥梁环境包括地震环境和大气环境；依据桥梁的地震环境建立地震灾害曲线；依据桥梁的大气环境建立桥梁内部钢筋退化模型；
10.s4：所述多阶段有限元模型通过云图法对所有模型计算非线性时程响应后，与地震灾害曲线的地震波对数拟合后建立概率地震需求模型；
11.s5：所述钢筋退化模型结合桥梁的使用年限依据材料劣化模型计算得到构件能力退化模型；
12.s6：所述概率地震需求模型与构件能力退化模型结合，并依次计算退化后构件的地震响应，更新需求模型，并绘制易损曲线与地震风险曲线卷积相乘得到桥梁多阶段地震风险概率分布模型；
13.s7：绘制桥梁全生命周期桥梁地震风险时变曲线；将桥梁震害预算清单中的费用
数据和震害损伤带来的维修时间数据导入桥梁全阶段性损伤概率分布公式，通过条件概率运算得到桥梁地震灾害直接成本和间接成本时变曲线；
14.s8：对施工因素地震风险预警值进行评估；通过工期计划对桥梁完工时间的预设，以桥梁的地震灾害成本时变曲线对施工阶段的积分占全生命周期的比例5％的完工时间作为预警值，施工时间大于预警值时间，则表明该施工过程中的地震风险需引起重视，应采取相关的抗震措施以减少损失。
15.优选的，所述多阶段桥梁模型划分包括桥梁的施工期和运营期；所述施工期按施工计划将桥梁施工过程划分为多个阶段，并模拟相应结构的有限元模型；所述运营期根据桥梁使用年限内不同年份下材料老化的强度，划分建立不同老化程度的桥梁有限元模型。
16.优选的，所述多阶段有限元模型通过opensees公式进行数值模拟；所述地震灾害曲线通过当地地震频率记录线性拟合得到；依据地震灾害曲线，通过云图法将计算出每个地震波下桥梁结构的地震响应，并通过回归分析得到概率地震需求模型；对构件各阶段的结构地震概率需求和施工过程中以关键工况划分进行非线性时程分析，得到分阶段的概率地震需求模型(psdm)：
17.h
im
(im)＝k0im-k
ꢀꢀꢀ
(3.1)
18.sd(i)＝a(i)(im)
b(i)
ꢀꢀꢀ
(3.2)
19.其中，k0、k、a、b、c是拟合系数；im代表每条地震波的强度，选用每条地震波中的最大加速度作为拟合的数据；i表示在不同的阶段进行计算；其中，h
im
代表当地记录的强度为im的地震发生的概率；sd代表每条地震波作用下结构通过计算得到的结构产生的位移、曲率变形等地震响应，作为结构在地震作用下的需求。
20.优选的，所述材料劣化模型包括钢筋强度时变模型；
21.所述钢筋强度时变模型，引入钢筋发生锈蚀的参数，并引入计算桥梁截面损失率的时变特性的数学模型：
[0022][0023]
a0为钢筋锈蚀尚未发生时的钢筋截面面积：a(t)表示钢筋锈蚀发生后的钢筋截面面积；
[0024]
a(t)＝a
0-r
corr
(t-ti)
ꢀꢀꢀ
(4.2)
[0025]
ti代表钢筋开始腐蚀的时间，钢筋锈蚀是在混凝土保护层失效后开始的，一般环境下ti取10年，沿海环境为6年；
[0026]rcorr
为钢筋腐蚀速度计算公式参考stewat得到：
[0027][0028]
其中w/c是混凝土制作中的水灰比，c是混凝土保护层厚度；
[0029]
优选的，所述的构件能力退化模型根据钢筋强度时变模型数据计算截面能力得到，以十年为跨度计算历年截面退化后的能力，作为多阶段易损性分析的能力样本。
[0030]
优选的，对多阶段有限元模型进行非线性分析得到概率地震需求模型，在不同构件能力退化状态下重复计算模型，绘制不同阶段的易损性曲线，易损性曲线再分别与地震灾害模型卷积运算，得到地震损伤风险概率分布，阶段i下的地震损伤风险概率值的计算公式如下；
[0031][0032]
pi[sd≥sc|im]表示一定地震强度im下，结构地震产生的响应损伤状态d发生的概率分布函数；具体展开如下：
[0033][0034]
i表示在阶段i下，βd是该阶段计算地震概率需求模型拟合结果和实际值之间的标准差；dh
im
(im)表示通过当地地震频率记录线性拟合得到的地震灾害曲线的导数。
[0035]
优选的，所述桥梁各阶段的易损性曲线与地震灾害曲线卷积运算得到该阶段下桥梁地震风险的概率值；再根据不同阶段的概率值随时间的变化情况按以下形式进行非线性拟合得到以时间为变量桥梁损伤概率曲线计算公式如下：
[0036]
p(t)＝a*t
1.5
+b*t+c
ꢀꢀꢀ
(7.1)
[0037]
a、b、c均为拟合参数。
[0038]
优选的，震后维修费用的计算方法基于构件的全桥维修费用估计方法，即通过对每个构件的维修费用求和得到，如下公式所示：
[0039][0040]
式中：c
d/id
为全桥维修成本；nc为构件类型总数；n
cd
为同类构件的损伤类型总数；n
cde
为同类构件同一损伤类型下的构件总数；r[]为一定的维修标准下采取不同策略的成本计算函数；λ
cd
(l)为c类构件损伤类型d和损伤状态l下的构件地震风险概率值，根据式(8.1)确定，a
cdk
(l)为c类构件在损伤类型d和损伤状态l下选取维修方法k的概率；
[0041]
优选的，所述的不同阶段的年均成本风险时变分布曲线根据不同阶段计算得到的风险值依照以下公式进行拟合，得到不同阶段的年均成本风险时变分布曲线公式如下：
[0042][0043]
a1、a2、a3、b1、b2、c1、c2、d分别为施工阶段和运营阶段的风险成本随时间的拟合参数，t表示施工阶段的持续时间。
[0044]
优选的，对施工阶段的地震风险时变曲线积分得到施工阶段风险值，计算其在全生命周期中的风险值占比；模拟不同施工时间下的施工地震风险值占比，占比值超过q％时的施工时间为施工地震风险预警值，k的取值按投资方需求或有关规范进行界定；
[0045]
风险计算公式如下：
[0046][0047]
λ为风险值，t0为持续时间；
[0048]
施工地震风险预警值公式如下：
[0049]
t
λq
＝t(λs/λ＞q％)
ꢀꢀꢀ
(10.2)
[0050]
t
λq
是施工地震风险预警值，t(λs/λ＞q％)是施工阶段风险λs占总风险为q％时对应的施工时间。
[0051]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0052]
(1)本发明提供的技术方案考虑了桥梁的施工阶段和施工方法，针对不同的桥梁与不同的施工工艺更为准确的评估了桥梁的地震风险成本。
[0053]
(2)本发明提供的技术方案考虑了桥梁所在地的地震区划和大气环境的影响，为不同地震区，不同气候的桥梁进行因地制宜的桥梁地震风险评估，有广泛的地域适用性。
[0054]
(3)本发明提供的技术方案对桥梁地震风险概率较为明确的把桥梁不同阶段的损伤概率分布和风险分布在整个生命周期的变化用拟合曲线进行表示，简洁直观。
[0055]
(4)本发明提供的技术方案对桥梁震害的预算评估方案灵活度高，能根据不同的地区的标准和施工进度安排进行调整计算，比较不同建设计划的风险差异。
[0056]
(5)本技术方案提供的施工预警值，对施工阶段的抗震风险可接受范围提供参考，通过该预警值可以调整施工时间，在一定程度上减少桥梁地震风险。
附图说明
[0057]
图1为本发明的方法的流程图。
[0058]
图2为本发明的不同施工方法建设桥梁示意图。
[0059]
图3为本发明的钢筋锈蚀面积变化图。
[0060]
图4为本发明的桥梁构件能力退化模型。
[0061]
图5为本发明的桥梁构件地震概率需求模型
[0062]
图6为不同阶段桥墩关键部位易损性曲线。
[0063]
图7为构件地震风险概率值拟合曲线。
[0064]
图8为全生命周期桥梁抗震风险年均分布曲线。
[0065]
图9为不同施工方法的桥梁抗震风险年均分布比较。
[0066]
图10为全生命周期桥梁抗震风险值比例图。
[0067]
图11不同工况下全生命周期桥梁抗震风险值对比。
[0068]
图12不同施工计划时间下施工地震风险占比模拟图。
具体实施方式
[0069]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0070]
实施例1
[0071]
如图1所示的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，包括
[0072]
s1：确定桥梁建设方案的基本要素；所述基本要素包括桥梁类型、施工方法、桥梁大气环境，桥地址烈度区划和桥梁使用年限；
[0073]
s2：依据桥梁类型和桥梁对应的施工方法建立多阶段有限元模型；
[0074]
s3：所述桥梁环境包括地震环境和大气环境；依据桥梁的地震环境建立地震灾害曲线；依据桥梁的大气环境建立桥梁内部钢筋退化模型；
[0075]
s4：所述多阶段有限元模型通过云图法对所有模型计算非线性时程响应后，与地震灾害曲线的地震波对数拟合后建立概率地震需求模型；
[0076]
s5：所述钢筋退化模型结合桥梁的使用年限依据材料劣化模型计算得到构件能力退化模型；
[0077]
s6：所述概率地震需求模型与构件能力退化模型结合，并依次计算退化后构件的地震响应，更新需求模型，并绘制易损曲线与地震风险曲线卷积相乘得到桥梁多阶段地震风险概率分布模型；
[0078]
s7：绘制桥梁全生命周期桥梁地震风险时变曲线；将桥梁震害预算清单中的费用数据和震害损伤带来的维修时间数据导入桥梁全阶段性损伤概率分布公式，通过条件概率运算得到桥梁地震灾害直接成本和间接成本时变曲线；
[0079]
s8：对施工因素地震风险预警值进行评估；通过工期计划对桥梁完工时间的预设，以桥梁的地震灾害成本时变曲线对施工阶段的积分占全生命周期的一定百分比比的完工时间作为预警值，施工时间大于预警值时间，则表明该施工过程中的地震风险需引起重视，应采取相关的抗震措施以减少损失。
[0080]
多阶段桥梁模型包括桥梁的施工期和运营期；施工期按施工计划将桥梁施工过程划分为多个阶段，并模拟相应结构的有限元模型；运营期根据桥梁使用年限内不同年份下材料老化的强度，划分建立不同老化程度的桥梁有限元模型。
[0081]
多阶段有限元模型通过opensees公式进行数值模拟；地震灾害曲线通过当地地震频率记录线性拟合得到；依据地震灾害曲线，通过云图法将计算出每个地震波下桥梁结构的地震响应，并通过回归分析得到概率地震需求模型；对构件各阶段的结构地震概率需求和施工过程中以关键工况划分进行非线性时程分析，得到分阶段的概率地震需求模型(psdm)：
[0082]him
(im)＝k0im-k
ꢀꢀꢀ
(3.1)
[0083]
sd(i)＝a(i)(im)
b(i)
ꢀꢀꢀ
(3.2)
[0084]
其中，k0、k、a、b、c是拟合系数；im代表每条地震波的强度，选用每条地震波中的最大加速度作为拟合的数据；i表示在不同的阶段进行计算；其中，h
im
代表当地记录的强度为im的地震发生的概率；sd代表每条地震波作用下结构通过计算得到的结构产生的位移、曲率变形等地震响应，作为结构在地震作用下的需求。
[0085]
材料劣化模型包括钢筋强度时变模型；
[0086]
所述钢筋强度时变模型，引入钢筋发生锈蚀的参数，并引入计算桥梁截面损失率的时变特性的数学模型：
[0087][0088]
a0为钢筋锈蚀尚未发生时的钢筋截面面积：a(t)表示钢筋锈蚀发生后的钢筋截面面积；
[0089]
a(t)＝a
0-r
corr
(t-ti)
ꢀꢀꢀ
(4.2)
[0090]
ti代表钢筋开始腐蚀的时间，钢筋锈蚀是在混凝土保护层失效后开始的，一般环境下ti取10年，沿海环境为6年；
[0091]rcorr
为钢筋腐蚀速度计算公式参考stewat得到：
[0092][0093]
其中w/c是混凝土制作中的水灰比，c是混凝土保护层厚度；
[0094]
构件能力退化模型根据钢筋强度时变模型数据计算截面能力得到，以十年为跨度计算历年截面退化后的能力，作为多阶段易损性分析的能力样本。
[0095]
桥梁各阶段的易损性曲线与地震灾害曲线卷积运算得到该阶段下桥梁地震风险的概率值；再根据不同阶段的概率值随时间的变化情况按以下形式进行非线性拟合得到以时间为变量桥梁损伤概率曲线计算公式如下：
[0096]
p(t)＝a*t
1.5
+b*t+c
ꢀꢀꢀ
(7.1)
[0097]
a、b、c均为拟合参数。
[0098]
震后维修费用的计算方法基于构件的全桥维修费用估计方法，即通过对每个构件的维修费用求和得到，如下公式所示：
[0099][0100]
式中：c
d/id
为全桥维修成本；nc为构件类型总数；n
cd
为同类构件的损伤类型总数；n
cde
为同类构件同一损伤类型下的构件总数；r[]为一定的维修标准下采取不同策略的成本计算函数；λ
cd
(l)为c类构件损伤类型d和损伤状态l下的构件地震风险概率值，根据式(8.1)确定，a
cdk
(l)为c类构件在损伤类型d和损伤状态l下选取维修方法k的概率；
[0101]
不同阶段的年均成本风险时变分布曲线根据不同阶段计算得到的风险值依照以下公式进行拟合，得到不同阶段的年均成本风险时变分布曲线公式如下：
[0102][0103]
a1、a2、a3、b1、b2、c1、c2、d分别为施工阶段和运营阶段的风险成本随时间的拟合参数，t表示施工阶段的持续时间。
[0104]
对多阶段有限元模型进行非线性分析得到概率地震需求模型，在不同构件能力退化状态下重复计算模型，绘制不同阶段的易损性曲线，易损性曲线再分别与地震灾害模型
卷积运算，得到地震损伤风险概率分布，阶段i下的地震损伤风险概率值的计算公式如下；
[0105][0106]
pi[sd≥sc|im]表示一定地震强度im下，结构地震产生的响应损伤状态d发生的概率分布函数；具体展开如下：
[0107][0108]
i表示在阶段i下，βd是该阶段计算地震概率需求模型拟合结果和实际值之间的标准差；dh
im
(im)表示通过当地地震频率记录线性拟合得到的地震灾害曲线的导数。
[0109]
对施工阶段的地震风险时变曲线积分得到施工阶段风险值，计算其在全生命周期中的风险值占比；模拟不同施工时间下的施工地震风险值占比，占比值超过q％时的施工时间为施工地震风险预警值，k的取值按投资方需求或有关规范进行界定；
[0110]
风险计算公式如下：
[0111][0112]
λ为风险值，t0为持续时间；
[0113]
施工地震风险预警值公式如下：
[0114]
t
λq
＝t(λs/λ＞q％)
ꢀꢀꢀ
(10.2)
[0115]
t
λq
是施工地震风险预警值，t(λs/λ＞q％)是施工阶段风险λs占总风险为q％时对应的施工时间。
[0116]
实施例2
[0117]
选择一座广泛建造的三跨混凝土连续梁桥。桥梁的跨径布置为(65m+98m+65m)。墩高21.5m，为墩底6.4m
×
2.5m的“y”形矩形柱。主梁采用主梁采用波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁，混凝土采用c50，波形钢腹板采用q345d。桥墩混凝土为c40，钢筋采用hrb400。主墩支座为qz系列球形支座。
[0118]
如图2所示该桥建设阶段的几种可选的施工方法：图2(a)为满堂支架法；图2(b)为预制吊装法；图2(c)为悬臂浇筑法。
[0119]
建立有限元模型，进行非线性时程分析：如图3所示。
[0120]
计算出本技术的钢筋锈蚀面积变化图。所需数据计算方法如下
[0121]
腐蚀速度，w/c为混凝土制作中的水灰比取0.41，c为混凝土保护层厚度40mm，代入公式(4.6)，求出腐蚀速度，此外此值在沿海地区可以取0.005m，内陆干燥地区取0.001m作为参考。
[0122]
钢筋开始腐蚀的时间，在混凝土保护层失效后开始，一般环境下取10年，沿海环境为6年；
[0123]
将腐蚀速度和开始腐蚀的时间代入分别代入公式(4.5)和式(4.4)，联立得到材料的强度退化数据即钢筋锈蚀面积变化图。
[0124]
如图4所示，通过材料时变模型数据用xtract软件计算出截面能力时变模型。
[0125]
如图5所示，不同的截面能力下的模型用非线性时程分析结果建立桥梁构件概率
地震需求模型，结果得到时程分析数据和地震动的线性拟合值，如下表：
[0126][0127]
如图6所示，根据各年的拟合结果代入易损性公式计算出不同工况，不同年份的桥墩底部四类损伤状态易损性曲线。
[0128]
采用用公式(6.1)与当地地震概率分布进行卷积运算得到不同阶段地震风险概率值pf[0129]
根据式(7.1)拟合并得到构件地震风险概率值拟合分布；结果如图7
[0130]
采用公式(6.1)进行风险成本计算：生命周期桥梁地震风险成本＝桥梁各阶段地震损伤概率*震害修理成本；
[0131]
依据上述公式，将数值带的风险成本，得到悬臂浇筑法施工全生命周期桥梁地震风险成本拟合分布如图8所示；
[0132]
重复以上步骤，不同施工方法的计算结果如图9。
[0133]
对风险成本的拟合结果采用公式(7.1)不同阶段对时间积分，算出风险值，λ
id
是间接成本，时间的损失，λd是直接成本如图10。
[0134]
模拟不同施工时间下的施工风险占总风险的比值如图11，对计算结果进行多工况模拟如图12，确定施工地震风险预警时间如下表：
[0135][0136][0137]
正如上述所述，不同阶段的桥梁地震风险分析结果是随多种因素而改变的，试探究桥梁地震风险成本对不同因素的敏感性。施工阶段桥梁地震风险的主要影响因素是施工方法，而运营阶段的主要影响因素是桥梁所处的环境，包括该所在地的地震频率，大气环境，氯离子含量(沿海地区)等。
[0138]
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及
的权利要求。
[0139]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0140]
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

技术特征：
1.一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，包括s1：确定桥梁建设方案的基本要素；所述基本要素包括桥梁类型、施工方法、桥梁大气环境，桥地址烈度区划和桥梁使用年限；s2：依据桥梁类型和桥梁对应的施工方法建立多阶段有限元模型；s3：所述桥梁环境包括地震环境和大气环境；依据桥梁的地震环境建立地震灾害曲线；依据桥梁的大气环境建立桥梁内部钢筋退化模型；s4：所述多阶段有限元模型通过云图法对所有模型计算非线性时程响应后，与地震灾害曲线的地震波对数拟合后建立概率地震需求模型；s5：所述钢筋退化模型结合桥梁的使用年限依据材料劣化模型计算得到构件能力退化模型；s6：所述概率地震需求模型与构件能力退化模型结合，并依次计算退化后构件的地震响应，更新需求模型，并绘制易损曲线与地震风险曲线卷积相乘得到桥梁多阶段地震风险概率分布模型；s7：绘制桥梁全生命周期桥梁地震风险时变曲线；将桥梁震害预算清单中的费用数据和震害损伤带来的维修时间数据导入桥梁全阶段性损伤概率分布公式，通过条件概率运算得到桥梁地震灾害直接成本和间接成本时变曲线；s8：对施工因素地震风险预警值进行评估；通过工期计划对桥梁完工时间的预设，以桥梁的地震灾害成本时变曲线对施工阶段的积分占全生命周期的一定百分比比的完工时间作为预警值，施工时间大于预警值时间，则表明该施工过程中的地震风险需引起重视，应采取相关的抗震措施以减少损失。2.根据权利要求1所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，所述多阶段桥梁模型包括桥梁的施工期和运营期；所述施工期按施工计划将桥梁施工过程划分为多个阶段，并模拟相应结构的有限元模型；所述运营期根据桥梁使用年限内不同年份下材料老化的强度，划分建立不同老化程度的桥梁有限元模型。3.根据权利要求2所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，所述多阶段有限元模型通过opensees公式进行数值模拟；所述地震灾害曲线通过当地地震频率记录线性拟合得到；依据地震灾害曲线，通过云图法将计算出每个地震波下桥梁结构的地震响应，并通过回归分析得到概率地震需求模型；对构件各阶段的结构地震概率需求和施工过程中以关键工况划分进行非线性时程分析，得到分阶段的概率地震需求模型(psdm)：h
im
(im)＝k0im-k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3.1)s
d
(i)＝a(i)(im)
b(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3.2)其中，k0、k、a、b、c是拟合系数；im代表每条地震波的强度，选用每条地震波中的最大加速度作为拟合的数据；i表示在不同的阶段进行计算；其中，h
im
代表当地记录的强度为im的地震发生的概率；s
d
代表每条地震波作用下结构通过计算得到的结构产生的位移、曲率变形等地震响应，作为结构在地震作用下的需求。4.根据权利要求3所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，所述材料劣化模型包括钢筋强度时变模型；所述钢筋强度时变模型，引入钢筋发生锈蚀的参数，并引入计算桥梁截面损失率的时
变特性的数学模型：a0为钢筋锈蚀尚未发生时的钢筋截面面积：a(t)表示钢筋锈蚀发生后的钢筋截面面积；a(t)＝a
0-r
corr
(t-t
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4.2)t
i
代表钢筋开始腐蚀的时间，钢筋锈蚀是在混凝土保护层失效后开始的，一般环境下t
i
取10年，沿海环境为6年；r
corr
为钢筋腐蚀速度计算公式参考stewat得到：其中w/c是混凝土制作中的水灰比，c是混凝土保护层厚度。5.根据权利要求4所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，所述的构件能力退化模型根据钢筋强度时变模型数据计算截面能力得到，以十年为跨度计算历年截面退化后的能力，作为多阶段易损性分析的能力样本。6.根据权利要求5所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，对多阶段有限元模型进行非线性分析得到概率地震需求模型，在不同构件能力退化状态下重复计算模型，绘制不同阶段的易损性曲线，易损性曲线再分别与地震灾害模型卷积运算，得到地震损伤风险概率分布，阶段i下的地震损伤风险概率值的计算公式如下；p
i
[s
d
≥s
c
|im]表示一定地震强度im下，结构地震产生的响应损伤状态d发生的概率分布函数；具体展开如下：i表示在阶段i下，β
d
是该阶段计算地震概率需求模型拟合结果和实际值之间的标准差；dh
im
(im)表示通过当地地震频率记录线性拟合得到的地震灾害曲线的导数。7.根据权利要求5所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，所述桥梁各阶段的易损性曲线与地震灾害曲线卷积运算得到该阶段下桥梁地震风险的概率值；再根据不同阶段的概率值随时间的变化情况按以下形式进行非线性拟合得到以时间为变量桥梁损伤概率曲线计算公式如下：p(t)＝a*t
1.5
+b*t+c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7.1)a、b、c均为拟合参数。8.根据权利要求6所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，震后维修费用的计算方法基于构件的全桥维修费用估计方法，即通过对每个构件的维修费用求和得到，如下公式所示：
式中：c
d/id
为全桥维修成本；n
c
为构件类型总数；n
cd
为同类构件的损伤类型总数；n
cde
为同类构件同一损伤类型下的构件总数；r[]为一定的维修标准下采取不同策略的成本计算函数；λ
cd
(l)为c类构件损伤类型d和损伤状态l下的构件地震风险概率值，根据式(8.1)确定，a
cdk
(l)为c类构件在损伤类型d和损伤状态l下选取维修方法k的概率。9.根据权利要求7所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，所述的不同阶段的年均成本风险时变分布曲线根据不同阶段计算得到的风险值依照以下公式进行拟合，得到不同阶段的年均成本风险时变分布曲线公式如下：a1、a2、a3、b1、b2、c1、c2、d分别为施工阶段和运营阶段的风险成本随时间的拟合参数，t表示施工阶段的持续时间。10.根据权利要求6所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法，其特征在于，对施工阶段的地震风险时变曲线积分得到施工阶段风险值，计算其在全生命周期中的风险值占比；模拟不同施工时间下的施工地震风险值占比，占比值超过q％时的施工时间为施工地震风险预警值，k的取值按投资方需求或有关规范进行界定；风险计算公式如下：λ为风险值，t0为持续时间；施工地震风险预警值公式如下：t
λq
＝t(λ
s
/λ＞q％)
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(10.2)t
λq
是施工地震风险预警值，t(λ
s
/λ＞q％)是施工阶段风险λs占总风险为q％时对应的施工时间。

技术总结
本发明属于建筑施工技术领域，具体公开了一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法。该方法通过对桥梁的施工方法、工期长短、桥梁所在地的大气环境，以及地震区划等因素综合考虑。建立桥梁多阶段地震风险概率分布模型，并将桥梁震害预算清单中的费用数据和震害损伤带来的维修时间数据导入桥梁全阶段性损伤概率分布公式，通过条件概率运算得到桥梁地震灾害直接成本和间接成本时变曲线。这不仅能够对桥梁全生命周期的地震风险成本进行预估，而且为桥梁建设投资方提供更为准确的地震风险成本评估，为投资决策提供参考。为投资决策提供参考。为投资决策提供参考。


技术研发人员：钟剑 毛永恒 吴乔飞 陈亮 郑香林 徐伟 汪亦显 李瑾 张颖 胡加夫 赵宏飞 王钰珺
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1