【研究计划】韧...通基础设施背景下的在役桥梁抗震韧性评估及优化研究

图1 全球地区多危险交通基础设施分布情况Koks等人于《Nature Communications》上发表关于“全球公路和铁路基础设施资产多风险风险分析”的联合研究成果[6]。该研究将全球范围内的公路和铁路资产和自然灾害信息结合起来，形成了全球基础设施自然灾害风险的解决方案。研究发现，全球约27%的公路和铁路资产至少面临着一种自然灾害，尤其是对于洪水、热带气旋、地震等重大灾害敏感度较高。我国更是自然灾害风险大国，公路和铁路规模仅占全球公路和铁路总里程的6%，但预期风险损失却高达全球总损失的24%，预计我国每年公路、铁路基础设施风险损失为31-73亿美元。图1为全球地区多危险交通基础设施分布情况，由图1可以看出我国的交通基础设施面对的自然灾害风险十分严峻。为降低经济损失，发达国家或国际组织对于韧...通建设形成了交通基础设施风险敏感度、韧...通建设必要性、韧...通建设效益等三方面共识，积极发展韧...通基础设施。根据发达国家或国际组织的研究和实践，韧...通可以定义为，交通基础设施能够预测和适应不断变化的自然环境，具有较高的可靠性和必要的冗余性，能够承受、应对突发事件并实现快速恢复。即韧...通系统一般具有四个主要特性（4R）：可靠性(Reliability)、冗余性(Redundancy)、鲁棒性(Robustness)和可恢复性(Recoverability)，韧性系统性能示意图如图2所示[7]。

图2 韧性系统性能示意图可靠性即在日常及突发情况下保持通行能力，它可以是测量系统性能的扰动前或扰动后的度量标准。冗余度表示系统的某些部分在不影响系统本身性能的情况下接管故障部分的功能的能力，在交通方面，冗余度通常被视为在起点和目的地之间存在可选的路线，一个交通系统的冗余度越大，它的韧性越强。鲁棒性通常表示在承受干扰后系统所能保持使用功能的能力。可恢复性在韧...通中被研究得最多，其被定义为交通系统在扰动后及时恢复的能力，可恢复性被认为是安全健康的交通运输系统的一个重要特征。针对这些定义，国内外许多学者也提出了对各个特性的评价指标[8-15]。近些年来，世界银行、联合国、美国、英国和日本家倡导并积极创建韧...通，已取得了一些研究进展和突破。我国近期也在韧...通建设领域也做出了积极探索，2019年交通运输部发布《国家综合立体交通网指标框架》，其中将“交通网韧性”作为系统指标之一。作为统领我国未来交通发展的指导性文件，《交通强国建设纲要》也对“韧...通”系统建设提出了具体要求：要建设现代化高质量综合立体交通网络，实现立体互联，增强系统弹性。故现阶段对韧...通基础设施进行理论方法研究是十分由必要的。

图3 韧...通内涵图如图3所示，韧...通的内涵即为预先准备、抵御吸收、响应适应和快速恢复四个方面，即在扰动前做好充足的预案准备或可靠性设计，在扰动发生时能够拥有一定的抵抗能力并能快速响应做出适当的应急措施，在扰动结束后能迅速实现系统功能的恢复。从既有国际上韧...通理论及建设实践情况来看，基础设施韧性的提升主要分为两类：一类为路网级基础设施韧性提升，一类为工程级基础设施韧性提升。路网级基础设施韧性提升主要聚焦于从系统运行的维度去对基础设施进行优化，更具韧性的基础设施网络优势在于提供的运输服务可靠性更高。工程级基础设施韧性提升主要聚焦于路网关键工程节点，对其进行风险性进行评估及并对高风险结构进行性能优化，从而降低灾害对经济及社会的影响。总的来说目前我国对韧...通的研究仍处在初步阶段，还有较多的研究工作可以完成。例如建立交通基础设施韧性评估基础理论与技术，形成路网级和工程级基础设施韧性提升方法；形成交通系统功能损失与交通迟滞精准评估技术和灾变情况下基础设施系统恢复决策技术；交通基础设施韧性评估与风险防控仿真系统研发；提出交通基础设施韧性设计理论与方法等都值得研究人员进一步研究。(二)桥梁抗震韧性评估及优化设计研究现状桥梁作为交通基础设施的控制工程，是抗震救灾的生命线工程之一[16]。其抗震性能及震后可修复性能对震后交通运输具有着重要影响。桥梁韧性研究是韧...通基础设施研究不可或缺的一部分，拥有较好的路网级桥梁韧性可以在桥梁发生破坏时提供其余路线通行，从而保障交通的畅通；拥有较好的工程级桥梁韧性可以在桥梁发生破坏时让桥梁拥有更好的抗震性能和可修复性，从而利用更短的时间迅速能让受灾桥梁恢复使用功能。本课题拟在我国现有的发展韧...通基础设施的大背景之下，对地震作用下现有交通体系中的在役桥梁进行韧性评估及优化设计。桥梁的抗震韧性主要由社区抗震韧性的概念发展而来的。2003年，Bruneau等[17]首次提出了社区抗震韧性的概念以及其评价框架，将社区的抗震韧性定义为“社会单元（例如，团体或者社区）缓和地震危险，包容震灾影响并在自我恢复时将社会受到的干扰降到最低且减轻震灾长期影响的能力”，其目标为实现“降低失效概率、减少失效损失、减短恢复时间”。Chang等[18]提出了一种社区抗震韧性指标的定义方法，即采用给定地震动强度范围下功能损失的累计超越概率作为韧性指标。Manyena等[19]将抗震韧性重新定义为“系统、社区或社会在遭受预设的干扰下通过改变自身的非必要属性来适应、生存并自我修复的内在能力”，并将脆弱性与韧性做了对比联系，认为韧性是人和结构作为一个整体的能力。通过Bruneau等形成的韧性理论，国内外的学者将韧性的概念引用到交通系统研究中，但研究方法各有不同，主要分为对桥梁结构单体抗震韧性的研究和对整个交通网络进行系统性研究。桥梁结构单体抗震韧性主要研究对象为桥梁个体资产，对应工程级桥梁抗震韧性，近些年来不少国外学者对此进行了研究。Kiremidjian Anne等[20]利用旧金山湾区作为试验基地，估计了场地效应对桥梁破坏的影响，包括对桥梁维修成本的评估以及通过出行时间延误来表示交通网络性能损失的评估。Dong等[21]提出了主震及余震作用下公路桥梁抗震性能概率评估的框架。研究了地震作用下桥梁的概率直接损失、间接损失和韧性。并在此基础上提出了基于MSAS序列的桥梁地震风险与韧性评估的概率框架。通过特定损伤状态的维修费用乘以获得修理费用的概率计算出相应的维修费用，从而对灾后损失进行度量。Venkittaraman等[22]对公路桥梁的抗震韧性进行了评价。为了减轻桥梁在地震作用下受到的破坏所带来的损失，选择了桥梁改造策略，使改造不仅提高了桥梁的抗震性能，而且提高了由这些桥梁组成的系统的韧性。作为桥梁抗震韧性评价的基础，针对桥梁结构单体抗震韧性的韧性评价指标的研究也随着对桥梁结构单体抗震韧性研究增多而发展。Frangopol等[23]提出了一个针对桥梁抗震韧性的评价指标，该指标与桥梁的通车能力相联系。Bocchini等[24]，Deco等[25]，Karamlou等[26]将桥梁地震易损性转化为桥梁的损失概率，并进一步探讨了桥梁的抗震韧性评估。Gidaris等[27]研究了高速公路桥梁的功能恢复模型，继而对主余震下的桥梁抗震韧性进行了分析研究[28]。Karamlou等借鉴桥梁地震易损性曲面的概念，提出了易损性-功能曲面[29]。基于桥梁对整个交通网络进行系统性抗震韧性研究近些年来也得到了很好的发展。Twumasi-Boakye等[30]通过场景下的交通系统建模并结合了GIS技术揭示了桥梁等交通系统的基础设施在极端事件中的风险性并确定了受此风险影响的区域网络，并制定了交通区域网络的韧性评估框架。确定并量化了评价交通网络韧性的实用指标，并制定了确定在灾难中区域网络的受影响较严重的地区。Sextos和Kilanitis[31]通过对更加广泛的网络分析而非单一的结构评估进行了公路桥梁和立交桥地震破坏的总体损失估计。Kilanitis和Sextos [32]考虑到网络对地震荷载的韧性反应，建立了一个综合的、多准则的框架，以减轻社区未来因地震事件而可能遭受的总体损失。Reed等[33]，Ouyang等[34]，Barker等[35]，Paredes等[36]也从不同角度研究了网络的抗震韧性。除对单一地震情况下的抗震韧性进行分析外，研究学者们对多重灾害下的抗震韧性的研究也愈发重视，多重灾害更符合真实桥梁所处的运行环境。Dong等[37,38]考虑了桥梁在环境腐蚀作用下的抗震韧性结果。之后，Zhu等[39]研究了桥梁结构在寿命周期内考虑强度退化的地震风险。Capacci和Biondini[40]等提出了一种考虑不同地震场景下老化桥梁寿命结构响应不确定性的概率方法来评估交通网络的抗震韧性。随着近些年中国学者逐渐开始重视韧...通基础设施，关于桥梁抗震韧性的研究工作也在逐步推进。吕大刚等[41-43]对结构的易损性进行了比较全面的研究，为桥梁抗震韧性评价指标提供了参考。刘洋等[44-51]基于易损性和功能损失模型对钢-混组合梁桥近场地震作用下的风险与韧性进行了评估。刘振亮[52-54]将城市桥梁网络重要性的影响因素分为拓扑性和功能性两类，并从定性和定量两个方面研究了桥梁在地震下损伤与功能的关系；最后，利用从城市桥梁网络震后交通的效率性和通行能力两个角度出发分析了城市桥梁网络抗震性能。王凯华[55]以唐山市交通系统为研究对象，考虑城市复杂立交桥节点在地震中的破坏，提出基于匝道功能的空间耦合模型得到立交桥损伤-功能关系。利用交通流信息进行OD反推，采用系统总通行时间为指标的功能函数和饱和指数对系统功能损失判断与抗震韧性分析。Huang等[56]研究了腐蚀作用下的钢筋混凝土桥墩的抗震韧性性能。对于结构提高抗震韧性的概念，可以分为硬韧性与软韧性两种[57]。其中，硬韧性是指结构通过例如增加强度减小倒塌概率等方法提升抗震韧性，软韧性是指结构自身不做改变的情况下，依靠所处系统的适应能力来提高结构的抗震韧性。故对桥梁结构单体抗震韧性进行设计优化属于硬韧性优化，对交通网络进行系统性抗震韧性优化属于软韧性优化。为了提高交通系统的抗震韧性，Bocchini等[58]提出了一个基于韧性的框架，以确定受损桥梁的地震最优恢复序列。Dong等[59]应用遗传优化算法，获得了在役桥梁交通网络中各桥的最优恢复序列。Hu等[60]提出了一种基于韧性的多级设防的钢筋混凝土公路桥梁最优抗震设计方法，通过调整各种桥梁构件的损伤等级，从而以最小化材料成本，最大限度地提高桥梁的抗震韧性。Tan等[61]基于吕西林等[62]提出的抗震韧性结构，以一混合式桥墩为例对桥梁的构件提出了四水准抗震韧性优化设计。综上所述，提高交通系统的抗震韧性大致可以从系统、结构、构件三个角度进行提升，其中系统层次的提升属于软韧性优化，结构和构件层次的提升属于硬韧性优化。综合分析目前桥梁抗震韧性评估及优化设计的研究现状，当前的研究工作主要有以下不足之处：其一，目前针对桥梁的抗震韧性评价往往缺乏实验与监测数据的验证，分析结果的可靠性有待加强，怎样应用新型信息技术对在役桥梁进行监测从而优化风险模型提高模型可靠性是值得研究的；其二，针对多灾害（刚度退化、锈蚀）与地震共同作用的抗震韧性评估和优化设计的研究还不够；其三，一般针对桥梁的抗震韧性评价和优化往往是软韧性和硬韧性层面分开考虑的，不能很好的体现软硬韧性的整体协作性能；其四，新型的抗震韧性结构和抗震韧性构件应该更多的被研究和使用，以用于优化交通系统的抗震韧性。(三)在役桥梁抗震韧性评估及优化设计研究的重要性研究在役桥梁抗震韧性评估及优化设计，有利于对我国“韧...通基础设施”工作的推进，对我国震后交通系统的运行及恢复有着重要意义，能更好地开展受灾地区的抗震救灾工作。其中在役桥梁即要考虑桥梁的刚度退化及锈蚀等受灾因子对桥梁抗震韧性的影响，对桥梁抗震韧性多灾害情况下的研究具有推进作用。本科学研究拟对某区域的桥梁进行系统和结构两个层次的抗震韧性评估及优化设计，重点研究系统和结构层次的协同作用，为其余地区的在役桥梁抗震韧性评估及优化设计提供参考。(四)研究方案1.研究内容（1）区域在役桥梁网络抗震韧性评估及优化设计构建桥梁网络抗震韧性评估方法框架，初步拟定运用LODFE和DFM方法对区域桥梁地震进行损伤评估，提出桥梁网络拓扑模型，分析桥梁网络交通需求，对网络交通流进行分配。结合桥梁网络整体功能韧性指标、重要子系统功能韧性指标以及应对其它突发灾害事件的功能韧性指标，最终对选定区域桥梁网络综合抗震韧性评估指标，对桥梁网络抗震性能进行评估并对交通网络进行优化设计。（2）在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估及优化设计参考前一部分对选定区域桥梁网络进行地震倒塌风险概率评估，选出地震倒塌风险较高的关键工程节点，对关键工程进行基于混合易损性与功能损失的地震风险与抗震韧性评估，并对在役桥梁网络关键工程进行优化设计。（3）考虑在役桥梁的刚度退化和锈蚀后的抗震韧性评估及优化设计对选定区域桥梁网络中的旧桥老桥进行梳理，对其基本参数进行监测，建立桥梁网络中的老旧桥管理体系，通过收集的老旧桥基本参数及风险性，提出考虑在役桥梁的刚度退化和锈蚀后的抗震韧性评估及优化设计方法。2.研究目标（1）提出一种区域在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计方案（2）提出一种在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估方法及优化设计方案（3）将系统和结构层次的抗震韧性评估及优化设计协同作用，从而令韧性设计更经济合理（4）提出了多灾害下的抗震韧性评估方法及优化设计方法3.拟解决的关键科学问题（1）桥梁抗震韧性评价指标以及评估方法（2）多灾害下桥梁抗震韧性的评价指标及评估方法（3）提升桥梁抗震韧性的优化设计方案（五）拟采取的研究方法、技术路线及其可行性分析1.拟采用的研究方法（1）文献研究法。研究前期，针对研究目标，查阅文献资料，大量收集有关桥梁抗震韧性评价、桥梁抗震优化设计、多灾害桥梁抗震韧性方面的文献资料，通过分析和借鉴他人的研究成果来更好地进行科学研究。（2）理论分析法。利用数学及风险学的相关知识，提出在役桥梁地震风险与韧性评估理论框架。（3）数值模拟法。建立关键工程的有限元模型，对关键工程进行易损性分析等与抗震韧性指标相关的数值模拟分析。2.拟采取的技术路线

图4 课题技术路线图3.可行性分析（1）国内外学者对相关领域的研究为本课题研究提供了参考。（2）申请人硕士阶段，主要研究桥梁抗震韧性方向，期间主要课题为《混合式多级抗震可修复桥墩抗震韧性研究》（毕业论文方向），主要通过设计抗震韧性构建提升桥梁抗震韧性，与本课题相关，硕士毕业论文课题现已发表SCI一篇，SCI在审1篇，参与国际会议并汇报一次，申请人具备一定的桥梁抗震韧性研究基础。（六）研究创新点1.提出一种区域在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计方案2.提出一种在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估方法及优化设计方案3.提出了多灾害下的抗震韧性评估方法及优化设计方法（七）研究计划及预期研究成果1.研究计划（1）在博一阶段，查阅韧...通基础设施课题相关领域的文献，对比现有的抗震韧性评估方法及优化设计方案，寻找课题的切入点，为开展在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计的研究打下基础。构建桥梁抗震韧性评估方法框架，为下一步的研究做准备。（2）在博二阶段，主要研究在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计方案以及在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估方法及优化设计方案，争取发表SCI论文2~3篇。（3）在博三阶段，参考已有的文献和资料，对多灾害下的抗震韧性评估方法及优化设计方法进行研究，争取发表SCI论文1~2篇。（4）在博四阶段，汇总研究成果，撰写、修改毕业论文。2.预期研究成果（1）提出在役桥梁抗震韧性评估及优化设计方法（2）在SCI及以上级别期刊发表论文数篇参考文献：[1] 增强交通基础设施“韧性”保障可持续发展“生命线”[N].杨超，同济大学中国交通研究院交通经济中心主任，欧洲安全、可靠性和数据协会基础设施韧性工程研究员，中国交通报，2019-08-21.[2] 杨超,唐鹏程,郝旭宽,等.韧...通建设实践与启示[J].综合运输,2021, 43(8):5.[3] 铁永波,张宪政,卢佳燕,梁京涛,王东辉,马志刚,李宗亮,鲁拓,石胜伟,刘民生,巴仁基,何龙江,张新克,甘伟,陈凯,高延超,白永健,龚凌枫,曾孝文,徐伟.四川省泸定县Ms6.8级地震地质灾害发育规律与减灾对策[J/OL].水文地质工程地质:1-13.[2022-09-23]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2202.P.20220915.1836.002.html[4] NguyenHoang Tien. 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一、研究主题：韧...通基础设施背景下的在役桥梁抗震韧性评估及优化研究二、研究设想：(一)韧...通基础设施研究背景交通运输是经济社会发展的基础性、先导性、战略性产业和服务性产业，影响着人们的福祉、国家经济前景和社会生活质量[1]。在日益复杂、动荡和不可预测的大环境下，不确定性及易变性已成为交通运行面临的新常态，自然灾害、政局变动、公共卫生、技术突破等各类事件势必会以更高的频率和强度出现，扰乱交通行业的稳定运行[2]。例如刚发生的泸定地震及其次生地质灾害导致重灾区大量桥梁、道路等基础设施损毁，多地处于孤岛状态，极大影响了救援工作的展开[3]。例如俄乌战争的爆发，令乌方众多交通枢纽瘫痪，民用航班停止运行，对其交通运输业有着较大的影响[4]。例如新冠疫情作为突发公共卫生事件虽然对交通系统的工程性不太会造成很大破坏，但对交通运能造成的影响非常巨大[5]。这些不可控因素极大地影响了经济的正常发展以及人们的日常生活，故应采取相应的措施积极应对不利因素对交通产生的影响是十分必要的。
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图1 全球地区多危险交通基础设施分布情况Koks等人于《Nature Communications》上发表关于“全球公路和铁路基础设施资产多风险风险分析”的联合研究成果[6]。该研究将全球范围内的公路和铁路资产和自然灾害信息结合起来，形成了全球基础设施自然灾害风险的解决方案。研究发现，全球约27%的公路和铁路资产至少面临着一种自然灾害，尤其是对于洪水、热带气旋、地震等重大灾害敏感度较高。我国更是自然灾害风险大国，公路和铁路规模仅占全球公路和铁路总里程的6%，但预期风险损失却高达全球总损失的24%，预计我国每年公路、铁路基础设施风险损失为31-73亿美元。图1为全球地区多危险交通基础设施分布情况，由图1可以看出我国的交通基础设施面对的自然灾害风险十分严峻。为降低经济损失，发达国家或国际组织对于韧...通建设形成了交通基础设施风险敏感度、韧...通建设必要性、韧...通建设效益等三方面共识，积极发展韧...通基础设施。根据发达国家或国际组织的研究和实践，韧...通可以定义为，交通基础设施能够预测和适应不断变化的自然环境，具有较高的可靠性和必要的冗余性，能够承受、应对突发事件并实现快速恢复。即韧...通系统一般具有四个主要特性（4R）：可靠性(Reliability)、冗余性(Redundancy)、鲁棒性(Robustness)和可恢复性(Recoverability)，韧性系统性能示意图如图2所示[7]。
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图2 韧性系统性能示意图可靠性即在日常及突发情况下保持通行能力，它可以是测量系统性能的扰动前或扰动后的度量标准。冗余度表示系统的某些部分在不影响系统本身性能的情况下接管故障部分的功能的能力，在交通方面，冗余度通常被视为在起点和目的地之间存在可选的路线，一个交通系统的冗余度越大，它的韧性越强。鲁棒性通常表示在承受干扰后系统所能保持使用功能的能力。可恢复性在韧...通中被研究得最多，其被定义为交通系统在扰动后及时恢复的能力，可恢复性被认为是安全健康的交通运输系统的一个重要特征。针对这些定义，国内外许多学者也提出了对各个特性的评价指标[8-15]。近些年来，世界银行、联合国、美国、英国和日本家倡导并积极创建韧...通，已取得了一些研究进展和突破。我国近期也在韧...通建设领域也做出了积极探索，2019年交通运输部发布《国家综合立体交通网指标框架》，其中将“交通网韧性”作为系统指标之一。作为统领我国未来交通发展的指导性文件，《交通强国建设纲要》也对“韧...通”系统建设提出了具体要求：要建设现代化高质量综合立体交通网络，实现立体互联，增强系统弹性。故现阶段对韧...通基础设施进行理论方法研究是十分由必要的。图3 韧...通内涵图如图3所示，韧...通的内涵即为预先准备、抵御吸收、响应适应和快速恢复四个方面，即在扰动前做好充足的预案准备或可靠性设计，在扰动发生时能够拥有一定的抵抗能力并能快速响应做出适当的应急措施，在扰动结束后能迅速实现系统功能的恢复。从既有国际上韧...通理论及建设实践情况来看，基础设施韧性的提升主要分为两类：一类为路网级基础设施韧性提升，一类为工程级基础设施韧性提升。路网级基础设施韧性提升主要聚焦于从系统运行的维度去对基础设施进行优化，更具韧性的基础设施网络优势在于提供的运输服务可靠性更高。工程级基础设施韧性提升主要聚焦于路网关键工程节点，对其进行风险性进行评估及并对高风险结构进行性能优化，从而降低灾害对经济及社会的影响。总的来说目前我国对韧...通的研究仍处在初步阶段，还有较多的研究工作可以完成。例如建立交通基础设施韧性评估基础理论与技术，形成路网级和工程级基础设施韧性提升方法；形成交通系统功能损失与交通迟滞精准评估技术和灾变情况下基础设施系统恢复决策技术；交通基础设施韧性评估与风险防控仿真系统研发；提出交通基础设施韧性设计理论与方法等都值得研究人员进一步研究。(二)桥梁抗震韧性评估及优化设计研究现状桥梁作为交通基础设施的控制工程，是抗震救灾的生命线工程之一[16]。其抗震性能及震后可修复性能对震后交通运输具有着重要影响。桥梁韧性研究是韧...通基础设施研究不可或缺的一部分，拥有较好的路网级桥梁韧性可以在桥梁发生破坏时提供其余路线通行，从而保障交通的畅通；拥有较好的工程级桥梁韧性可以在桥梁发生破坏时让桥梁拥有更好的抗震性能和可修复性，从而利用更短的时间迅速能让受灾桥梁恢复使用功能。本课题拟在我国现有的发展韧...通基础设施的大背景之下，对地震作用下现有交通体系中的在役桥梁进行韧性评估及优化设计。桥梁的抗震韧性主要由社区抗震韧性的概念发展而来的。2003年，Bruneau等[17]首次提出了社区抗震韧性的概念以及其评价框架，将社区的抗震韧性定义为“社会单元（例如，团体或者社区）缓和地震危险，包容震灾影响并在自我恢复时将社会受到的干扰降到最低且减轻震灾长期影响的能力”，其目标为实现“降低失效概率、减少失效损失、减短恢复时间”。Chang等[18]提出了一种社区抗震韧性指标的定义方法，即采用给定地震动强度范围下功能损失的累计超越概率作为韧性指标。Manyena等[19]将抗震韧性重新定义为“系统、社区或社会在遭受预设的干扰下通过改变自身的非必要属性来适应、生存并自我修复的内在能力”，并将脆弱性与韧性做了对比联系，认为韧性是人和结构作为一个整体的能力。通过Bruneau等形成的韧性理论，国内外的学者将韧性的概念引用到交通系统研究中，但研究方法各有不同，主要分为对桥梁结构单体抗震韧性的研究和对整个交通网络进行系统性研究。桥梁结构单体抗震韧性主要研究对象为桥梁个体资产，对应工程级桥梁抗震韧性，近些年来不少国外学者对此进行了研究。Kiremidjian Anne等[20]利用旧金山湾区作为试验基地，估计了场地效应对桥梁破坏的影响，包括对桥梁维修成本的评估以及通过出行时间延误来表示交通网络性能损失的评估。Dong等[21]提出了主震及余震作用下公路桥梁抗震性能概率评估的框架。研究了地震作用下桥梁的概率直接损失、间接损失和韧性。并在此基础上提出了基于MSAS序列的桥梁地震风险与韧性评估的概率框架。通过特定损伤状态的维修费用乘以获得修理费用的概率计算出相应的维修费用，从而对灾后损失进行度量。Venkittaraman等[22]对公路桥梁的抗震韧性进行了评价。为了减轻桥梁在地震作用下受到的破坏所带来的损失，选择了桥梁改造策略，使改造不仅提高了桥梁的抗震性能，而且提高了由这些桥梁组成的系统的韧性。作为桥梁抗震韧性评价的基础，针对桥梁结构单体抗震韧性的韧性评价指标的研究也随着对桥梁结构单体抗震韧性研究增多而发展。Frangopol等[23]提出了一个针对桥梁抗震韧性的评价指标，该指标与桥梁的通车能力相联系。Bocchini等[24]，Deco等[25]，Karamlou等[26]将桥梁地震易损性转化为桥梁的损失概率，并进一步探讨了桥梁的抗震韧性评估。Gidaris等[27]研究了高速公路桥梁的功能恢复模型，继而对主余震下的桥梁抗震韧性进行了分析研究[28]。Karamlou等借鉴桥梁地震易损性曲面的概念，提出了易损性-功能曲面[29]。基于桥梁对整个交通网络进行系统性抗震韧性研究近些年来也得到了很好的发展。Twumasi-Boakye等[30]通过场景下的交通系统建模并结合了GIS技术揭示了桥梁等交通系统的基础设施在极端事件中的风险性并确定了受此风险影响的区域网络，并制定了交通区域网络的韧性评估框架。确定并量化了评价交通网络韧性的实用指标，并制定了确定在灾难中区域网络的受影响较严重的地区。Sextos和Kilanitis[31]通过对更加广泛的网络分析而非单一的结构评估进行了公路桥梁和立交桥地震破坏的总体损失估计。Kilanitis和Sextos [32]考虑到网络对地震荷载的韧性反应，建立了一个综合的、多准则的框架，以减轻社区未来因地震事件而可能遭受的总体损失。Reed等[33]，Ouyang等[34]，Barker等[35]，Paredes等[36]也从不同角度研究了网络的抗震韧性。除对单一地震情况下的抗震韧性进行分析外，研究学者们对多重灾害下的抗震韧性的研究也愈发重视，多重灾害更符合真实桥梁所处的运行环境。Dong等[37,38]考虑了桥梁在环境腐蚀作用下的抗震韧性结果。之后，Zhu等[39]研究了桥梁结构在寿命周期内考虑强度退化的地震风险。Capacci和Biondini[40]等提出了一种考虑不同地震场景下老化桥梁寿命结构响应不确定性的概率方法来评估交通网络的抗震韧性。随着近些年中国学者逐渐开始重视韧...通基础设施，关于桥梁抗震韧性的研究工作也在逐步推进。吕大刚等[41-43]对结构的易损性进行了比较全面的研究，为桥梁抗震韧性评价指标提供了参考。刘洋等[44-51]基于易损性和功能损失模型对钢-混组合梁桥近场地震作用下的风险与韧性进行了评估。刘振亮[52-54]将城市桥梁网络重要性的影响因素分为拓扑性和功能性两类，并从定性和定量两个方面研究了桥梁在地震下损伤与功能的关系；最后，利用从城市桥梁网络震后交通的效率性和通行能力两个角度出发分析了城市桥梁网络抗震性能。王凯华[55]以唐山市交通系统为研究对象，考虑城市复杂立交桥节点在地震中的破坏，提出基于匝道功能的空间耦合模型得到立交桥损伤-功能关系。利用交通流信息进行OD反推，采用系统总通行时间为指标的功能函数和饱和指数对系统功能损失判断与抗震韧性分析。Huang等[56]研究了腐蚀作用下的钢筋混凝土桥墩的抗震韧性性能。对于结构提高抗震韧性的概念，可以分为硬韧性与软韧性两种[57]。其中，硬韧性是指结构通过例如增加强度减小倒塌概率等方法提升抗震韧性，软韧性是指结构自身不做改变的情况下，依靠所处系统的适应能力来提高结构的抗震韧性。故对桥梁结构单体抗震韧性进行设计优化属于硬韧性优化，对交通网络进行系统性抗震韧性优化属于软韧性优化。为了提高交通系统的抗震韧性，Bocchini等[58]提出了一个基于韧性的框架，以确定受损桥梁的地震最优恢复序列。Dong等[59]应用遗传优化算法，获得了在役桥梁交通网络中各桥的最优恢复序列。Hu等[60]提出了一种基于韧性的多级设防的钢筋混凝土公路桥梁最优抗震设计方法，通过调整各种桥梁构件的损伤等级，从而以最小化材料成本，最大限度地提高桥梁的抗震韧性。Tan等[61]基于吕西林等[62]提出的抗震韧性结构，以一混合式桥墩为例对桥梁的构件提出了四水准抗震韧性优化设计。综上所述，提高交通系统的抗震韧性大致可以从系统、结构、构件三个角度进行提升，其中系统层次的提升属于软韧性优化，结构和构件层次的提升属于硬韧性优化。综合分析目前桥梁抗震韧性评估及优化设计的研究现状，当前的研究工作主要有以下不足之处：其一，目前针对桥梁的抗震韧性评价往往缺乏实验与监测数据的验证，分析结果的可靠性有待加强，怎样应用新型信息技术对在役桥梁进行监测从而优化风险模型提高模型可靠性是值得研究的；其二，针对多灾害（刚度退化、锈蚀）与地震共同作用的抗震韧性评估和优化设计的研究还不够；其三，一般针对桥梁的抗震韧性评价和优化往往是软韧性和硬韧性层面分开考虑的，不能很好的体现软硬韧性的整体协作性能；其四，新型的抗震韧性结构和抗震韧性构件应该更多的被研究和使用，以用于优化交通系统的抗震韧性。(三)在役桥梁抗震韧性评估及优化设计研究的重要性研究在役桥梁抗震韧性评估及优化设计，有利于对我国“韧...通基础设施”工作的推进，对我国震后交通系统的运行及恢复有着重要意义，能更好地开展受灾地区的抗震救灾工作。其中在役桥梁即要考虑桥梁的刚度退化及锈蚀等受灾因子对桥梁抗震韧性的影响，对桥梁抗震韧性多灾害情况下的研究具有推进作用。本科学研究拟对某区域的桥梁进行系统和结构两个层次的抗震韧性评估及优化设计，重点研究系统和结构层次的协同作用，为其余地区的在役桥梁抗震韧性评估及优化设计提供参考。(四)研究方案1.研究内容（1）区域在役桥梁网络抗震韧性评估及优化设计构建桥梁网络抗震韧性评估方法框架，初步拟定运用LODFE和DFM方法对区域桥梁地震进行损伤评估，提出桥梁网络拓扑模型，分析桥梁网络交通需求，对网络交通流进行分配。结合桥梁网络整体功能韧性指标、重要子系统功能韧性指标以及应对其它突发灾害事件的功能韧性指标，最终对选定区域桥梁网络综合抗震韧性评估指标，对桥梁网络抗震性能进行评估并对交通网络进行优化设计。（2）在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估及优化设计参考前一部分对选定区域桥梁网络进行地震倒塌风险概率评估，选出地震倒塌风险较高的关键工程节点，对关键工程进行基于混合易损性与功能损失的地震风险与抗震韧性评估，并对在役桥梁网络关键工程进行优化设计。（3）考虑在役桥梁的刚度退化和锈蚀后的抗震韧性评估及优化设计对选定区域桥梁网络中的旧桥老桥进行梳理，对其基本参数进行监测，建立桥梁网络中的老旧桥管理体系，通过收集的老旧桥基本参数及风险性，提出考虑在役桥梁的刚度退化和锈蚀后的抗震韧性评估及优化设计方法。2.研究目标（1）提出一种区域在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计方案（2）提出一种在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估方法及优化设计方案（3）将系统和结构层次的抗震韧性评估及优化设计协同作用，从而令韧性设计更经济合理（4）提出了多灾害下的抗震韧性评估方法及优化设计方法3.拟解决的关键科学问题（1）桥梁抗震韧性评价指标以及评估方法（2）多灾害下桥梁抗震韧性的评价指标及评估方法（3）提升桥梁抗震韧性的优化设计方案（五）拟采取的研究方法、技术路线及其可行性分析1.拟采用的研究方法（1）文献研究法。研究前期，针对研究目标，查阅文献资料，大量收集有关桥梁抗震韧性评价、桥梁抗震优化设计、多灾害桥梁抗震韧性方面的文献资料，通过分析和借鉴他人的研究成果来更好地进行科学研究。（2）理论分析法。利用数学及风险学的相关知识，提出在役桥梁地震风险与韧性评估理论框架。（3）数值模拟法。建立关键工程的有限元模型，对关键工程进行易损性分析等与抗震韧性指标相关的数值模拟分析。2.拟采取的技术路线
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图4 课题技术路线图3.可行性分析（1）国内外学者对相关领域的研究为本课题研究提供了参考。（2）申请人硕士阶段，主要研究桥梁抗震韧性方向，期间主要课题为《混合式多级抗震可修复桥墩抗震韧性研究》（毕业论文方向），主要通过设计抗震韧性构建提升桥梁抗震韧性，与本课题相关，硕士毕业论文课题现已发表SCI一篇，SCI在审1篇，参与国际会议并汇报一次，申请人具备一定的桥梁抗震韧性研究基础。（六）研究创新点1.提出一种区域在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计方案2.提出一种在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估方法及优化设计方案3.提出了多灾害下的抗震韧性评估方法及优化设计方法（七）研究计划及预期研究成果1.研究计划（1）在博一阶段，查阅韧...通基础设施课题相关领域的文献，对比现有的抗震韧性评估方法及优化设计方案，寻找课题的切入点，为开展在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计的研究打下基础。构建桥梁抗震韧性评估方法框架，为下一步的研究做准备。（2）在博二阶段，主要研究在役桥梁网络抗震韧性评估方法及优化设计方案以及在役桥梁网络关键工程的抗震韧性评估方法及优化设计方案，争取发表SCI论文2~3篇。（3）在博三阶段，参考已有的文献和资料，对多灾害下的抗震韧性评估方法及优化设计方法进行研究，争取发表SCI论文1~2篇。（4）在博四阶段，汇总研究成果，撰写、修改毕业论文。2.预期研究成果（1）提出在役桥梁抗震韧性评估及优化设计方法（2）在SCI及以上级别期刊发表论文数篇参考文献：[1] 增强交通基础设施“韧性”保障可持续发展“生命线”[N].杨超，同济大学中国交通研究院交通经济中心主任，欧洲安全、可靠性和数据协会基础设施韧性工程研究员，中国交通报，2019-08-21.[2] 杨超,唐鹏程,郝旭宽,等.韧...通建设实践与启示[J].综合运输,2021, 43(8):5.[3] 铁永波,张宪政,卢佳燕,梁京涛,王东辉,马志刚,李宗亮,鲁拓,石胜伟,刘民生,巴仁基,何龙江,张新克,甘伟,陈凯,高延超,白永健,龚凌枫,曾孝文,徐伟.四川省泸定县Ms6.8级地震地质灾害发育规律与减灾对策[J/OL].水文地质工程地质:1-13.[2022-09-23]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2202.P.20220915.1836.002.html[4] NguyenHoang Tien. 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