灾害作用下混凝土桥梁结构损伤研究进展

卜建清，郭至博，张吉仁，黄晓明

（1.石家庄铁道大学交通运输学院，河北 石家庄 050043；2.石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043；3.湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室，湖南 长沙 410082；4.东南大学交通运输学院，江苏 南京 210096）

引言

近些年来我国交通运输事业发展迅速，陆路交通基础设施日趋完善，桥梁工程作为现代交通基础设施中的关键性中枢，为我国经济社会快速发展起到了举足轻重的作用。然而，伴随着桥梁工程的快速发展，诸多结构破坏性自然灾害和结构致损性突发灾害频发，严重影响在役桥梁的安全运营。2008年，汶川大地震导致上千座桥梁受损，造成了公路网的严重破坏［1］；2014年2月，京台高速公路桥梁由于油罐车爆炸起火引起桥梁火灾，导致部分梁板开裂［2］；2018年10月，西藏自治区金沙江右岸发生滑坡堵江灾害，堰塞湖溃决洪水造成西藏、四川和云南3省多处桥梁受损［3］；2019年四川“8.20”强降雨引发的特大山洪泥石流导致多座桥梁被冲毁［4］；2020年7月，江西省连续强降雨造成清华彩虹桥河水水位快速上涨，部分桥身被洪水冲垮［5］。地震、水灾、泥石流、滑坡、风灾、爆炸、撞击和火灾等诸多灾害不仅威胁着桥梁的服役安全，同时对人民群众的生命财产安全亦有巨大威胁。

1 自然灾害导致的桥梁结构损伤

1.1 地 震

桥梁作为我国交通生命线系统中的关键节点，常处于交通的咽喉要道［6］，因此必然要跨越一些地震活跃地带。地震突发性强、破坏性大，并伴随着诸多次生灾害，其巨大的破坏力极易造成桥梁结构的损伤甚至垮塌。桥梁结构在地震力作用下造成的损伤可分为下部结构损伤、支座损伤和上部结构损伤。

1.1.1 下部结构损伤

地震作用可能会导致墩身的剪断、压溃、开裂以及横系梁的开裂、位移和倾斜（如图1所示），而桥台易出现向河心的滑移倾斜，胸墙、翼墙、前墙及挡块混凝土开裂等现象［7］。

桥墩作为地震力作用下桥梁结构的主要抗侧力构件，震后损伤尤为显著。庄卫林等［1］总结了汶川地震中梁式桥桥墩震害现象，并推断梁式桥的墩底截面是抗震的重要控制截面。周颖等［8］采用Midas软件并基于桥墩直径、高度和配筋率等刚度控制因素对桥梁地震响应进行了探究。Sun等［9］通过拟静力试验研究了薄壁矩形空心钢筋混凝土高墩的抗震性能。发现由于剪力滞效应的存在，翼缘的角部是混凝土剥落和纵筋屈曲的主要部位，且破坏模式表现为弯剪破坏。唐伟健等［10］总结了国际上近二十年桥梁的典型震害现象，发现大多数受灾桥梁的桥墩均发生了不同程度的剪切、压溃及混凝土开裂等损伤。

桥台是抵抗地震力的直接部位，地基土在地震力作用下容易发生变形破坏，当桥台的强度和变形不能满足地震力的要求时，桥台发生破坏。大量震害现象都表明液化大变形引起的地面侧向扩展是桥台发生破坏的主要原因之一［11-14］。丁剑霆等［15］认为液化引起的土体大变形对重力式桥台产生巨大推力使桥台发生破坏（如图2所示）。为了探究液化场地重力式桥台的破坏机理，何度心等［16-18］通过砂箱试验推断桥台的滑移主要是向河心的水平位移并伴随着沉降和向后倾斜，并将液化场地重力式桥台的震害形式分为旋转型滑坡和平移型滑坡。Shirato M等［19］结合大量震害实例发现液化场地桩基桥台的震害形式主要分为滑移型、旋转型和上升型，并揭示了其破坏机理：①土层液化导致地基承载力丧失；②台后土压力以及桥台的惯性力作用等。梁的约束和撞击力同样可能导致桥台处伸缩缝的变形，胸墙的开裂等［20-22］。

1.1.2 支座损伤

支座作为桥梁的重要传力装置，一直以来都是桥梁结构抗震中比较薄弱的构件［23］。支座震害主要表现为移位、锚固螺栓拔出或剪断、活动支座脱落以及支座结构性损伤等［24］（如图3所示）。支座震害是梁体发生纵、横向位移的先导条件。Li等［25］认为斜拉桥受纵向地震激励时，支座的拔离效应使梁体与支座产生巨大的撞击力，进而造成支座和桥墩的损伤。梁峰等［26］发现地震力作用下斜交桥空间扭转效应显著，钝角侧支座反力远大于锐角侧，且钝角侧支座易发生超压破坏而锐角侧易发生脱空现象。

1.1.3 上部结构损伤

桥梁上部结构震害按产生原因不同可分为结构震害、碰撞震害和位移震害。结构震害在历次严重的地震中都较为少见；碰撞震害主要表现为桥面伸缩缝位置处混凝土裂缝及压碎变形、混凝土伸缩缝位置处护栏混凝土撞损、T梁横隔板开裂以及少数梁端损伤等；位移震害最为常见，主要表现为梁体的纵、横向位移及扭转（如图4所示），严重时可导致落梁破坏［27］。抗震挡块有助于释放地震产生的能量，在一定程度上保证了桥梁结构的完整性，但在横向地震作用下易发生斜剪或平剪破坏。徐梁晋等［28］基于参数变化分析了钢板挡块的破坏模式。刘荣灿等［29］基于能量耗散理论提出了滑移挡块的概念，研究表明该挡块可吸收地震产生的绝大部分能量从而降低结构损伤程度。伸缩缝对上部结构位移也起到一定的缓冲作用，但上部结构的运动又可能对伸缩缝造成不可逆的永久位移［23］。

目前，随着我国交通设施的不断完善，高烈区、近断层和跨断层区域的桥梁数量日渐增加，开展对这些地区桥梁结构在地震作用下动力响应的研究是很有必要的，以及如何实现震后桥墩的自我复位，发展新型的隔震装置，从而降低桥梁结构地震损伤可能成为该领域未来研究的热点。

1.2 水 灾

水灾的日益频发已成为桥梁结构损伤或失效的首要因素。刘亢等［30］对近年来中国倒塌的102座桥梁进行了统计，发现因水文灾害导致垮塌的桥梁数目占比高达43.1%。Cook等［31］对美国92座桥梁倒塌失效的原始统计数据进行重新分类（如表1所示），发现洪水与冲刷是导致桥梁结构失效的主要原因之一。

表1 桥梁失效原因分析

1.2.1冲刷致损

冲刷一般指桥梁基础周围的泥沙、河床或岸堤遭到水流冲击与侵蚀的过程［32］。按不同的基础形式一般分为浅基础冲刷和桩基础冲刷。浅基础遭冲刷时局部的沉降可能导致整体结构的倒塌或倾斜；桩基础遭冲刷时对桥梁基础的竖向承载力和横向抗弯能力有显著影响［33］，严重时导致桥梁基础的竖、横向失效［34-35］。无论哪种形式的冲刷均会对桥梁的下部结构造成不良的影响，而下部结构的任何微小位移或者振动都可能对上部结构造成灾难性的后果［36］。

Mcconnell等［37］开展试验研究了来流冲击引起的桥墩振动现象，发现在墩顶顺流向产生4英寸的水平位移即可造成桥梁结构的失稳。Lin等［38］基于有限元软件分析了冲刷对桥墩的影响，得出墩顶水平位移随冲刷深度的增大而增大的结论。林本海等［39］基于Midas和相关监测数据研究了桥基的受力性能，发现水平位移对桩身强度失效影响显著。基础边界条件的变化是造成的桥梁下部结构失稳的主要原因，也存在由墩桩发生强度破坏而造成的结构损伤或失效。

1.2.2 洪水冲击致损

除冲刷致损外，洪水波流力产生的水平推力及竖向浮力亦不容忽视（如图5所示）。按损伤部位不同一般分为上部损伤和桥墩基础的损伤。上部结构损伤主要表现为桥面板的脱空和位移［40］，周期性的竖向托浮力是导致上部结构失效的主要原因［41-42］，当梁体所受浮力大于重力时，在水流横向冲击作用下易发生偏移或脱落［43］。桥墩基础的损伤主要表现为水流动力冲击造成的偏移、倾斜和强度破坏等［33］。Naudascher等［44］基于量纲分析提出了波流力冲击桥墩不同位置处的作用计算公式。吴安杰等［45］采用标准湍流模型并基于流固耦合计算发现桥墩遭洪水冲击瞬间产生的波流力高达绕流近三倍，桥墩偏移、倾斜、失稳和强度破坏的概率在同时考虑波流力与冲刷掏蚀效用时显著增加。

桥梁基础冲刷实际上是一种关于水流、泥沙和结构物复杂的三维相互作用问题，针对不同条件下桥梁结构冲刷机理的研究还存在一定的局限性，目前大部分研究偏向于流场或结构域的独立研究，若能加强在流域-结构场完全耦合情况下实现桥梁结构力学响应追踪的研究，将对桥梁抗水设计与运维具有重大意义。

1.3 泥石流

泥石流因含有大量的泥沙导致其黏稠度远高于洪水，多发于山地或者丘陵地区，具有爆发突然、历时短暂、能量大等特点。泥石流对桥梁结构的冲击可大致分为浆体冲击压强和大石块撞击力。

王友彪等［46-47］通过试验研究发现泥石流冲击合力受流动形态和截面形状的共同影响。姚昌荣等［48-49］采用OpenFOAM较为直观的展示了泥石流冲击桥梁桥墩的过程，并得到了泥石流冲击作用下桥梁结构动力响应。张迅等［50］将一种简化的泥石流荷载模型施加到一座多孔简支梁无砟轨道铁路桥梁的数值模型上，研究了泥石流冲击桥梁结构引起的动力响应。Daga等［51］结合历史数据分析了泥石流冲击作用下桥梁结构的易损性，发现因桥墩或桥台倾覆引起梁体掉落的概率大于梁体被直接推移的概率。

针对由泥石流引起的墩台基础冲刷掏蚀问题，杨铭等［52］以某因泥石流冲刷致损的墩台为研究对象，分析了泥石流的冲刷掏蚀机理并讨论了掏蚀坑对上部结构稳定性的影响。发现涡旋水流的存在进一步导致了桥台基础的掏蚀。泥石流中大石块的冲击亦不容忽视，Wang等［53-54］基于水槽试验得出了圆形桥墩更适合于山区桥梁的结论。

1.4 滑 坡

随着我国陆路交通基础设施不断向西部推进，桥梁工程不可避免的要跨越一些滑坡地质段。任俊甫［55］将某高速公路桥梁的墩台位移监测数据与滑坡稳定性分析结果相结合，研究了滑坡对桥梁结构的影响并对受损程度进行了评价。陈玉欣等［56］基于安康高速公路桥梁的病害现象揭示了滑坡体的致灾机理，发现滑坡体的侧向推动力可能使横桥向出现支座滑移错位、挤压开裂等损伤，纵桥向呈现“中间大两端小”的不均匀沉降变形。晏长根等［57］基于郑家湾滑坡体的检测数据分析了滑坡蠕变体和桥梁变形的相关性，发现滑坡蠕变是桥梁结构产生位移或局部破坏的直接原因。杨文琦［58］研究发现岩质滑坡对桩基的水平推力可能引起桩基础周围岩体的位移，同时使桩基承受较大的弯矩作用，存在一定的折断隐患。

1.5 风 灾

国际著名的风工程专家A G Davenport教授援引联合国统计资料指出：“约半数自然灾害与风有关［59］”。临海或跨江（河）桥梁最常见的风灾类型为风浪，而强风与风沙是内陆桥梁最易见的风灾类型［60］。

1.5.1 风浪致损

风浪对桥梁结构的损伤一般可分为上部结构和下部结构的损伤。风浪对桥面板的上托力、侧压力和下压力是导致上部结构损伤的主要原因。房忱等［61］基于风浪流要素之间的相关性，研究了跨海桥梁在风浪流荷载的不同组合下主梁的动力响应，发现跨海大桥主梁跨中横向位移受风荷载影响显著。风浪的水平作用力和对桥墩的黏滞效应、绕射效应和附加质量效应是导致下部结构损伤的主要原因。王子健等［62］采用ANSYS分析了深水桥墩在流速和风荷载影响下的动力响应，发现风和流的速度均对桥墩的内力和位移有显著影响，且面层流速对结构的影响明显大于中层和底层流速。

1.5.2 强风致损

在强风与桥梁结构相互作用的过程中，可能会出现不同程度的风振灾害，沿海的大跨度桥梁对风致振动尤其敏感。赵林等［63］通过研究发现，强风天气条件下来流大攻角和高频湍流能量卓越的脉动风速对桥梁结构的抖振响应突出。风致振动一直以来是桥梁风工程研究的重点，Zhou等［64］在非线性气动力模型的基础上分析了分体式箱梁的颤振性能，认为增设中央稳定板可将硬震颤转变为软震颤。在主梁涡振特性及涡振控制方面，Bai等［65］基于不同的宽高比分析了叠合梁的涡振性能，并比较了风嘴、L型裙板等气动措施的抑振效率。潘韬等［66］针对分体式三箱梁的涡振性能和抑振措施进行了研究，发现采用不规则开孔形式的主梁风屏障时涡振性能优于等效栏杆形式。

1.5.3 风沙致损

风沙灾害常见于我国北方中纬度干旱和半干旱地区，风沙的堆积、堵塞和侵蚀是对桥梁结构造成损伤的主要原因。风沙易对桥面铺装造成一定程度的损伤［67］，且风沙堆积容易对桥孔、泄水孔等结构形成堵塞，从而严重影响桥梁在面临泥石流、滑坡等灾害时的泄洪能力，使桥梁结构的利用率大大降低。李贝［68］对比分析了静风和风沙流环境下桥墩迎风面的压力分布，发现两者所引起的压力分布规律大致相同，但迎风面的风沙流压力要明显高出静风造成的压力。王彦平等［69］采用气流夹沙喷射法对风沙环境下混凝土桥梁墩身固体颗粒冲蚀磨损机理开展了试验探究，发现冲蚀角度为90°时混凝土试样的冲蚀率最大，主要表现为疲劳横向裂纹和内部砂浆、粗骨料的选择性磨损。胡传新等［70］以某双主跨斜拉桥为依托背景，从桥梁结构刚度的演变特性方面对其失稳机理进行了揭示，为我国今后大跨度斜拉桥的抗风设计提供了相关借鉴。

随着我国桥梁建设向海洋、山区的不断发展，开展冲刷与波浪、潮汐、风沙、滑坡、泥石流等多因素共同耦合作用下桥梁结构损伤的研究是必要的。

2 突发灾害导致的桥梁结构损伤

2.1 爆 炸

随着我国经济的迅速发展，恐袭、战争或装载危化品车辆引起的桥梁爆炸损毁事件正日益增多。根据桥梁爆炸致损的部位不同，大致可分为下部结构和上部结构的损伤。

2.1.1 下部结构损伤

Yuan等［71］通过接触爆炸荷载数值模拟与缩尺试验发现，在爆炸当量相等时方形截面墩柱比圆形截面墩柱的破坏更为严重。Do等［72］通过数值模拟方法探究了由爆炸荷载所引起的应力波沿柱高方向和柱截面内的传播规律，发现柱截面的变形主要分为压缩和膨胀两个阶段，且混凝土的破坏主要发生在膨胀阶段。宗周红等［73］开展试验研究了RC桥墩的抗爆性能，结果表明爆炸荷载作用下柱身产生了较多的横向贯穿裂缝和严重的局部损伤，且一般呈冲切破坏模式。Wang等［74］将爆炸试验与轴向压缩试验相结合，发现完整柱和爆炸损伤柱在轴向压力下均表现为斜剪破坏。Liu等［75］通过缩尺试验研究了整体式桥墩和预制阶段钢筋混凝土桥墩在近距离爆炸荷载作用下的损伤机理并得出结论：整体式桥墩出现了大量的横向裂缝以及局部的弯曲破坏；预制阶段混凝土桥墩出现了局部的弯曲破坏、底部节段的冲切破坏以及其他节段相对扭转造成的混凝土挤压变形和垂直裂缝。

2.1.2 上部结构损伤

危化品车辆爆炸的爆心位置一般位于桥梁上方的自由空气场中［76］。胡志坚等［77-78］通过实桥反演分析和数值模拟相结合的方法分析了混凝土桥梁桥面爆炸时的动力响应。发现车厢底盘钢板对爆炸冲击波的发散有明显的阻挡作用，导致主梁可能出现弯曲、弯剪、剪切等不同的破坏模式。梁体构件在小当量炸药爆炸时表现为受弯破坏，当炸药当量逐渐增大，迎爆面梁体混凝土将发生压溃破坏，最终由塑性破坏转变为脆性破坏。王向阳等［79］基于ANSYS发现混凝土连续梁桥的爆心位于桥面上且在炸药当量和比例距离不变的情况下，跨中爆炸导致结构的损伤最为严重。娄凡［80］基于缩尺试验对桥上爆炸冲击荷载作用下预应力混凝土连续T梁的破坏模式和动力响应进行了研究。结果表明当爆心位于跨中时，桥面发生局部冲切破坏，腹板、T梁底有混凝土崩落现象。相同的爆炸当量位于墩顶处桥面上方时，桥面未出现较为严重的损伤。

桥梁爆炸和火灾具有突发性，爆炸荷载也存在诸多不确定性，当前关于爆炸荷载压力场的研究通常以特定的桥梁为背景，对桥梁结构损伤特性和超压分布规律的研究存在一定不足。此外，开展桥梁在遭遇近场爆炸时的非线性动力仿真，深入研究爆炸荷载在桥梁域内的传播规律具有重要意义。

2.2 火 灾

桥梁火灾往往和危化品车辆的爆炸息息相关（如图6所示）。桥梁各构件在遭遇火灾后呈现出不同的损伤特性与破坏模式，张健［81］结合相关工程实例对桥梁各部件的过火损伤进行了探讨，为灾后检查提供了相关参考。

宋林彬［82］基于不同温度梯度分析了钢筋、混凝土和伸缩缝等桥梁附属结构的损伤机理。许肇峰等［83］采用火场实测数据与数值模拟相结合的方法探讨了混凝土在不同温度下的损伤劣化规律，提出了一种针对火灾后混凝土构件截面损伤的等效代换方法。梁岩等［84］结合某高速公路空心板桥火灾后的表观检测特征和荷载试验，对烧损桥梁的力学性能退化规律进行了研究。合理的检测评定和加固方案是当今桥梁检测者面临的一项新的挑战，黄清［85］采用表观检测法和热分析法对火灾温度、混凝土强度、钢筋强度进行了综合判定，通过静动载试验检验了灾后桥梁的承载能力。对于悬索桥，火灾对缆索和吊索两种结构形式影响较大，李艳等［86］建立了某悬索桥的抗火分析模型，研究了油罐车火灾分别位于悬索桥最外侧车道和中央分隔带旁的最内侧车道时缆索和吊索的力学性能退化规律，结果表明，火灾位于最外侧车道时缆索体系升温迅速，力学性能大幅折减，火灾位于最内侧车道时，缆索体系升温较慢，力学 性 能 变 化 较 小。另 一 方 面，李 艳 等［87］利 用ANSYS建立了某大跨径悬索桥热-结构耦合有限元模型，通过对模型施加热荷载，获得了缆索体系瞬态温度场的变化特征，并对比了不同厚度防火涂料作用下悬索桥主缆和吊索的高温力学特性。

目前针对桥梁结构遭受火灾或者爆炸等极端荷载作用的研究主要以试验和数值模拟为主，爆炸和火灾往往一起发生，但大部分研究只考虑了爆炸或火灾的单独作用，且目前针对桥梁结构火灾后的抗震、抗撞击等多极端荷载耦合作用下的损伤机理亟需进一步研究。

2.3 撞 击

2.3.1 船舶撞击致损

通航船只撞击桥梁是跨河、跨海桥面临的一大威胁［88］。船只与桥梁相撞的局部区域易发生弹、塑性变形。一般情况下，被撞部位的弹性变形会沿着构件向桥梁上部结构传递，造成桥梁上、下部结构的位移，甚至是桥梁的倒塌［89-90］。袁龙文等［91］基于LSDYNA建立了润扬长江大桥的有限元模型，分析了大桥受船只撞击过程的作用规律。发现桥墩结构受损程度和相关特征因子随混凝土强度增大而增大，撞击速度与桥墩受损程度之间大致呈线性变化。Wan等［92］提出了一种简化的船艏模型并进行了数值模拟分析和准静态压缩试验，发现水平冲击荷载下桥墩主要表现为剪切破坏。Sha等［94］采用数值模拟方法分析了船艏撞击作用下主梁的结构动力响应，发现较高的接触位置对主梁结构的损伤更为严重。Guo等［95］以浙江某跨海大桥为依托背景分析了不同冲击速度下桥梁结构的动力响应，发现冲击力在上升阶段突然达到最大，在塑性阶段由于船头的塑性变形导致冲击力减小。

2.3.2 车辆撞击致损

随着我国城市交通负担日益繁重，车辆撞击桥梁问题也逐渐突显。根据车辆高度一般可分为超高车辆撞击和非超高车辆撞击。桥跨结构的垮塌或局部破坏一般是由超高车辆撞击造成的，而非超高车辆易对桥墩造成撞击［88］（如图7所示）。

陈林等［96］基于不同边界条件和箍筋直径对桥墩损伤及动力响应进行了数值模拟，结果表明桥墩水平水位随箍筋直径的增大而降低。Do等［97］采

用解析研究和数值模拟方法提出了确定临界截面最大剪力和弯矩的经验公式。Li等［98］结合试验和数值模拟方法分析了横向冲击荷载作用下钢筋混凝土桥墩的损伤特性，发现损伤程度、峰值冲击力、冲击位置最大位移和能量耗散随冲击速度的增大而增大，随纵向配筋率的增大而减小。Chen等［99］采用数值模拟方法，基于车辆动能、箍筋直径、轴压比、基础深度以及发动机质量等因素分析了桥墩损伤机理。提出了计算RC桥墩在冲击过程中轴力增量的改进公式，结合卡车碰撞模型发展了一种评估车辆碰撞下RC桥墩抗剪性能的分析方法。相比于公路桥梁遭车辆撞击，若行驶的高速列车发生脱轨，其后果不堪设想。张景峰等［100］基于LS-DYNA对列车脱轨撞击U型梁的过程分析了其碰撞机理和损伤特性。吕思雨等［101］采用Hypermesh分别对有砟轨道和无砟轨道桥梁上动车组头车与防护墙碰撞的过程进行了分析，发现车头的速度和冲击角度与防护墙的受损程度呈正相关。

2.3.3 落石撞击致损

崩塌落石由于其预测困难、突发性强、随机性大以及破坏严重等特点，已经成为山区桥梁安全运营的一大隐患。张迅等［102］基于LS-DYNA并充分考虑了列车行驶速度、落石速度、落石直径和落石位置等影响因素研究了冲击力和墩顶位移的发展规律。张佳宁等［103］采用ANSYS和LS-DYNA对落石撞击双柱式高墩进行了研究，发现落石撞击初速度与桥墩结构应力变化的最大值呈正相关。针对落石冲击下刚、柔性防护体系的研究，唐建辉［104-105］基于落石质量、冲击速度和回填土厚度提出了一种落石冲击力的计算方法。李华东等［106］对不同运动模式下的位移、冲击力与能量变化规律进行了对比。上述研究主要集中在墩柱及防护结构，对于其它方面，陈科宇［107］采用Rockfall、LS-DYNA和ANSYS并基于落石冲击力以及其它运动特性对石-车-桥间的相互作用进行了研究。朱俊宇［108］以某连续梁桥为依托背景分析了不同落石冲击荷载工况下桥面板的动、静力响应。若能在山区公路桥梁和高速铁路桥梁的建设过程中结合具体工程实例开展系统的崩塌落石影响研究，将会为山区桥梁的设计与施工提供重要依据。

当前关于桥梁抗撞击的基础性试验数据较为缺乏，由于成本昂贵，真实足尺的大型桥梁车撞、船撞与落石冲击试验相对较少。因此，数值模拟技术仍是现行的主要分析手段，但如何建立与真相接近的数值模型和如何快速有效评估结构安全性和剩余承载力还需深入研究。

3 结论与展望

目前，国内外学者针对各种自然灾害和突发事件等作用下混凝土桥梁结构伤损部位、伤损特点与危害、伤损机理与分析方法等开展了卓有成效的研究工作。但是，对桥梁结构灾变衍化规律缺少精准的解析，缺少考虑多尺度响应关联、多物理场、多致灾因子、多结构协同交互，对如何提升桥梁结构抗灾韧性的研究不够系统，以下几个方面的问题亟待进行深入系统研究：

（1）针对多种自然灾害和突发事件，建立多元致灾因子数据库，明确不同致灾因子对不同类型桥梁结构的关键影响要素与影响程度；针对不同类型桥梁结构，揭示不同致灾因子关键影响要素下的作用机理与伤损衍生发展规律。

（2）基于致灾因子-服役条件动态耦合机制与多因素耦合下材料损伤本构模型，建立桥梁结构损伤机理和失效模式的分析理论；以材料-构件-结构多尺度关联分析为核心，建立桥梁结构损伤机理和失效模式的分析方法，进而构建自然灾害或突发事件作用下桥梁结构损伤机理和失效模式的分析理论与方法体系，提出结构失效阈值。

（3）综合运用结构动力学、流体力学、地球科学和非线性力学等多学科交叉分析手段，构建致灾因子作用下桥梁结构伤损仿真分析方法，进而实现桥梁结构仿真灾损过程分析与验证。

（4）揭示桥梁结构不同部位、不同程度伤损对其承载能力及道路、轨道平顺性（影响车辆运行安全性与舒适性）的影响机理和规律，探求车辆通行能力与灾损设施承载能力及车辆运行安全性与舒适性的作用关系，构建不同灾损类级下交通车辆降载、限速，以及桥梁结构加固、重点桥梁通行能力快速抢通恢复与路网快速组建等柔性运行技术，为灾后应急保通方案制定与快速实施提供技术支撑。