以損傷為指標(biāo)的橋梁強(qiáng)度折減因子放大系數(shù)研究

張國帥

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300000)

以損傷為指標(biāo)的橋梁強(qiáng)度折減因子放大系數(shù)研究

張國帥

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300000)

該文系統(tǒng)的討論了單自由度以及多自由度橋梁結(jié)構(gòu)下的損傷指標(biāo)，并對兩種自由度下的模型進(jìn)行對比，然后根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)情況，利用SAP2000軟件進(jìn)行基礎(chǔ)建模，并分別通過控制場地變量討論損傷指數(shù)對放大系數(shù)的影響以及通過控制損傷指數(shù)變量討論四類場地對放大系數(shù)的影響。最后根據(jù)所得模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，提出基于損傷性能的放大系數(shù)的計(jì)算公式，對公式進(jìn)行驗(yàn)算，證明該文給出的計(jì)算公式的合理性。

橋梁結(jié)構(gòu)；sap2000；線性回歸；放大系數(shù)；損傷性能

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

現(xiàn)有的研究成果主要集中在以延性作為主要參考指標(biāo)的情況下，而基于結(jié)構(gòu)損傷的相關(guān)研究甚少。以損傷作為控制指標(biāo)可以充分的考慮結(jié)構(gòu)位移與滯回耗能對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損傷積累的影響，此方法和實(shí)際工況更加貼近。

本文采用的是江輝與朱晞位學(xué)者提出的Park-Ang改進(jìn)模型，具體公式如式(1)

(1)

2 單、多自由度模型簡述

單自由度的強(qiáng)度折減因子計(jì)算相對比較簡單，僅僅依靠基于Newmark-β法的編程就可以實(shí)現(xiàn)；而多自由度結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度折減因子計(jì)算則相對復(fù)雜：是以SAP2000為基礎(chǔ)建模，之后采用編程對模型進(jìn)行循環(huán)控制與參數(shù)調(diào)節(jié)來進(jìn)行計(jì)算。下表為不同周期單墩橋梁結(jié)構(gòu)模型參數(shù)，具體參數(shù)見表 1。

表1 橋梁等效單墩模型參數(shù)

橋梁結(jié)構(gòu)在受到在強(qiáng)震作用下的橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生塑性變形，而且這些塑性變形普遍集中于橋梁的墩底部分，本文根據(jù)此情況，忽略掉橋梁其他部分的塑性變形，僅針對橋梁墩墩底部分塑性鉸的情況進(jìn)行分析研究。為了計(jì)算各橋墩的塑性鉸長度，本文采用UCFyber軟件對橋墩墩底部進(jìn)行截面特性分析，然后根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》相關(guān)細(xì)則換算各模型塑性鉸的參數(shù)，具體參數(shù)如表2所示。

圖1 橋墩墩底截面的彎矩-曲率關(guān)系

表2 各模型塑性鉸參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 損傷水平與結(jié)構(gòu)周期的影響

為了更準(zhǔn)確的確定結(jié)構(gòu)周期和損傷水平對放大系數(shù)的影響規(guī)律，本文采用控制變量的方法對控制場地因素下的不同損傷指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算得到四類場地下不同損傷指標(biāo)的放大系數(shù)譜，圖 3為四類場地下?lián)p傷指標(biāo)為0.2、0.5、0.8的放大系數(shù)均值譜圖。從所得結(jié)果顯示：損傷指標(biāo)DI不變的情況下，放大系數(shù)CM是隨著周期的增大而增大；而周期確定的情況下，放大系數(shù)CM隨損傷指標(biāo)DI的增大而增大。

圖2 四類場地下基于損傷指標(biāo)的均值譜

3.2 場地類型的影響

采用同樣的原理，本文在研究場地條件對放大系數(shù)、損傷指標(biāo)以及周期的影響規(guī)律時(shí)，采用了控制變量的方法在保證損傷指數(shù)不變的情況下研究場地對放大系數(shù)的影響。圖4為給定損傷指標(biāo)02、05、08下的不同場地的放大系數(shù)均值譜圖。由圖3結(jié)果顯示：在確實(shí)損傷水平時(shí)，放大系數(shù)隨結(jié)構(gòu)周期T變化趨勢基本一致，且不同場地之間也保持著相同的趨勢和規(guī)律，場地類型對規(guī)律的影響可忽略；從圖4數(shù)據(jù)可以看出，不同損傷指標(biāo)條件下放大系數(shù)隨結(jié)構(gòu)周期T的變化規(guī)律基本保持一致，為下一步的函數(shù)擬合提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

圖3 不同損傷水平下的均值譜

4 建議公式擬合

通過以上計(jì)算所得規(guī)律，針對損傷性能的多自由度強(qiáng)度折減因子放大系數(shù)進(jìn)行多參數(shù)回歸，提出以損傷因子和結(jié)構(gòu)自振周期為參數(shù)變量的放大系數(shù)公式：

CM=AT0.62+1

(2)

其中， A為公式(2)計(jì)算得到；

A=-0.882 22DI-0.026 8+1

(3)

圖4 基于損傷指標(biāo)的CM四類場地均值譜

為了驗(yàn)證所提出公式的準(zhǔn)確合理性，本文根據(jù)公式所得的擬合譜與計(jì)算所得均值譜進(jìn)行對比，如圖5所示，從中可以看出：擬合結(jié)果與計(jì)算結(jié)果基本吻合，從而證明了本文所提出回歸公式的合理正確性。

圖5 擬合譜與均值譜對比

5 結(jié) 論

(1) 結(jié)構(gòu)自振周期T以及目標(biāo)損傷水平變化對放大系數(shù)的影響較為顯著，放大系數(shù)與周期和損傷水平存在著正相關(guān)關(guān)系；

(2)場地類型對放大系數(shù)的影響不呈規(guī)律顯示，即：可忽略場地類型對放大系數(shù)的影響；

(3)本文通過擬合計(jì)算，提出以損傷因子和結(jié)構(gòu)自振周期為參數(shù)變量的放大系數(shù)公式，滿足實(shí)際工況，此公式具有可靠的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。

[1] 周靖. 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于性能系數(shù)抗震設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)研究[D]. 華南理工大學(xué), 2006.

[2] 江輝, 慎丹, 劉夏潤. 基于改進(jìn)Park-Ang模型的RC橋墩地震動(dòng)損傷及滯回耗能特性研究[J].振動(dòng)與沖擊, 2012, 31(5): 97-105.

[3] 翟長海. 最不利設(shè)計(jì)地震動(dòng)及強(qiáng)度折減系數(shù)研究[D].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2004.

Adissertationonstudyforthedamage-basedamplificationfactorofbridgestrengthreductionfactor

ZHANG Guo-shuai

(Tianjin Railway Technical and Vocational College , Tianjin 300000)

The damage indicator of single degree of freedom (SDOF) bridge structure and multiple degrees of freedom (MDOF) bridge structure is discussed in this paper, and models of two kinds of bridge structure are compared. Models are established using sap2000, then effects of site types and damage indicator on amplification factor are respectively discussed using the method of control variables. The formula of damage performance-based amplification factor is suggested using the method of linear regression according to the experimental date，and the formula is proved to be reasonable.

bridge structure;sap2000;linear regression ; amplification factor ; damage performance

2017-04-05

張國帥(1988-)，男，河北唐山豐南人，助教，研究方向：鐵路橋梁抗震。

U492

：C

：1008-3383(2017)07-0191-02