基于熱點應力法的斜拉橋錨箱式索塔錨固構造疲勞壽命評估

摘要：隨著結構分析理論的成熟與發展，人們對地下結構的穩定性分析從確定性分析逐步擴展為概率性分析，以可靠度理論為基礎的概率分析方法越來越受到人們的重視，而結構的可靠性分析也不局限于靜態情況下的研究。隨著時間的增長、環境的腐蝕、外力的作用等會對結構造成無法恢復的損傷，結構的可靠性也會逐漸降低，因此時變可靠度的研究尤為重要。研究了地震作用中循環剪切次數、循環剪切幅值、塊體相對運動速度對地下結構的損傷影響，在地下結構受非平穩地震作用下，地震加速度經歷上升階段、平穩階段、終止階段這一過程的時變可靠度，并根據震動損傷的時變規律對結構再次受到這種作用時的可靠度進行預測。

關鍵詞：時變可靠度； 循環剪切次數； 循環剪切幅值； 塊體相對運動速度； 非平穩地震作用； 可靠度預測

中國分類號：U452.2+8A

［定稿日期］2022-03-31

［作者簡介］靳宇菲（2000—），女，朝鮮族，本科，研究方向為土木工程。

0 引言

結構的可靠性研究是結構穩定性研究的重要方法之一，近幾年考慮結構抗力性能時變性的動力可靠度問題得到了深入的研究，隨著時變可靠度的發展，時變結構力學成為了結構力學新的分支，結構在使用過程中，會由于外界因素導致結構的劣化，結構的可靠度也隨著時間逐步降低［1-3］。人們關于地下結構的可靠度問題已有了一定的研究［4-6］，但是關于時變可靠度的問題仍少有研究，巖土材料在地質環境中經受長期地質運動、地下水滲流、風化等作用，其力學參數將隨時間發生明顯變化，試驗已證實巖體的彈性模量、強度、粘性等力學參數都會隨時間發生變化，這種力學指標的降低即巖土體性能劣化的具體表現［7］。地震是地下結構設計中必須要考慮的重要因素，地震的過程是一個有很大隨機性的過程，傳統的地震分析方法常常忽略了地震的動態隨機性，而地震也一樣可以用統計方法來分析［8-9］，由于地震既是一個動力過程，又有很大的隨機性，單憑某一特定狀態的參數不能準確有效地反映結構的安全狀態，需要以動態的思路去研究地震過程中的可靠度問題［10-12］，并根據這些動態的變化規律，可以對結構在未來使用過程中的安全狀態進行預測［13-15］。

1 巖體強度劣化研究

巖體的強度會在地震荷載的循環作用下發生劣化折減，其劣化過程是一個動態的過程，用隨時間變化的劣化系數D（t）來表示巖體在地震作用下的動態強度衰減，則任意時刻結構面的抗剪強度可表示為式（1）。

2 非平穩地震作用下結構時變可靠度研究

地下結構在地震作用下的穩定問題越來越受到人們的重視，地震作用的一大特點就是有很大的不確定性，采用確定性的分析方法很難真實的反應結構在地震作用下的動力反映特征［20］，已有學者將地震過程視為高斯平穩過程進行了可靠性研究，但地震的加速度幅值變化有3個階段：逐漸加大階段、平穩階段、逐漸衰減階段。是一個非平穩隨機過程，地下結構的非平穩地震響應也明顯小于平穩響應［21］，因此在實際計算中應該考慮到地震的非平穩性，但是如果將地震按照一般的非平穩過程來處理十分困難，目前比較實用的方法是將一個平穩隨機過程乘以表示非平穩性的函數來加以修正，得到的調制隨機過程來表示地震的非平穩性［22］，均勻調制的非平穩模型可以表示為式（10）。

計算結果表明，當結構受到的地震作用如圖1～圖4所示變化時，結構在每一時段的可靠指標如表4所示，結構的可靠度變化曲線如圖5所示。

根據圖5所示結構時變可靠度曲線，可以預測在結構受同樣的荷載作用時的可靠度變化情況，如圖6所示，由其變化趨勢可近似預測結構在未來某一時期的安全性能。

4 結論

研究了地下結構受地震作用下的可靠度變化情況，得出幾點結論：

（1）地震作用中地震力的循環剪切次數、循環剪切幅值及塊體的相對速度均會對結構造成不同程度的損傷。

（2）地震的過程也是一個非平穩的過程，在地震加速度由逐漸增加到平穩再到衰減的過程中，結構的可靠度也呈現先降低后逐漸恢復的趨勢，但由于結構損傷的原因，在地震結束后的結構可靠指標會小于震前可靠指標。

（3）根據結構可靠度的變化曲線，可以預測結構在使用期內收到相似地震作用時的可靠度變化情況，進而根據實際需求確定結構是否需要進行維修及能否滿足其使用期限。

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