• ISSN 0258-2724
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基于加权秩和比法的隔震梁桥失效模式研究

张云 谭平 黄佳栋

张云, 谭平, 黄佳栋. 基于加权秩和比法的隔震梁桥失效模式研究[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(1): 72-78. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.009
引用本文: 张云, 谭平, 黄佳栋. 基于加权秩和比法的隔震梁桥失效模式研究[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(1): 72-78. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.009
ZHANG Yun, TAN Ping, HUANG Jiadong. Failure Mode of Isolated Beam Bridge by Weighted Rank Sum Ratio Method[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(1): 72-78. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.009
Citation: ZHANG Yun, TAN Ping, HUANG Jiadong. Failure Mode of Isolated Beam Bridge by Weighted Rank Sum Ratio Method[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(1): 72-78. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.009

基于加权秩和比法的隔震梁桥失效模式研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.009
基金项目: 

广西科技攻关资助项目 桂科攻14124004-4-5

973计划资助项目 2011CB013606

国家自然科学基金联合基金资助项目 1334209

详细信息
    作者简介:

    张云(1977-), 男, 教授级高级工程师, 博士, 研究方向为桥梁减隔震, 电话:15078778996, E-mail:zy3315@163.com

    通讯作者:

    谭平(1973-), 男, 研究员, 博士, 博士生导师, 研究方向为结构减震控制, 电话:020-86395007, E-mail:ptan@foxmail.com

  • 中图分类号: U448.21

Failure Mode of Isolated Beam Bridge by Weighted Rank Sum Ratio Method

  • 摘要: 为了综合评价桥梁在地震作用下失效模式的信息,考虑地震动中存在的不确定性影响,对实际工程中的某6跨隔震连续梁桥的失效模式进行了分析.基于IDA法,选用16条足够反映地震动中存在的不确定性且PDA分布在一个较宽强度范围内的地震动,对桥梁中支座、桥墩墩底这两个最容易失效的部位分别基于位移和修正的Park-Ang损伤理论判断其失效,引用加权秩和比法综合了16条地震动作用下的桥梁失效模式的评价信息,分析给出具有统计意义的失效模式,并找出了桥梁的最弱失效模式.研究结果表明:该隔震连续梁桥的失效模式为该桥梁中墩的隔震支座先失效,然后是桥梁过渡墩支座失效,最后是边墩底部和边墩的支座失效;桥梁的最弱失效模式为桥梁所有隔震支座先失效,其次是边墩底部失效,然后是中墩失效,最后是过渡墩失效.

     

  • 图 1  桥墩截面(单位:cm)

    Figure 1.  Details of piers (unit: cm)

    图 2  桥梁三维有限元计算模型

    Figure 2.  Three-dimensional finite element model of bridge

    图 3  桥梁墩底截面M-ϕ曲线

    Figure 3.  M-ϕ curves of the pier bottom

    图 4  桥梁构件失效顺序分布图

    Figure 4.  Failure sequence of bridge component

    图 5  桥梁最终失效模式

    Figure 5.  Final failure mode of bridge

    表  1  LRB支座的参数

    Table  1.   Details of LRB

    支座类型 布置位置 竖向承载力/kN 横向刚度
    /(kN·mm-1)
    竖向刚度Kv
    /(kN·mm-1)
    屈服力
    Qy/kN
    屈服前刚度K1
    /(kN·mm-1)
    屈服后刚度K2
    /(kN·mm-1)
    LRB1250 1#、7#(边墩) 12 500 4.4 2 000 848 18.2 2.8
    LRB2750 2#、6#(过渡墩) 27 500 10.0 4 922 965 50.9 7.9
    LRB2500 3#、4#、5#(中墩) 25 000 9.2 4 357 877 46.5 7.2
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    表  2  选取的地震动参数

    Table  2.   Details of ground movements

    序号 地震动 PGA/(×g) 年份
    GM-1 El Centro 0.357 1940
    GM-2 Northridge 0.416 1994
    GM-3 人工波1 0.150
    GM-4 Loma Prieta 0.220 1989
    GM-5 Taft Lincoln 0.156 1952
    GM-6 James RD 0.550 1979
    GM-7 Hollywood Storage 0.059 1952
    GM-8 kobe 0.370 1995
    GM-9 MIYAGI-Coast 0.325 1978
    GM-10 HOKKAIDO-SW_Coast 0.330 1993
    GM-11 HYUGANADA-Coast 0.392 1968
    GM-12 NIHONKAI-Central 0.432 1983
    GM-13 HOKKAIDO-EastCoast 0.447 1994
    GM-14 HYOUGOKEN_South 0.828 1995
    GM-15 San Fernando 0.315 1971
    GM-16 人工波2 0.319
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    表  3  修正Park-Ang构件损伤分级及参数

    Table  3.   Structural member classification and parameters of amendatory Park-Ang

    序号 损伤等级 损伤描述 量化指标
    1 无损伤 无损伤或仅在局部产生微细裂缝 Ds<0.1
    2 可修复损坏 裂缝扩展明显并伴有局部表层混凝土剥落, 刚度依旧保持 Ds=0.1<0.4
    3 不可修复损坏 虽然维持有一定的竖向承载力, 但遗留下永久损伤 Ds=0.4<0.77
    4 倒塌 Ds=0.77
      注:本文Ds=0.75时, 认为构件失效.
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    表  4  桥墩的能力参数

    Table  4.   Capacity parameters of the pier

    状态 弯矩/
    (MN·m)
    曲率/
    (1·m-1)
    屈服(纵桥向) 186 0.008 8
    极限(纵桥向) 191 0.015 0
    屈服(横桥向) 498 0.003 0
    极限(横桥向) 505 0.005 3
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    表  5  各地震动作用下桥梁各单元的失效次序

    Table  5.   Failure sequence of bridge element in every ground movement

    序号 地震动 失效秩序
    1 2 3 4 5 6 7 8 9
    GM-1 El Centro
    GM-2 Northridge
    GM-3 人工波1
    GM-4 Loma Prieta
    GM-5 Taft Lincoln
    GM-6 James RD
    GM-7 Hollywood Storage
    GM-8 kobe
    GM-9 MIYAGI-Coast
    GM-10 Hokkaido-SW Coast
    GM-11 Hyuganada-Coast
    GM-12 Nihonkai-Centrall
    GM-13 Hokkaido-East Coast
    GM-14 Hyougoken South
    GM-15 San Fernando
    GM-16 人工波2
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    表  6  失效单元的加权秩和比

    Table  6.   Rank-sum ratio of failure element

    R 单元
    1 7 4 3 2 1 5 6 8 9
    2 7 4 3 2 1 5 6 8 9
    3 8 5 4 3 2 6 7 1 9
    4 6 5 2 1 3 4 7 8 9
    5 7 6 3 2 4 5 8 1 9
    6 6 5 1 3 2 4 8 7 9
    7 6 5 2 1 3 4 7 8 9
    8 7 6 2 3 4 5 8 1 9
    9 6 5 1 2 3 4 7 8 9
    10 7 4 3 2 1 5 6 8 9
    11 9 6 5 4 3 7 8 1 2
    12 7 4 2 3 1 5 6 8 9
    13 6 5 1 2 3 4 7 8 9
    14 7 4 2 3 1 5 6 8 9
    15 7 4 2 1 3 5 6 8 9
    16 6 5 1 2 3 4 7 8 9
    WRSR 0.748 7 0.551 2 0.254 2 0.250 7 0.277 3 0.524 9 0.790 1 0.695 7 0.990 2
    失效顺序 7 5 2 1 3 4 8 6 9
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  • 收稿日期:  2016-03-20
  • 刊出日期:  2018-02-25

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