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公路规则梁桥地震易损性模型及简化计算方法

陈力波 黄才贵 黄勇冰 栗怀广

陈力波, 黄才贵, 黄勇冰, 栗怀广. 公路规则梁桥地震易损性模型及简化计算方法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(1): 146-155. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.018
引用本文: 陈力波, 黄才贵, 黄勇冰, 栗怀广. 公路规则梁桥地震易损性模型及简化计算方法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(1): 146-155. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.018
CHEN Libo, HUANG Caigui, HUANG Yongbing, LI Huaiguang. Seismic Vulnerabilitu Models and Simplified Calculation Method for Regular Highway Girder Bridges[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(1): 146-155. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.018
Citation: CHEN Libo, HUANG Caigui, HUANG Yongbing, LI Huaiguang. Seismic Vulnerabilitu Models and Simplified Calculation Method for Regular Highway Girder Bridges[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(1): 146-155. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.018

公路规则梁桥地震易损性模型及简化计算方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.018
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51308125

中国博士后科学基金资助项目 2014M561855

详细信息
    作者简介:

    陈力波(1984-), 男, 博士, 助理研究员, 研究方向为桥梁地震易损性与风险评估, E-mail:chenlibo13@163.com

  • 中图分类号: U442.55

Seismic Vulnerabilitu Models and Simplified Calculation Method for Regular Highway Girder Bridges

  • 摘要: 为了快速评估桥梁结构达到特定损伤状态的概率,基于非线性动力时程分析结果,建立了公路规则梁桥地震易损性模型并提出了简化计算方法.依据不同上部结构支承形式、墩柱形式和设计规范,将公路规则梁桥细化为8种桥型,针对每种桥型分别建构了80个基准桥梁样本作为各类桥型代表.选择墩柱和支座作为桥梁的易损构件,确定桥梁墩柱和支座在不同损伤状态下对应的参数能力范围.用OpenSees建立桥梁样本的有限元模型,采用增量动力分析方法,分析得到各类桥梁的全桥系统地震易损性模型.以计算得到的易损性模型参数为样本,提出适用于我国公路规则梁桥的中位值简化计算公式,同时给出对数标准差的建议值.研究结果表明:对于规则梁桥中位值,双柱式梁桥相对单柱式梁桥增大17%、新规范相对旧规范增长7%、连续梁桥相对简支梁桥增大8%;简化公式计算结果与分类易损性模型吻合较好,均方误差和均方根误差分别为5.26%和5.95%,最大绝对误差10.58%.

     

  • 图 1  设计流程

    Figure 1.  Designing diagram

    图 2  地震易损伤参数简化计算流程

    Figure 2.  Flow chart of simplified calculation for Seismic vulnerability parameters

    图 3  不同场地类别下地震易损性函数中位值间的关系

    Figure 3.  Correspondence of Seismic vulnerability median under the various sites

    图 4  桥梁系统易损性对数标准差

    Figure 4.  Logarithmic standard deviation of bridge system fragility

    表  1  公路规则梁桥桥型分类

    Table  1.   Category of regular highway girder bridges

    墩柱形式 上部结构 设计规范 代号
    双柱式 简支梁 TYPE1T
    TYPE1N
    双柱式 连续梁 TYPE2T
    TYPE2N
    单柱式 简支梁 TYPE3T
    TYPE3N
    单柱式 连续梁 TYPE4T
    TYPE4N
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    表  2  新旧规范对墩柱配筋率、配箍率的规定

    Table  2.   Provisionsfor reinforcement ratio and stirrupratio by old & newly specification

    %
    设计规范 配筋率 配箍率
    《89抗震规范》 ≥0.4 ≥0.3
    《08抗震细则》 ≥0.6且≤4.0 ≥0.4
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    表  3  公路规则梁桥墩柱和支座极限状态

    Table  3.   Limit states of pier and bearing for regular highway girder bridges

    损伤状态 位移延性比μΔ 容许剪切应变γa
    完好无损 μΔ<1.00 γa<100%
    轻微破坏 1.00≤μΔ<1.20 100%≤γa<150%
    中等破坏 1.20≤μΔ<1.76 150%≤γa<200%
    严重破坏 1.76≤μΔ<4.76(3.00) 200%≤γa<250%
    完全破坏 μΔ≥4.76(3.00) γa≥250%
    注:括号中的取值适用于《08抗震细则》之前设计的公路规则梁桥
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    表  4  公路规则梁桥各类场地下的地震易损性参数

    Table  4.   Seismic vulnerability parameters of regular highway girder bridges under the various fields

    桥型 损伤状态 Ⅰ类场地 Ⅱ类场地 Ⅲ类场地 场地汇总
    msys/(×g) βsys msys/(×g) βsys msys/(×g) βsys msys/(×g) βsys
    单柱连续(旧) 轻微破坏 0.179 0.818 0.155 0.665 0.108 0.422 0.141 0.750
    中等破坏 0.246 0.706 0.216 0.610 0.143 0.582 0.194 0.700
    严重破坏 0.351 0.487 0.321 0.451 0.203 0.538 0.273 0.663
    完全破坏 0.516 0.556 0.470 0.553 0.304 0.416 0.425 0.545
    单柱连续(新) 轻微破坏 0.211 0.666 0.183 0.540 0.131 0.379 0.170 0.576
    中等破坏 0.300 0.425 0.260 0.523 0.188 0.317 0.240 0.509
    严重破坏 0.395 0.486 0.357 0.470 0.241 0.321 0.328 0.446
    完全破坏 0.561 0.521 0.542 0.460 0.368 0.323 0.480 0.494
    单柱简支(旧) 轻微破坏 0.181 0.837 0.147 0.688 0.105 0.391 0.139 0.625
    中等破坏 0.241 0.720 0.217 0.516 0.143 0.455 0.191 0.554
    严重破坏 0.335 0.670 0.323 0.450 0.204 0.427 0.276 0.578
    完全破坏 0.486 0.528 0.483 0.556 0.321 0.435 0.423 0.508
    单柱简支(新) 轻微破坏 0.192 0.650 0.167 0.643 0.110 0.389 0.150 0.649
    中等破坏 0.291 0.417 0.255 0.554 0.166 0.353 0.225 0.563
    严重破坏 0.392 0.516 0.368 0.480 0.236 0.308 0.327 0.451
    完全破坏 0.674 0.638 0.617 0.623 0.412 0.510 0.553 0.614
    双柱连续(旧) 轻微破坏 0.281 0.395 0.253 0.340 0.176 0.322 0.226 0.460
    中等破坏 0.329 0.458 0.302 0.398 0.205 0.248 0.275 0.380
    严重破坏 0.453 0.507 0.426 0.407 0.291 0.317 0.382 0.462
    完全破坏 0.688 0.320 0.666 0.309 0.465 0.297 0.588 0.385
    双柱连续(新) 轻微破坏 0.303 0.421 0.283 0.377 0.209 0.259 0.262 0.358
    中等破坏 0.377 0.479 0.353 0.410 0.252 0.306 0.324 0.423
    严重破坏 0.548 0.388 0.508 0.350 0.360 0.307 0.455 0.435
    完全破坏 0.837 0.423 0.823 0.442 0.566 0.285 0.720 0.415
    双柱简支(旧) 轻微破坏 0.216 0.645 0.200 0.600 0.148 0.420 0.185 0.598
    中等破坏 0.320 0.443 0.288 0.571 0.190 0.356 0.257 0.561
    严重破坏 0.424 0.530 0.407 0.512 0.275 0.338 0.353 0.556
    完全破坏 0.630 0.429 0.627 0.556 0.418 0.402 0.543 0.521
    双柱简支(新) 轻微破坏 0.221 0.668 0.197 0.591 0.146 0.440 0.185 0.613
    中等破坏 0.342 0.470 0.299 0.599 0.209 0.437 0.274 0.591
    严重破坏 0.473 0.551 0.450 0.554 0.310 0.411 0.395 0.589
    完全破坏 0.884 0.579 0.861 0.757 0.554 0.603 0.742 0.716
    桥型汇总 轻微破坏 0.219 0.696 0.196 0.610 0.139 0.474 0.180 0.654
    中等破坏 0.298 0.628 0.274 0.565 0.187 0.436 0.245 0.599
    严重破坏 0.423 0.591 0.400 0.507 0.269 0.448 0.353 0.573
    完全破坏 0.734 0.603 0.699 0.580 0.474 0.507 0.617 0.629
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    表  5  定性参数取值

    Table  5.   Value of qualitative parameters

    属性参数 桥梁参数 取值
    新旧规范 新规范 1
    旧规范 -1
    墩柱形式 双柱 1
    单柱 -1
    上部结构形式 连续 1
    简支 -1
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    表  6  不同参数下各中位值的误差估计

    Table  6.   Error estimation of median under various parameters

    损伤状态 场地类型 EAug/% Emax/% ERms/%
    轻微损伤 Ⅰ类 3.79 8.98 4.67
    Ⅱ类 4.13 10.20 5.18
    Ⅲ类 4.68 10.58 5.78
    中等损伤 Ⅰ类 4.16 8.55 4.98
    Ⅱ类 3.15 7.65 3.90
    Ⅲ类 2.30 3.37 2.49
    严重损伤 Ⅰ类 2.51 6.15 3.08
    Ⅱ类 2.62 4.05 2.94
    Ⅲ类 3.55 6.95 4.02
    完全破坏 Ⅰ类 5.26 8.91 5.95
    Ⅱ类 3.66 9.78 4.83
    Ⅲ类 3.36 6.40 3.82
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    表  7  对数标准差建议值

    Table  7.   Proposed values of logarithmic standard deviation

    轻微破坏 中等破坏 严重破坏 完全破坏
    0.52 0.47 0.44 0.48
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-22
  • 刊出日期:  2018-02-25

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