• ISSN 0258-2724
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大跨度斜拉桥地震易损性及可恢复性分析

武芳文 孟园英 陈月 纪全有 杨源源 吴志达

武芳文, 孟园英, 陈月, 纪全有, 杨源源, 吴志达. 大跨度斜拉桥地震易损性及可恢复性分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(1): 126-133. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180449
引用本文: 武芳文, 孟园英, 陈月, 纪全有, 杨源源, 吴志达. 大跨度斜拉桥地震易损性及可恢复性分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(1): 126-133. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180449
WU Fangwen, MENG Yuanying, CHEN Yue, JI Quanyou, YANG Yuanyuan, WU Zhida. Analysis of Seismic Fragility and Recoverability of Long-Span Cable-Stayed Bridge[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(1): 126-133. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180449
Citation: WU Fangwen, MENG Yuanying, CHEN Yue, JI Quanyou, YANG Yuanyuan, WU Zhida. Analysis of Seismic Fragility and Recoverability of Long-Span Cable-Stayed Bridge[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(1): 126-133. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180449

大跨度斜拉桥地震易损性及可恢复性分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180449
基金项目: 国家自然科学基金(51408040);陕西省交通厅科技计划项目(17-15K);安徽高校自然科学研究项目计划(KJ2019A1134)
详细信息
    作者简介:

    武芳文(1980—),男,副教授,研究方向为桥梁抗震及振动控制,E-mail:wufangwen2004@163.com

  • 中图分类号: V221.3

Analysis of Seismic Fragility and Recoverability of Long-Span Cable-Stayed Bridge

  • 摘要: 为了研究地震作用下斜拉桥主塔的抗震能力,评估其抗震可恢复性,以一座独柱式大跨径混凝土斜拉桥为例,采用SAP2000有限元分析程序建立结构动力计算模型,通过增量动力分析法(IDA)分析结构的横向地震响应;选用X-TRACT软件对主塔划分的各关键截面进行了弯矩-曲率分析和损伤标定,对IDA分析的数据进行处理,拟合得到了主塔各关键截面的地震易损性曲线,确定主塔容易损伤部位及演变规律;基于可恢复性的理念开展结构的抗震可恢复性分析. 研究结果表明:在横向地震作用下,主塔底部截面是所选截面中最容易损坏的部位;在地震动强度0.150g和0.271g作用后,自身的抗震能力由80.6%降到46.7%,随着地震动强度的增大,抗震储备能力不断降低.

     

  • 图 1  结构抗震能力剩余比

    Figure 1.  Residual ratio of seismic capacity of structure

    图 2  结构阶段抗震能力剩余比

    Figure 2.  Residual ratio of stage seismic capacity of structure

    图 3  结构动力计算模型

    Figure 3.  Dynamic calculation model of structural

    图 4  主塔各关键截面(单位:cm)

    Figure 4.  Key sections of the main tower (unit:cm)

    图 5  主塔不同截面的地震易损性曲线

    Figure 5.  Fragility curves of the different sections of main tower

    图 6  截面A整体抗震能力剩余比曲线

    Figure 6.  Residual ratio of seismic capacity of section A

    图 7  截面A阶段抗震能力剩余比曲线

    Figure 7.  Residual ratio of stage seismic capacity of section A

    图 8  截面A不同区间易损性曲线

    Figure 8.  Fragility curves of different Intervals of section A

    表  1  斜拉桥边界约束条件

    Table  1.   Boundary constraint condition of cable-stayed bridge

    自由度主塔与
    主墩联系
    主塔与
    主梁联系
    主梁与
    主墩联系
    U1 1 0 0
    U2 1 0 1
    U3 1 1 1
    R1 1 0 0
    R2 1 0 0
    R3 1 0 0
     注:U1、U2、U3 分别对应于图3整体坐标系中的XY、     Z 方向的位移自由度;R1、R2、R3 分别对应于图3    整体坐标系中的XYZ方向的转角自由度.
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    表  2  斜拉桥动力特性

    Table  2.   Dynamic characteristics of cable-stayed bridge

    阶数自振频率/Hz自振周期/s振型特征
    第 1 阶 0.342 2.924 主塔对称横向侧弯
    第 2 阶 0.353 2.828 主塔反对称横向侧弯
    第 3 阶 0.408 2.452 主梁一阶对称竖弯
    第 4 阶 0.578 1.730 塔梁对称横向侧弯
    第 5 阶 0.594 1.684 主塔纵弯+主梁纵飘
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    表  3  IDA分析选用的地震波情况

    Table  3.   Seismic waves for IDA analysis

    编号地震波名称时间地震动加速度峰值/ (× g)谱加速度/ (× g)
    地震波 1 Kobe 1995年 0.345 0.052 0
    地震波 2 CHICHI 1999年 0.361 0.059 1
    地震波 3 Landers 1992年 0.780 0.002 8
    地震波 4 WC 2008年 0.978 0.033 4
    地震波 5 Northridge 1994年 0.568 0.100 7
    地震波 6 Hollister 1961年 0.195 0.034 5
    地震波 7 Friuli 1976年 0.351 0.033 2
    地震波 8 Imperial Valley 1979年 0.315 0.101 0
    地震波 9 Loma Prieta 1989年 0.367 0.144 5
    地震波 10 LS 2013年 1.026 0.009 9
    地震波 11 Kocaele 1999年 0.350 0.346 5
    地震波 12 Trinidad 1983年 0.194 0.007 7
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    表  4  地震波强度等级划分

    Table  4.   Intensity levels classification of seismic waves

    强度等级谱加速度/ (× g) 强度等级谱加速度/ (× g)
    等级 1 0.023 等级 6 0.136
    等级 2 0.045 等级 7 0.181
    等级 3 0.068 等级 8 0.203
    等级 4 0.090 等级 9 0.226
    等级 5 0.113 等级 10 0.249
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    表  5  主塔各截面损伤状态的曲率量化

    Table  5.   Curvature quantification of the damage states of the main tower sections

    损伤状况钢筋混凝土应变
    无损伤 最外侧纵筋不出现屈服
    轻微损伤 最外侧纵筋屈服应变小于初始应变、非约束混凝土的压应变小于0.004
    中等损伤 纵筋应变小于0.55倍的极限拉应变、约束混凝土小于0.75倍极限压应变
    严重损伤 纵筋应变小于极限拉应变、约束混凝土不大于极限压应变
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    表  6  主塔各关键截面的曲率损伤指标汇总

    Table  6.   Curvature damage indicators for key sections of the main tower × 10−3/m

    主塔关键截面轻微损伤中等损伤严重损伤完全损伤
    截面 A0.5872.0107.9601.060
    截面 B0.5441.9107.2809.300
    截面 C0.5081.2405.2307.790
    截面 D0.5241.2505.8808.290
    截面 E0.5071.1305.6308.200
    截面 F0.5252.0205.0207.680
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    表  7  截面A不同损伤区间的抗震可恢复性指标与相应发生概率

    Table  7.   Seismic recoverability index and corresponding occurrence probability of different damage intervals of section A

    损伤状态阶段抗震可恢复性指标 $ {I_{{\mathop{D}\nolimits}_{i}}} $发生概率P(Di)
    完好状态 0.981 0.075
    轻微损伤 0.925 0.525
    中等损伤 0.651 0.372
    严重损伤 0.182 0.026
    完全损伤 0.000 0.002
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-31
  • 修回日期:  2018-09-25
  • 网络出版日期:  2018-10-08
  • 刊出日期:  2020-02-01

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