• ISSN 0258-2724
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大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

李小珍,  刘鸣,  杨得海,  戴胜勇,  肖林

李小珍, 刘鸣, 杨得海, 戴胜勇, 肖林. 大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1207-1214, 1223. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180665
引用本文: 李小珍, 刘鸣, 杨得海, 戴胜勇, 肖林. 大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1207-1214, 1223. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180665
LI Xiaozhen, LIU Ming, YANG Dehai, DAI Shengyong, XIAO Lin. Seismic Damage Evolution Simulation of Long-Span Deck Steel Truss Arch Bridge[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1207-1214, 1223. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180665
Citation: LI Xiaozhen, LIU Ming, YANG Dehai, DAI Shengyong, XIAO Lin. Seismic Damage Evolution Simulation of Long-Span Deck Steel Truss Arch Bridge[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1207-1214, 1223. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180665

大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180665
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFC1500803),中国铁路总公司科技开发计划(P2018G007),中国中铁股份公司科技开发计划(2014-重-1)资助
详细信息
    作者简介:

    李小珍(1970—),男,教授,研究方向为桥梁结构振动,E-mail:xzhli@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U442.55;U448.22

Seismic Damage Evolution Simulation of Long-Span Deck Steel Truss Arch Bridge

  • 摘要: 为评估大跨度钢拱桥在多维地震作用下的损伤状态,以一座铁路上承式钢桁架拱桥为研究对象,首先借助OpenSEES平台建立桥梁弹塑性纤维单元模型;接着选取“双参数”损伤指标和应变指标进行损伤评价;最后通过增量动力分析,从构件和全桥两个层面进行损伤评估,并对比两种指标对桥梁主要构件(钢管、钢管混凝土、钢筋混凝土)的适用性. 研究结果表明:基于变形和能量的双参数损伤指标比应变指标的评价结果会严重1~2个等级;相比于地震波纵向作用,大跨度钢桁架拱桥在横向地震作用时损伤更小,在峰值加速度(PGA)为1.5g时全桥仍处于轻微损伤状态;3种类型构件中,钢管构件损伤数量较多但是损伤程度轻,钢管混凝土构件(拱脚)损伤较早但是损伤程度轻,钢筋混凝土构件(交界墩)损伤最为严重,在抗震设计时,应对相应位置予以重视.

     

  • 图 1  构造细节

    Figure 1.  Structure details

    图 2  全桥模型

    Figure 2.  Bridge model

    图 3  地震波加速度时程

    Figure 3.  Time-Domain acceleration of seismic waves

    图 4  钢管构件应变IDA曲线

    Figure 4.  Strain IDA curves of steel tube member

    图 5  钢管混凝土构件滞回曲线

    Figure 5.  Hystertic curves of concrete-filled steel tubular member

    图 6  钢管混凝土构件IDA曲线

    Figure 6.  IDA curves of concrete-filled steel tubular member

    图 7  钢筋混凝土构件滞回曲线

    Figure 7.  Hystertic curves of reinforced concrete member

    图 8  钢筋混凝土构件IDA曲线

    Figure 8.  IDA curves of reinforced concrete member

    图 9  地震波加速度反应谱

    Figure 9.  Response spectrum of earthquake acceleration

    图 10  全桥损伤IDA情况

    Figure 10.  IDA curves of bridge

    表  1  材料参数

    Table  1.   Material parameters

    项目fpc/MPaepsc0fpcu/MPaepsUft/MPaEts/MPa
    下拱脚−61.58−0.0036−31.24−0.0046.163079
    上拱脚−50.32−0.0035−15.42−0.0045.032516
    交界墩横梁−23.85−0.0020−4.77−0.0043.012340
    交界墩冒梁−23.40−0.0020−4.68−0.0043.012340
    交界墩立柱−24.28−0.0021−4.86−0.0043.012340
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    表  2  自振周期和振型

    Table  2.   Fundamental periods and modes

    振型频率/Hz周期/s振型描述
    T1 0.28 3.61 拱梁一阶正对称横弯
    T2 0.44 2.26 拱梁一阶反对称横弯
    T5 0.91 1.10 左侧交界墩纵向弯曲
    T14 1.25 0.80 拱上墩纵向弯曲
    T30 2.16 0.46 左侧交界墩扭转
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    表  3  地震损伤等级划分

    Table  3.   Classification of seismic damages

    损伤等级 钢管构件应变指标钢筋混凝土构件钢管混凝土构件钢管应变指标钢管混凝土与钢筋混凝土构件双参数指标
    混凝土应变指标钢筋应变指标
    基本完好 ε ≤ εy ε ≤ 0.0020 ε ≤ 0.00194 ε ≤ 0.00189 (0, 0.2]
    轻度损伤 εy < ε ≤ 2.0εy (0.0020, 0.0035] (0.00194, 0.01000] (0.00189, 0.01000] (0.2, 0.4]
    中等损伤 2.0εy < ε ≤ 8.4εy (0.0035, 0.0050] (0.01000, 0.03000] (0.01000, 0.03000] (0.4, 0.8]
    严重损伤 ε > 8.4εy (0.0050, 0.0080] (0.03000, 0.05000] (0.03000, 0.05000] (0.8, 1.0]
    倒塌 — ε > 0.0080 ε > 0.05000 ε > 0.05000 D > 1.0
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    表  4  全桥损伤指数

    Table  4.   Damage index of bridge

    PGA/(×g)纵向横向双向
    损伤
    指数
    损伤
    状态
    损伤
    指数
    损伤
    状态
    损伤
    指数
    损伤
    状态
    0.5 0.02 − 0.07 − 0.16 −
    0.6 0.11 − 0.07 − 0.25 轻微
    0.7 0.13 − 0.12 − 0.34 轻微
    0.8 0.21 − 0.17 − 0.34 轻微
    0.9 0.28 轻微 0.17 − 0.48 中等
    1.0 0.33 轻微 0.17 − 0.56 中等
    1.1 0.33 轻微 0.17 − 0.58 中等
    1.2 0.39 轻微 0.23 轻微 0.71 中等
    1.3 0.4 轻微 0.23 轻微 0.71 中等
    1.4 0.72 中等 0.37 轻微 0.73 中等
    1.5 0.85 严重 0.37 轻微 0.83 严重
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  • 谢旭,唐站站,胡欣科,等. 纤维模型在钢拱桥抗震设计中的适用性研究[J]. 中国公路学报,2015,28(2): 33-42. doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2015.02.005

    XIE Xu, TANG Zhanzhan, HU Xinke, et al. Study on applicability of fiber model in seismic design for steel arch bridge[J]. China Journal of Highway and Transport, 2015, 28(2): 33-42. doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2015.02.005
    LIANG C Y, CHEN A. A method for examining the seismic performance of steel arch deck bridges[J]. Frontiers of Architecture and Civil Engineering in China, 2010, 4(3): 311-320. doi: 10.1007/s11709-010-0080-8
    USAMI T, GE H. A performance-based seismic design methodology for steel bridge systems[J]. Journal of Earthquake and Tsunami, 2009, 3(3): 175-193. doi: 10.1142/S179343110900055X
    TANG Z, XIE X, WANG T, et al. Study on FE models in elasto-plastic seismic performance evaluation of steel arch bridge[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2015, 113: 209-220. doi: 10.1016/j.jcsr.2015.06.009
    谢开仲,吕文高,覃乐勤,等. 钢管混凝土拱桥地震破坏评估研究[J]. 中国公路学报,2012,25(2): 53-59. doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2012.02.009

    XIE Kaizhong, LU Wengao, QIN Leqin, et al. Research on seismic damage evaluation of CFST arch bridges[J]. China Journal of Highway and Transport, 2012, 25(2): 53-59. doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2012.02.009
    中国钢铁工业协会. 桥梁用结构钢: GB/T 714—2015[S]. 北京: 中国国家标准化管理委员会, 2015.
    赵金钢,杜斌,占玉林,等. OpenSees中混凝土本构模型用于模拟结构滞回性能的对比[J]. 桂林理工大学学报,2017,37(1): 59-67. doi: 10.3969/j.issn.1674-9057.2017.01.008

    ZHAO Jingang, DU Bin, ZHAN Yulin, et al. Comparison of constitutive concrete models in OpenSees for hysteretic behavior of structures[J]. Journal of Guilin University of Technology, 2017, 37(1): 59-67. doi: 10.3969/j.issn.1674-9057.2017.01.008
    陈建伟,边瑾靓,苏幼坡,等. 应用OpenSEES模拟方钢管混凝土柱的抗震性能[J]. 世界地震工程,2015,31(3): 71-77.

    CHEN Jianwei, BIAN Jinliang, SU Youpo, et al. Application of OpenSEES on calculating lateral force-displacement hysteretic curves of concrete-filled rectangular steel tubular columns[J]. World Earthquake Engineering, 2015, 31(3): 71-77.
    PARK-ANG Y J, ANG A H S. Mechanistic seismic damage model for reinforced concrete[J]. Journal of Structural Engineering, 1985, 111(4): 722-739. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1985)111:4(722)
    过镇海. 钢筋混凝土原理[M]. 3版. 北京: 清华大学出版社, 2013: 312-313.
    郭蓉,王铁成,赵少伟,等. 方钢管混凝土柱的地震损伤模型[J]. 河北农业大学学报,2007,30(3): 109-112. doi: 10.3969/j.issn.1000-1573.2007.03.027

    GUO Rong, WANG Tiecheng, ZHAO Shaowei, et al. Seismic damage model of concrete- filled rectangular tubular column[J]. Journal of Agricultural University of Hebei, 2007, 30(3): 109-112. doi: 10.3969/j.issn.1000-1573.2007.03.027
    周长东,田苗旺,张许,等. 考虑多维地震作用的高耸钢筋混凝土烟囱结构易损性分析[J]. 土木工程学报,2017,50(3): 54-64.

    ZHOU Changdong, TIAN Miaowang, ZHANG Xu, et al. Seismic fragility analysis for high-rise RC chimney considering multi-dimensional seismic actions[J]. China Civil Engineering Journal, 2017, 50(3): 54-64.
    谷音,卓卫东. 基于IDA和纤维模型的高墩大跨连续刚构桥梁地震反应分析[J]. 土木工程与管理学报,2011,28(3): 235-240. doi: 10.3969/j.issn.2095-0985.2011.03.053

    GU Yin, ZHOU Weidong. Study on seismic vulnerability of long-span continuous rigid frame bridge with high pier[J]. Journal of Civil Engineering and Management, 2011, 28(3): 235-240. doi: 10.3969/j.issn.2095-0985.2011.03.053
    刘震. 中承式钢管混凝土拱桥地震易损性分析[J]. 公路交通科技,2015,32(8): 72-79,88. doi: 10.3969/j.issn.1002-0268.2015.08.013

    LIU Zhen. Analysis on seismic fragility of half-through CFST arch bridge[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2015, 32(8): 72-79,88. doi: 10.3969/j.issn.1002-0268.2015.08.013
    中国地震局. 中国地震烈度表: GB/T 17742—1999[S]. 北京: 中国国家标准化管理委员会, 2008.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-16
  • 修回日期:  2018-11-28
  • 网络出版日期:  2020-07-13
  • 刊出日期:  2020-12-15

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