• ISSN 0258-2724
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斜拉桥模块化功能恢复函数研究

段佳宏 罗天 尹伟涛 张杨 廖泺恒 陈治宇 赵灿晖

段佳宏, 罗天, 尹伟涛, 张杨, 廖泺恒, 陈治宇, 赵灿晖. 斜拉桥模块化功能恢复函数研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250204
引用本文: 段佳宏, 罗天, 尹伟涛, 张杨, 廖泺恒, 陈治宇, 赵灿晖. 斜拉桥模块化功能恢复函数研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250204
DUAN Jiahong, LUO Tian, YIN Weitao, ZHANG Yang, LIAO Luoheng, CHEN Zhiyu, ZHAO Canhui. Research on Modular Functionality Recovery Functions for Cable-Stayed Bridges[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250204
Citation: DUAN Jiahong, LUO Tian, YIN Weitao, ZHANG Yang, LIAO Luoheng, CHEN Zhiyu, ZHAO Canhui. Research on Modular Functionality Recovery Functions for Cable-Stayed Bridges[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250204

斜拉桥模块化功能恢复函数研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250204
基金项目: 国家自然科学基金区域联合基金项目(U21A20154)
详细信息
    作者简介:

    段佳宏(1994—),男,工程师,博士,研究方向为桥梁抗震韧性,E-mail:djer_holmes@163.com

    通讯作者:

    赵灿晖(1970—),男,教授,博士,研究方向为桥梁抗震韧性,E-mail:zch2887@163.com

  • 中图分类号: U448.27

Research on Modular Functionality Recovery Functions for Cable-Stayed Bridges

  • 摘要:

    为量化斜拉桥抗震韧性评价中的功能恢复权重系数,避免依赖经验或专家问卷的主观性,提出一种基于模块化功能恢复函数的抗震韧性评价方法. 首先,采用Pair Copula分层模型将斜拉桥划分为构件、子系统及系统3个层次,分别计算各层次的地震易损性;其次,基于各子系统在不同损伤状态下的概率比值,进行概率加权,构建功能恢复权重系数的量化模型;进而,综合考虑功能恢复、修复时间与修复路径,建立模块化功能恢复函数,并通过集成子系统修复顺序形成系统级功能恢复函数;最终,建立斜拉桥抗震韧性评价流程,并以某斜拉桥为例进行抗震韧性评价. 结果表明:功能恢复权重系数随地震动强度变化,与各子系统损伤程度密切相关;若采用常数型权重系数,支座子系统的恢复贡献将被低估约50%;斜拉桥各构件地震响应具有较强的相关性,若假设构件完全独立,系统易损性计算误差可达28%~53.3%;在规范规定的地震动强度范围内,忽略子系统修复顺序会使系统韧性指数低估约9%.

     

  • 图 1  Pair Copula迭代示意

    Figure 1.  Schematic diagram of Pair Copula iteration

    图 2  子系统功能恢复函数模块

    Figure 2.  Subsystem functionality recovery function module

    图 3  斜拉桥系统功能恢复函数

    Figure 3.  System functionality recovery function of cable-stayed bridge

    图 4  韧性概念示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of resilience concept

    图 5  基于斜拉桥模块化功能恢复函数的抗震韧性评价流程

    Figure 5.  Seismic resilience assessment procedure based on modular functionality recovery function for cable-stayed bridges

    图 6  斜拉桥非线性有限模型

    Figure 6.  Nonlinear finite element model diagram of cable-stayed bridge

    图 7  斜拉桥功能恢复函数

    Figure 7.  Functionality recovery function of cable-stayed bridge

    图 8  斜拉桥Pair Copula分层配对模型

    Figure 8.  Pair Copula hierarchical pairing model diagram of cable-stayed bridge

    图 9  子系统易损性曲线图

    Figure 9.  Subsystem fragility curves

    图 10  系统易损性曲线图

    Figure 10.  System fragility curves

    图 11  震后剩余功能函数

    Figure 11.  Post-earthquake residual functionality function

    图 12  功能恢复权重系数

    Figure 12.  Functionality recovery weighting coefficient

    图 13  功能恢复曲线

    Figure 13.  Functionality recovery curves

    图 14  韧性指数图

    Figure 14.  Resilience index diagram

    表  1  斜拉桥损伤状态与功能损失比对应关系表

    Table  1.   Correspondence between damage states and functionality loss ratios of cable-stayed bridges

    损伤状态 Lj
    轻微损伤 15%
    中等损伤 30%
    严重损伤 60%
    完全破坏 100%
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    表  2  斜拉桥不同损伤状态下修复时间分布表/天

    Table  2.   Repair time distribution of cable-stayed bridges under different damage states (d)

    损伤程度tftiTb
    minmaxminmaxminmax
    轻微损伤512053038
    中等损伤1517038
    严重损伤55220510
    完全破坏75270510
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    表  3  最优Copula函数及检验结果

    Table  3.   Optimal Copula function and test results

    位置 构件名 Copula函数类型 参数1 参数2 KS检验统计量 p
    第1层 2#P Frank 13.94 \ 0.045 0.985
    3#P Frank 12.77 \ 0.040 0.997
    第2层 桥塔体系 Gaussian 0.99 \ 0.040 0.997
    桥墩体系 Gumbel 3.42 \ 0.090 0.377
    支座1 Gaussian 0.96 \ 0.110 0.167
    支座2 Gumbel 6.22 \ 0.105 0.208
    第3层 塔-墩体系 t 0.91 8.36 0.065 0.779
    支座体系 Gumbel 8.84 \ 0.095 0.312
    第4层 斜拉桥系统 Clayton 2.68 \ 0.085 0.449
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-22
  • 修回日期:  2025-10-12
  • 网络出版日期:  2026-06-30

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