一種基于強度與延性的鋼管混凝土拱橋抗震能力評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抗震能力評估方法，尤其涉及一種基于強度與延性的鋼管混凝土 拱橋抗震能力評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)形式說明，其抗震能力主要由拱肋、吊桿、吊桿橫梁和橋面 縱梁的抗震能力決定，這些部分的構(gòu)件部分損傷和破壞可能會造成一定影響，經(jīng)過加固和 維修可能還能繼續(xù)發(fā)揮其通行的功能。當前橋梁的抗震評估理論和方法中，主要是針對結(jié) 構(gòu)或構(gòu)件的抗震性能評估，如耗能能力，說明抗震性能好或不好，屬于定性評估，而定量評 估的方法未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于根據(jù)鋼管混凝土拱橋各部分（拱肋弦桿、腹桿、橫向聯(lián)系、吊 桿、吊桿橫梁和立柱橫梁、橋面縱梁）的強度與延性對鋼管混凝土拱橋抗震能力進行定量 評估，為鋼管混凝土拱橋抗震設(shè)計提供科學可靠的依據(jù)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案在于，一種基于強度與延性的鋼管混凝土拱橋抗震能力評估方 法，包括以下步驟：
[0005] S1、用有限元法建立鋼筋混凝土拱橋模型；
[0006] S2、對拱橋進行結(jié)構(gòu)分析，分別計算出重力代表值作用下和小震作用下各桿件的 內(nèi)力；所述重力代表值包括結(jié)構(gòu)和各級恒載和車道荷載標準值組合；所述小震為六度地 震；地震加速度峰值為〇. 〇5g ;
[0007] S3、分析拱橋各部分的破壞模式及延性比，所述各部分的破壞模式包括拱肋弦桿 破壞、拱肋腹桿破壞、吊桿破壞、吊桿橫梁破壞和橋面縱梁破壞；
[0008] S4、根據(jù)步驟S3分析的破壞形式計算各部分的屈服地面加速度系數(shù)以及各部件 的延性容量；
[0009] S5、根據(jù)步驟S3分析的延性比計算得結(jié)構(gòu)地震作用折減系數(shù)Fu;
[0010] S6、通過各部分構(gòu)件的破壞模式延性比，通過加權(quán)平均方法求出各部分的抗震能 力Ac ;
[0011] S7、根據(jù)各部分的抗震能力Ac計算出整體抗震能力Ac、和拱橋地震作用折減系 數(shù)，將地震作用折減系數(shù)乘以屈服地面運動加速度，求解出整橋的抗震能力。
[0012] 優(yōu)選地，在步驟S3中，所述拱肋弦桿破壞包括彎曲和拉壓破壞，所述拱肋腹桿破 壞包括腹桿軸力破壞，所述吊桿破壞包括拉伸破壞，所述吊桿橫梁破壞包括彎曲破壞，所述 橋面縱梁破壞包括彎曲破壞。
[0013] 優(yōu)選地，在步驟S4中，所述延性容量指部件的各構(gòu)件達到破壞時，構(gòu)件的延性容 量的加權(quán)平均值，結(jié)構(gòu)的允許延性容量R a與延性容量R的關(guān)系為兄=1 +￥;分別計算弦 桿、腹桿、橫向聯(lián)系、吊桿、吊桿橫梁、橋面縱梁的允許延性容量。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明所具有的有益效果在于：
[0015] 1、根據(jù)設(shè)計或竣工圖進行橋梁的抗震能力的定性和定量分析；
[0016] 2、能夠確定鋼管混凝土拱橋中各部件中的所有桿件的抗震能力，發(fā)現(xiàn)整橋抗震薄 弱的部位；
[0017] 3、為橋梁的抗震設(shè)計和抗震加固提供科學可靠的依據(jù)。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明基于強度與延性的鋼管混凝土拱橋抗震能力評估方法流程圖；
[0019] 圖2是鋼管混凝土典型的軸壓關(guān)系曲線圖；
[0020] 圖3是鋼管混凝土強度關(guān)系圖；
[0021] 圖4是鋼材應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系圖；
[0022] 圖5是橫向聯(lián)系比例極限狀態(tài)應(yīng)力圖；
[0023] 圖6是橫向聯(lián)系塑性極限狀態(tài)應(yīng)力圖；
[0024] 圖7是彈性極限與塑性極限時應(yīng)力與應(yīng)變分布圖；
[0025] 圖8是單位長度梁體受力變形示意圖；
[0026] 圖9是鋼管混凝土在壓彎作用下比例和強度曲線圖；
[0027] 圖10是等效方法示意圖；
[0028] 圖11是本發(fā)明實施例1提籃拱橋立面圖（單位mm);
[0029] 圖12為本發(fā)明實施例1中1/2拱肋平面布置圖（單位：長度/cm，直徑/mm);
[0030] 圖13為本發(fā)明實施例1提籃拱拱肋空間有限元模型。
【具體實施方式】
[0031] 本發(fā)明提供的鋼管混凝土拱橋抗震能力評估方法是基于強度與延性的。基于強度 與延性的抗震能力評估方法是一種簡單實用方法，在計算和評估中做了一些假設(shè)。
[0032](1)結(jié)構(gòu)計算時采用彈性假設(shè)，不考慮材料非線性和幾何非線性；
[0033] (2)結(jié)構(gòu)各單元破壞時，其極限強度就是單元的設(shè)計強度，在役和存在損傷的鋼管 混凝土拱橋，視其具體情況可對結(jié)構(gòu)單元的承載能力作適當折減，折減辦法按照《公路橋 梁承載能力檢測評定規(guī)程》（報批稿）的相關(guān)規(guī)定；
[0034] (3)在外力和地震力作用時，忽略地基-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)的相互作用，忽略有關(guān)支座的 影響，在拱橋和橋臺處采用約束的形式作為邊界條件。
[0035] 本發(fā)明的技術(shù)方案在于：一種基于強度與延性的鋼管混凝土拱橋抗震能力評估方 法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0036] S1、用有限元法建立鋼筋混凝土拱橋模型
[0037] 在步驟S1中，首先利用大型通用有限元軟件ANSYS，根據(jù)鋼管混凝土拱橋設(shè)計或 竣工圖紙建立有限元模型，本方法中采用ANSYS軟件的空間梁單元Beaml88或Beaml89模 擬鋼管混凝土拱肋弦桿、腹桿、橫向聯(lián)系、吊桿橫梁和橋面縱梁，用Shell63模擬橋面系統(tǒng)、 用LinklO模擬吊桿，在拱腳處施加各弦桿的固定約束，橋梁恒載通過施加重力加速度來完 成，地震荷載通過施加整體加速度實現(xiàn)，車道荷載通過在橋面單元和節(jié)點上施加集中力和 均布力實現(xiàn)。
[0038] S2、對拱橋進行結(jié)構(gòu)分析，分別計算出重力代表值作用下和小震作用下各桿件的 內(nèi)力；所述重力代表值包括結(jié)構(gòu)和各級恒載和車道荷載標準值組合；所述小震為六度地 震；地震加速度峰值為〇. 〇5g
[0039] 在步驟S2中，根據(jù)該類