以损伤为指标的桥梁强度折减因子放大系数研究

张国帅

(天津铁道职业技术学院，天津 300000)

以损伤为指标的桥梁强度折减因子放大系数研究

张国帅

(天津铁道职业技术学院，天津 300000)

该文系统的讨论了单自由度以及多自由度桥梁结构下的损伤指标，并对两种自由度下的模型进行对比，然后根据实际结构情况，利用SAP2000软件进行基础建模，并分别通过控制场地变量讨论损伤指数对放大系数的影响以及通过控制损伤指数变量讨论四类场地对放大系数的影响。最后根据所得模拟实验结果，对数据进行线性回归，提出基于损伤性能的放大系数的计算公式，对公式进行验算，证明该文给出的计算公式的合理性。

桥梁结构；sap2000；线性回归；放大系数；损伤性能

1 评价指标

现有的研究成果主要集中在以延性作为主要参考指标的情况下，而基于结构损伤的相关研究甚少。以损伤作为控制指标可以充分的考虑结构位移与滞回耗能对结构产生的损伤积累的影响，此方法和实际工况更加贴近。

本文采用的是江辉与朱晞位学者提出的Park-Ang改进模型，具体公式如式(1)

(1)

2 单、多自由度模型简述

单自由度的强度折减因子计算相对比较简单，仅仅依靠基于Newmark-β法的编程就可以实现；而多自由度结构的强度折减因子计算则相对复杂：是以SAP2000为基础建模，之后采用编程对模型进行循环控制与参数调节来进行计算。下表为不同周期单墩桥梁结构模型参数，具体参数见表 1。

表1 桥梁等效单墩模型参数

桥梁结构在受到在强震作用下的桥梁结构会发生塑性变形，而且这些塑性变形普遍集中于桥梁的墩底部分，本文根据此情况，忽略掉桥梁其他部分的塑性变形，仅针对桥梁墩墩底部分塑性铰的情况进行分析研究。为了计算各桥墩的塑性铰长度，本文采用UCFyber软件对桥墩墩底部进行截面特性分析，然后根据《公路桥梁抗震设计细则》相关细则换算各模型塑性铰的参数，具体参数如表2所示。

图1 桥墩墩底截面的弯矩-曲率关系

表2 各模型塑性铰参数

3 计算结果分析

3.1 损伤水平与结构周期的影响

为了更准确的确定结构周期和损伤水平对放大系数的影响规律，本文采用控制变量的方法对控制场地因素下的不同损伤指标进行计算。通过计算得到四类场地下不同损伤指标的放大系数谱，图 3为四类场地下损伤指标为0.2、0.5、0.8的放大系数均值谱图。从所得结果显示：损伤指标DI不变的情况下，放大系数CM是随着周期的增大而增大；而周期确定的情况下，放大系数CM随损伤指标DI的增大而增大。

图2 四类场地下基于损伤指标的均值谱

3.2 场地类型的影响

采用同样的原理，本文在研究场地条件对放大系数、损伤指标以及周期的影响规律时，采用了控制变量的方法在保证损伤指数不变的情况下研究场地对放大系数的影响。图4为给定损伤指标02、05、08下的不同场地的放大系数均值谱图。由图3结果显示：在确实损伤水平时，放大系数随结构周期T变化趋势基本一致，且不同场地之间也保持着相同的趋势和规律，场地类型对规律的影响可忽略；从图4数据可以看出，不同损伤指标条件下放大系数随结构周期T的变化规律基本保持一致，为下一步的函数拟合提供基础数据支持。

图3 不同损伤水平下的均值谱

4 建议公式拟合

通过以上计算所得规律，针对损伤性能的多自由度强度折减因子放大系数进行多参数回归，提出以损伤因子和结构自振周期为参数变量的放大系数公式：

CM=AT0.62+1

(2)

其中， A为公式(2)计算得到；

A=-0.882 22DI-0.026 8+1

(3)

图4 基于损伤指标的CM四类场地均值谱

为了验证所提出公式的准确合理性，本文根据公式所得的拟合谱与计算所得均值谱进行对比，如图5所示，从中可以看出：拟合结果与计算结果基本吻合，从而证明了本文所提出回归公式的合理正确性。

图5 拟合谱与均值谱对比

5 结 论

(1) 结构自振周期T以及目标损伤水平变化对放大系数的影响较为显著，放大系数与周期和损伤水平存在着正相关关系；

(2)场地类型对放大系数的影响不呈规律显示，即：可忽略场地类型对放大系数的影响；

(3)本文通过拟合计算，提出以损伤因子和结构自振周期为参数变量的放大系数公式，满足实际工况，此公式具有可靠的设计参考价值。

[1] 周靖. 钢筋混凝土框架结构基于性能系数抗震设计法的基础研究[D]. 华南理工大学, 2006.

[2] 江辉, 慎丹, 刘夏润. 基于改进Park-Ang模型的RC桥墩地震动损伤及滞回耗能特性研究[J].振动与冲击, 2012, 31(5): 97-105.

[3] 翟长海. 最不利设计地震动及强度折减系数研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2004.

Adissertationonstudyforthedamage-basedamplificationfactorofbridgestrengthreductionfactor

ZHANG Guo-shuai

(Tianjin Railway Technical and Vocational College , Tianjin 300000)

The damage indicator of single degree of freedom (SDOF) bridge structure and multiple degrees of freedom (MDOF) bridge structure is discussed in this paper, and models of two kinds of bridge structure are compared. Models are established using sap2000, then effects of site types and damage indicator on amplification factor are respectively discussed using the method of control variables. The formula of damage performance-based amplification factor is suggested using the method of linear regression according to the experimental date，and the formula is proved to be reasonable.

bridge structure;sap2000;linear regression ; amplification factor ; damage performance

2017-04-05

张国帅(1988-)，男，河北唐山丰南人，助教，研究方向：铁路桥梁抗震。

U492

：C

：1008-3383(2017)07-0191-02