[发明专利]一种基于强度与延性的钢管混凝土拱桥抗震能力评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗震能力评估方法，尤其涉及一种基于强度与延性的钢管混凝土拱桥抗震能力评估方法。

背景技术

钢管混凝土拱桥的结构形式说明，其抗震能力主要由拱肋、吊杆、吊杆横梁和桥面纵梁的抗震能力决定，这些部分的构件部分损伤和破坏可能会造成一定影响，经过加固和维修可能还能继续发挥其通行的功能。当前桥梁的抗震评估理论和方法中，主要是针对结构或构件的抗震性能评估，如耗能能力，说明抗震性能好或不好，属于定性评估，而定量评估的方法未见报道。

发明内容

本发明的目的在于根据钢管混凝土拱桥各部分(拱肋弦杆、腹杆、横向联系、吊杆、吊杆横梁和立柱横梁、桥面纵梁)的强度与延性对钢管混凝土拱桥抗震能力进行定量评估，为钢管混凝土拱桥抗震设计提供科学可靠的依据。

本发明的技术方案在于，一种基于强度与延性的钢管混凝土拱桥抗震能力评估方法，包括以下步骤：

S1、用有限元法建立钢管混凝土拱桥模型；

S2、对拱桥进行结构分析，分别计算出重力代表值作用下和小震作用下各杆件的内力；所述重力代表值包括结构和各级恒载和车道荷载标准值组合；所述小震为六度地震；地震加速度峰值为0.05g；

S3、分析拱桥各部分的破坏模式及延性比，所述各部分的破坏模式包括拱肋弦杆破坏、拱肋腹杆破坏、吊杆破坏、吊杆横梁破坏和桥面纵梁破坏；

S4、根据步骤S3分析的破坏形式计算各部分的屈服地面加速度系数以及各部件的延性容量；

S5、根据步骤S3分析的延性比计算得结构地震作用折减系数F_u；

S6、通过各部分构件的破坏模式延性比，通过加权平均方法求出各部分的抗震能力Ac；

S7、根据各部分的抗震能力Ac计算出整体抗震能力Ac、和拱桥地震作用折减系数，将地震作用折减系数乘以屈服地面运动加速度，求解出整桥的抗震能力。

优选地，在步骤S3中，所述拱肋弦杆破坏包括弯曲和拉压破坏，所述拱肋腹杆破坏包括腹杆轴力破坏，所述吊杆破坏包括拉伸破坏，所述吊杆横梁破坏包括弯曲破坏，所述桥面纵梁破坏包括弯曲破坏。

优选地，在步骤S4中，所述延性容量指部件的各构件达到破坏时，构件的延性容量的加权平均值，结构的允许延性容量R_a与延性容量R的关系为分别计算拱肋弦杆、拱肋腹杆、拱肋横向联系、吊杆、吊杆横梁、桥面纵梁的允许延性容量。

与现有技术的缺点和不足，本发明所具有的有益效果在于：

1、根据设计或竣工图进行桥梁的抗震能力的定性和定量分析；

2、能够确定钢管混凝土拱桥中各部件中的所有杆件的抗震能力，发现整桥抗震薄弱的部位；

3、为桥梁的抗震设计和抗震加固提供科学可靠的依据。

附图说明

图1为本发明基于强度与延性的钢管混凝土拱桥抗震能力评估方法流程图；

图2是钢管混凝土典型的轴压关系曲线图；

图3是钢管混凝土强度关系图；

图4是钢材应力-应变关系图；

图5是横向联系比例极限状态应力图；

图6是横向联系塑性极限状态应力图；

图7是弹性极限与塑性极限时应力与应变分布图；

图8是单位长度梁体受力变形示意图；

图9是钢管混凝土在压弯作用下比例和强度曲线图；

图10是等效方法示意图；

图11是本发明实施例1提篮拱桥立面图(单位mm)；

图12为本发明实施例1中1/2拱肋平面布置图(单位：长度/cm，直径/mm)；

图13为本发明实施例1提篮拱拱肋空间有限元模型。

具体实施方式

本发明提供的钢管混凝土拱桥抗震能力评估方法是基于强度与延性的。基于强度与延性的抗震能力评估方法是一种简单实用方法，在计算和评估中做了一些假设。

(1)结构计算时采用弹性假设，不考虑材料非线性和几何非线性；

(2)结构各单元破坏时，其极限强度就是单元的设计强度，在役和存在损伤的钢管混凝土拱桥，视其具体情况可对结构单元的承载能力作适当折减，折减办法按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》(报批稿)的相关规定；

(3)在外力和地震力作用时，忽略地基-基础-结构的相互作用，忽略有关支座的影响，在拱桥和桥台处采用约束的形式作为边界条件。

本发明的技术方案在于：一种基于强度与延性的钢管混凝土拱桥抗震能力评估方法，如图1所示，包括以下步骤：