索塔锚固区损伤模型构建及地震易损性评估方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及桥梁风险评估技术领域，尤其是一种索塔锚固区损伤模型构建及地震易损性评估方法和系统

【技术实现步骤摘要】
索塔锚固区损伤模型构建及地震易损性评估方法和系统


[0001]本专利技术涉及桥梁风险评估
，尤其是一种索塔锚固区损伤模型构建及地震易损性评估方法和系统
。

技术介绍

[0002]地震灾害对桥梁结构等混凝土建筑破坏力巨大，评估桥梁在不同地震动中的损伤概率是桥梁安全评估不可或缺的环节
。
而与其他类型的桥梁不同，索塔锚固区是斜拉桥传递索力的关键部分，一旦其发生破坏，斜拉桥的内力平衡将受到严重的影响
。
目前对于大跨斜拉桥的索塔锚固区通常会进行相关的试验和有限元模拟
。
现有研究基于试验和有限元模拟对索塔锚固区的力学性能及其裂缝发展情况进行了大量的分析，但大部分研究都局限于索塔锚固区的静力分析，并且在其索力加载下的损伤状态往往仅限于保护层混凝土开裂
。
但是在地震作用下，索塔锚固区受到的损伤更加复杂，可能不限于其保护层混凝土的开裂
。
因此，探究索塔锚固区的多级损伤状态显得尤为重要
。
[0003]此外，已有研究对地震动作用下的斜拉桥各构件的抗震性能进行了大量的研究，但大部分研究都侧重于斜拉桥的下部结构（包括桥墩
、
塔底
、
支座等构件），对索塔锚固区等上部结构的研究较少且往往忽略了索力对索塔锚固区的影响
。
[0004]在近断层竖向地震动（
VGM
）与水平向地震动（
HGM
）联合作用下索塔锚固区的抗震性能的研究尚不充分
。
而地震频发且震害中索塔锚固区的损伤更加复杂，因此，探究索塔锚固区的地震易损性具有现实意义
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述震害中往往忽视了索塔锚固区的损伤评估的缺陷，本专利技术提出了一种索塔锚固区损伤模型构建方法，可通过索力计算模型快速计算各种地震动工况下的索力，解决了有限元模拟耗时长
、
专业性高的困境
。
[0006]本专利技术提出的一种索塔锚固区损伤模型构建方法，包括以下步骤：
S1、
结合索塔锚固区的索力
F
C
与地震动的水平向地面峰值速度
V
x
的相关趋势，以及索塔锚固区的索力
F
C
与地震动参数
α
V/H
的相关趋势，构建索力表达式；地震动参数
α
V/H
为竖向地震动加速度
VGM
与水平向地震动加速度
HGM
的比值；索力表达式为：
F
C
=
Δ
F+F0Δ
F=k1
×
V
xk2
(k3
×
α
V/Hk4
+1)
其中，
F
C
表示索力，
F0为索塔锚固区的索力初始值，
Δ
F
表示索力增量，
k1、k2、k3
和
k4
均为待拟合系数；
S2、
构建多个拟合样本，拟合样本包括地震动工况和索塔锚固区的索力
F
C
；地震动工况包括描述地震动工况的水平向地面峰值速度
V
x
和地震动参数
α
V/H
；
S3、
将拟合样本代入索力表达式，求解待拟合系数
k1、k2、k3
和
k4
，将求解后的索力表达式记作索力计算模型
。
[0007]优选的，拟合样本中的索力
F
C
通过有限元模拟获得
。
[0008]优选的，索力计算模型为：
F
C
=539
×
V
x0.93
(3.95
×
α
V/H0.72
+1)+F0。
[0009]本专利技术提出的一种地震易损性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
St1、
定义索塔锚固区的四种损伤状态：轻度损伤
、
中度损伤
、
严重损伤和完全损伤，确定各损伤状态对应的索力阈值；
St2、
获取待评估地震工况的水平向地面峰值速度
V
x
和地震动参数
α
V/H
，结合索力计算模型计算索塔锚固区在待评估地震工况下的索力
F
C
；
St3、
结合索力
F
C
和各损伤状态对应的索力阈值，评估索塔锚固区在各损伤状态下的易损性曲面
。
[0010]优选的，
St3
中，采用以下易损概率评估公式计算待评估地震工况的各级损伤概率；易损概率评估公式为：
P
f
=Ф[(ln(S
D
)
‑
ln(S
i
))/(
β
(D/V
x
,
α
V/H
)2+
β
c2
)
1/2
]P
f
为易损概率，
S
i
为任一损伤状态对应的索力阈值，
P
f
为索塔锚固区在索力阈值为
S
i
的损伤状态下的损伤概率；
Ф(
•
)
表示累积正态分布函数；
S
D
为索塔锚固区在待评估地震工况下的索力
F
C
，
β
c
为极限状态模型的标准差，
β
(D/V
x
,
α
V/H
)
为回归需求的标准差
。
[0011]优选的，
β
c
=[ln(1+COV2)]1/2
β
(D/V
x
,
α
V/H
)=[∑
Nn=1
[ln(S
n1
)
‑
ln(S
n2
)]2/(N
‑
3)]1/2
其中，
COV
表示设定的变异系数；
N
为索力表达式拟合过程中使用的拟合样本数量，
n
为样本序数；
S
n1
为第
n
个拟合样本通过有限元模型获得的索力，
S
n2
为第
n
个拟合样本通过索力计算模型获得的索力
。
[0012]优选的，各损伤状态定义如下：轻度损伤：保护层混凝土裂缝宽度达到设定的裂缝限值，裂缝限值在
[0.05mm...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种索塔锚固区损伤模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
结合索塔锚固区的索力
F
C
与地震动的水平向地面峰值速度
V
x
的相关趋势，以及索塔锚固区的索力
F
C
与地震动参数
α
V/H
的相关趋势，构建索力表达式；地震动参数
α
V/H
为竖向地震动加速度
VGM
与水平向地震动加速度
HGM
的比值；索力表达式为：
F
C
=
Δ
F+F0Δ
F=k1
×ꢀ
V
xk2
(k3
×ꢀ
α
V/Hk4
+1)
其中，
F
C
表示索力，
F0为索塔锚固区的索力初始值，
Δ
F
表示索力增量，
k1、k2、k3
和
k4
均为待拟合系数；
S2、
构建多个拟合样本，拟合样本包括地震动工况和索塔锚固区的索力
F
C
；地震动工况包括描述地震动工况的水平向地面峰值速度
V
x
和地震动参数
α
V/H
；
S3、
将拟合样本代入索力表达式，求解待拟合系数
k1、k2、k3
和
k4
，将求解后的索力表达式记作索力计算模型
。2.
如权利要求1所述的索塔锚固区损伤模型构建方法，其特征在于，拟合样本中的索力
F
C
通过有限元模拟获得
。3.
如权利要求2所述的索塔锚固区损伤模型构建方法，其特征在于，索力计算模型为：
F
C
=539
×ꢀ
V
x0.93
(3.95
×ꢀ
α
V/H0.72
+1)+F0。4.
一种采用如权利要求1或2或3所述的索塔锚固区损伤模型构建方法的地震易损性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
St1、
定义索塔锚固区的四种损伤状态：轻度损伤
、
中度损伤
、
严重损伤和完全损伤，确定各损伤状态对应的索力阈值；
St2、
获取待评估地震工况的水平向地面峰值速度
V
x
和地震动参数
α
V/H
，结合索力计算模型计算索塔锚固区在待评估地震工况下的索力
F
C
；
St3、
结合索力
F
C
和各损伤状态对应的索力阈值，评估索塔锚固区在各损伤状态下的易损性曲面
。5.
如权利要求4所述的地震易损性评估方法，其特征在于，
St3
中，采用以下易损概率评估公式计算待评估地震工况的各级损伤概率；易损概率评估公式为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏伟，鲁恩琦，马志翔，苗文龙，张杰，魏桂亮，瞿晨，王敏，孙东，吴乔飞，朱炎炎，陈亮，钟剑，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：