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
【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 鋼管混凝土拱橋的結構形式說明，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，這些部分的構件部分損傷和破壞可能會造成一定影響，經過加固和 維修可能還能繼續發揮其通行的功能。當前橋梁的抗震評估理論和方法中，主要是針對結 構或構件的抗震性能評估，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。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于根據鋼管混凝土拱橋各部分（拱肋弦桿、腹桿、橫向聯系、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計提供科學可靠的依據。
[0004] 本發明的技術方案在于，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、對拱橋進行結構分析，分別計算出重力代表值作用下和小震作用下各桿件的 內力；所述重力代表值包括結構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以及各部件 的延性容量；
[0009] S5、根據步驟S3分析的延性比計算得結構地震作用折減系數Fu;
[0010] S6、通過各部分構件的破壞模式延性比，通過加權平均方法求出各部分的抗震能 力Ac ;
[0011] S7、根據各部分的抗震能力Ac計算出整體抗震能力Ac、和拱橋地震作用折減系 數，將地震作用折減系數乘以屈服地面運動加速度，求解出整橋的抗震能力。
[0012] 優選地，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] 優選地，在步驟S4中，所述延性容量指部件的各構件達到破壞時，構件的延性容 量的加權平均值，結構的允許延性容量R a與延性容量R的關系為兄=1 +￥;分別計算弦 桿、腹桿、橫向聯系、吊桿、吊桿橫梁、橋面縱梁的允許延性容量。
[0014] 與現有技術的缺點和不足，本發明所具有的有益效果在于：
[0015] 1、根據設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，發現整橋抗震薄 弱的部位；
[0017] 3、為橋梁的抗震設計和抗震加固提供科學可靠的依據。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發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系曲線圖；
[0020] 圖3是鋼管混凝土強度關系圖；
[0021] 圖4是鋼材應力-應變關系圖；
[0022] 圖5是橫向聯系比例極限狀態應力圖；
[0023] 圖6是橫向聯系塑性極限狀態應力圖；
[0024] 圖7是彈性極限與塑性極限時應力與應變分布圖；
[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是本發明實施例1提籃拱橋立面圖（單位mm);
[0029] 圖12為本發明實施例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。
[0032](1)結構計算時采用彈性假設，不考慮材料非線性和幾何非線性；
[0033] (2)結構各單元破壞時，其極限強度就是單元的設計強度，在役和存在損傷的鋼管 混凝土拱橋，視其具體情況可對結構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程》（報批稿）的相關規定；
[0034] (3)在外力和地震力作用時，忽略地基-基礎-結構的相互作用，忽略有關支座的 影響，在拱橋和橋臺處采用約束的形式作為邊界條件。
[0035] 本發明的技術方案在于：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，根據鋼管混凝土拱橋設計或 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、橫向聯系、吊桿橫梁和橋面縱梁，用Shell63模擬橋面系統、 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，車道荷載通過在橋面單元和節點上施加集中力和 均布力實現。
[0038] S2、對拱橋進行結構分析，分別計算出重力代表值作用下和小震作用下各桿件的 內力；所述重力代表值包括結構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，根據該類