CN107657393B - 近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，能够快速评估所选桥型是否符合要求，节省初设选型的设计时间，快速进行桥梁的抗震分析评估，有效避免采用有限元进行时程分析模拟生成带有近断层特性的人工地震波的复杂过程，无需人工生成地震波，直接将桥址处符合的指标值带入概率地震需求模型进行简化计算，并且采用若干个正相关的地震动参数分别求解之后进行比较后得出，结论可靠有效，精度更高，有利于提高桥梁抗震性能，更加符合桥梁等长周期结构的特性，更加适于近断层脉冲型地震动下的桥梁抗震设计，广泛适用于近断层桥梁结构中各构件的抗震分析评估和对其他设计方法进行快速印证，有利于提高桥梁抗震设计分析的精确性。

Description

近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法
技术领域
本发明涉及桥梁抗震分析技术领域，特别涉及一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法。
背景技术
由于地震地面运动十分复杂，不同特性的地震波可能对结构影响也不同，一般可按震级、震源机制、场地、震中距、地震波峰值(PGA、PGV、PGD)、地震波分量、地震波有效周期、强震观测仪的所在区域等划分强震记录的集合，由于地震动持时、强度和频谱内容都具有随机特性，因此地震动选择差异会对计算结果有不同的影响。
在现代抗震分析及结构设计体系中，地震动强度指标(Intensity measure,IM)是关联地震强度与结构破坏程度的重要参数，主要体现在：(1)表征地震作用的强弱，可定量评价地震作用的影响因素，也可为时域上地震动力分析提供有力依据；(2)可为分析结构在不同强度地震下的结构响应参数(Engineering demand parameter,EDP)提供依据，为结构抗震设计提供荷载条件；(3)确定合理、有效的地震强度指标是基于性能的抗震分析的前提和关键。例如，在近断层地震作用下，隔震支座将可能产生很大的位移，甚至超过设计预留的隔震缝，因此，隔震性能的高低直接关乎着整个桥梁的安全性，为了更好的进行抗震分析，在计算隔震支座的最大位移时，选择合理的地震动强度指标才能够精确、高效的预计结构的抗震需求。
现有技术在桥梁抗震分析和设计中，首先需要根据经验选择桥型并模拟生成地震波，然后提取地震波的相关参数作为地震动强度指标IM和不同EDP建立概率地震需求模型，以确认选择的桥型是否可靠，为下一步设计作参考，但人工模拟生成远场地震波容易匹配，而模拟具有脉冲效应的近断层地震波的方法十分复杂，步骤繁琐，还难以与反应谱匹配，且对于地震波的需求量大，同时对近断层地震动下的抗震设计经验不足，因此采用现有方法造成工作量巨大，难以满足要求。另外现有方法中如当EDP表示隔震支座最大位移时，一般采用弹性谱加速度或PGA(峰值地面运动加速度)作为强度指标建立概率地震需求模型进行设计，尤其在远场地震动作用下常只考虑PGA，但在近断层地震作用下，由于其具有强地震动集中性、滑冲效应、上盘效应、方向性效应以及长周期脉冲等特点，考虑工程抗震设计的实用性，采用现有设计方法难以满足抗震精度需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术在进行桥梁抗震评估时，需要选择桥型并人工模拟地震波，但模拟近断层地震波步骤复杂、难以匹配，导致分析结论可靠度降低，工作量巨大，同时现在分析采用的强度指标不足，造成对桥梁结构进行抗震分析和设计不精确、不严密，容易产生安全隐患等的不足，提供一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，包括如下步骤：
(1)根据带有近断层特性的地震波拟合求出各个IM与不同桥型的各个第一EDP之间对应的概率地震需求模型，EDP为桥梁结构工程需求参数，IM为地震动强度指标；
(2)选择桥型，求出与所述桥型的第一EDP相关系数大于或等于0.6的所有IM；
(3)将每个满足条件的IM的值分别带入对应的概率地震需求模型中求出各个IM对应的第一EDP值；
(4)将所有所述第一EDP值进行比较，得出第二EDP值；
(5)判断所述第二EDP值是否满足规范要求，如是，则所选桥型符合要求；
其中，每个满足条件的IM的值符合近断层地震动的特性。
本方法为直接利用现有地震局给出的近断层特性地震波，提取其对应的各个IM指标，针对不同桥型的各个第一EDP，拟合出各个参数与各个第一EDP之间对应的概率地震需求模型，在进行桥梁设计时，根据不同的桥梁选型，然后选出与选择的桥型的一个所述第一EDP相关系数大于或等于0.6的所有地震动强度指标IM，再根据现有的桥址处的带有近断层特性的地震波，将对应的IM的值代入对应的概率地震需求模型计算出每个IM对应的一个第一EDP值，将所有第一EDP值进行比较，求出第二EDP值，若所述第二EDP值满足规范要求，再计算其他的第一EDP，求出各个第二EDP值，若每个第一EDP的第二EDP值均满足要求，则该桥型符合要求，可以进入下一步详细设计。采用本方法能够快速评估所选桥型是否符合要求，节省初设选型的设计时间，提高设计选型效率，快速进行桥梁的抗震分析评估，有效避免采用有限元进行时程分析模拟生成带有近断层特性的人工地震波的复杂过程，无需人工生成地震波，直接将桥址处符合近断层特性的地震动强度指标值带入概率地震需求模型进行简化计算，并且采用若干个正相关的地震动参数分别求解之后进行比较后得出，结论可靠有效，精度更高，有利于提高桥梁抗震性能，更加符合桥梁等长周期结构的特性，更加适于近断层脉冲型地震动下的桥梁抗震设计，广泛适用于近断层桥梁结构中各构件的抗震分析评估和对其他设计方法进行快速印证，有利于提高桥梁抗震设计分析的精确性、有效性和全面性，提高精细化设计程度，优化桥梁设计能力，提高桥梁安全系数，延长使用寿命。
进一步的，所述相关系数通过公式：
Figure BDA0001450641010000031
计算，其中，ρxy为相关系数；x、y为两个随机变量；E表示期望；u(·)为变量的均值；σ(·)为变量的方差。
进一步的，所述步骤(2)至少重复1次。
进一步的，若所述第二EDP值不满足规范要求，重复所述步骤(2)-(4)。
若所述第二EDP值不满足规范要求，则更换所选桥型，再次计算。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本方法能够快速评估所选桥型是否符合要求，节省初设选型的设计时间，提高设计选型效率，快速进行桥梁的抗震分析评估，有效避免采用有限元进行时程分析模拟生成带有近断层特性的人工地震波的复杂过程，无需人工生成地震波，直接将桥址处符合近断层特性的地震动强度指标值带入概率地震需求模型进行简化计算，并且采用若干个正相关的地震动参数分别求解之后进行比较后得出，结论可靠有效，精度更高，有利于提高桥梁抗震性能，更加符合桥梁等长周期结构的特性，更加适于近断层脉冲型地震动下的桥梁抗震设计，广泛适用于近断层桥梁结构中各构件的抗震分析评估和对其他设计方法进行快速印证，有利于提高桥梁抗震设计分析的精确性、有效性和全面性，提高精细化设计程度，优化桥梁设计能力，提高桥梁安全系数，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，如图1，包括如下步骤：
(1)根据带有近断层特性的地震波拟合求出各个IM与不同桥型的各个第一EDP之间对应的概率地震需求模型，EDP为桥梁结构工程需求参数，IM为地震动强度指标；
(2)选择桥型，求出与所述桥型的第一EDP相关系数大于或等于0.6的所有IM；
(3)将每个满足条件的IM的值分别带入对应的概率地震需求模型中求出各个IM对应的第一EDP值；
(4)将所有所述第一EDP值进行比较，得出第二EDP值；
(5)判断所述第二EDP值是否满足规范要求，如是，则所选桥型符合要求；
其中，每个满足条件的IM的值符合近断层地震动的特性。
先根据数据库中现有的带有近断层特性的地震波拟合求出各个IM与不同桥型的各个第一EDP之间对应的概率地震需求模型。
然后假设选择简支梁桥，第一EDP可以代表简支梁桥的各个构件的参数，假设第一EDP表示隔震支座的最大位移，在43个常用的地震动强度指标中，根据公式
Figure BDA0001450641010000051
其中，ρxy为相关系数；x、y为两个随机变量；E表示期望；u(·)为变量的均值；σ(·)为变量的方差，计算出与隔震支座最大位移的相关系数大于或等于0.6的地震动强度指标，也可根据设计需求，选取相关系数大于或等于0.7、0.8等的强度指标，求解结果有如下指标：
PGV表示峰值速度；PGD表示峰值位移；
Figure BDA0001450641010000052
Figure BDA0001450641010000053
Figure BDA0001450641010000054
EPD表示有效地震动峰值；PGV/PGA；MIv表示最大增速位移速度；MID表示最大增量位移。
根据数据库中给出的桥址处的近断层地震波，将上述15个IM指标的对应值带入步骤(1)中求得概率地震需求模型中，求出15个第一EDP值，重复进行该步骤1次，再得出另外15个第一EDP值。
将所有所述第一EDP值进行比较，由于第一EDP表示隔震支座的最大位移，取其中最大的第一EDP值作为第二EDP值，将求得的隔震支座的最大位移与规范要求中进行比较，若满足规范要求，则继续计算其他参数，如墩底曲率等，若简支梁桥的各个参数均满足规范要求，则简支梁桥符合要求，可以进入下一步设计；若有参数不满足规范要求，则另外选择桥型，重复步骤(2)-(4)。

Claims (4)

1.一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)根据带有近断层特性的地震波拟合求出各个IM与不同桥型的各个第一EDP之间对应的概率地震需求模型，EDP为桥梁结构工程需求参数，IM为地震动强度指标；
(2)选择桥型，求出与所述桥型的第一EDP相关系数大于或等于0.6的所有IM；
(3)将每个满足条件的IM的值分别带入对应的概率地震需求模型中求出各个IM对应的第一EDP值；
(4)将所有所述第一EDP值进行比较，得出第二EDP值；
(5)判断所述第二EDP值是否满足规范要求，如是，则所选桥型符合要求；
其中，每个满足条件的IM的值符合近断层地震动的特性。
2.如权利要求1所述的一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，其特征在于，所述相关系数通过公式：
Figure FDA0001450640000000011
计算，其中，ρxy为相关系数；x、y为两个随机变量；E表示期望；u(·)为变量的均值；σ(·)为变量的方差。
3.如权利要求1或2所述的一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，其特征在于，所述步骤(3)至少重复1次。
4.如权利要求1或2所述的一种近断层地震作用下桥梁的抗震评估方法，其特征在于，若所述第二EDP值不满足规范要求，重复所述步骤(2)-(4)。
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