CN117113519A - 索塔锚固区损伤模型构建及地震易损性评估方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明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。本发明结合索塔锚固区的索力增量相关因素构建了索力表达式，然后通过样本拟合获得索力计算模型。本发明提供的索力计算模型适用范围广，可快速计算出已知结构参数的索塔锚固区在各地震动工况下的索力，为索塔锚固区的损失概率评估奠定基础。且本发明结合索力计算模型计算指定地震动工况下的索力时，只需要将相关参数代入便可直接计算，不需要建模，专业性低，计算速度快，具有更好的应用前景。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
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。
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。
发明内容
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，本发明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。
本发明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
=ΔF+F
0
ΔF=k1×V x k2(k3×α V/H k4 +1)
其中，F C 表示索力，F 0 为索塔锚固区的索力初始值，ΔF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。
优选的，拟合样本中的索力F C 通过有限元模拟获得。
优选的，索力计算模型为：F C =539×V x 0.93 (3.95×α V/H 0.72 +1)+F 0 。
本发明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。
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 c 2)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。
优选的，β c =[ln(1+COV2)]1/2
β(D/V x ,α V/H )=[∑ N n=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。
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，1.0mm]区间上取值；
中度损伤：索塔锚固区内置钢筋首次屈服阶段；
严重损伤：核心混凝土达到最大应力阶段；
完全损伤：核心混凝土达到最大应变阶段；亦或是钢筋拉断阶段。
优选的，裂缝限值取0.2mm。
优选的，轻度损伤状态对应的索力阈值为1.1倍成桥设计索力，中度损伤状态对应的索力阈值为1.4倍成桥设计索力，严重损伤状态对应的索力阈值为2.4倍成桥设计索力，完全损伤状态对应的索力阈值为2.7倍成桥设计索力。
本发明提出的一种地震易损性评估系统，为上述地震易损性评估方法提供了载体，该系统承载有计算机程序，所述计算机程序被执行时，用于实现所述的地震易损性评估方法。
本发明的优点在于：
（1）本发明结合索塔锚固区的索力增量相关因素构建了索力表达式，然后通过样本拟合获得索力计算模型。本发明提供的索力计算模型适用范围广，可快速计算出已知结构参数的索塔锚固区在各地震动工况下的索力，为索塔锚固区的损失概率评估奠定基础。且本发明结合索力计算模型计算指定地震动工况下的索力时，只需要将相关参数代入便可直接计算，不需要建模，专业性低，计算速度快，具有更好的应用前景。
（2）本发明结合试验和有限元模拟，探究索塔锚固区内不同材料的损伤情况，进而建立索塔锚固区的多级损伤模型。本发明可结合索力计算模型，使得技术人员可快速获得各地震动工况下索塔锚固区的索力，从而使技术人员能够快速得到索塔锚固区的多级损伤状态并依据地震动强度对索塔锚固区的易损性进行快速评估。
（3）本发明结合水平向地面峰值速度V x 和竖向地震动VGM与水平向地震动HGM的比值α V/H 构建索力计算模型和易损概率评估公式，如此基于建立的四种损伤状态和数学模型对索塔锚固区进行地震易损性分析，得到了索塔锚固区关于V x 和α V/H 的三维易损性曲面，以此对索塔锚固区进行易损性评估。
（4）结合当前斜拉桥其他构件例如塔中、塔底、边墩、辅助墩等基于V x 和α V/H 的三维易损性曲面与本发明获得的索塔锚固区关于V x 和α V/H 的三维易损性曲面进行对比，可直观得到任意地震动工况下损伤概率最大的斜拉桥构件，从而实现索塔锚固区与斜拉桥其他构件的损伤次序的比较。
附图说明
图1为一种索塔锚固区损伤模型的构建方法流程图；
图2为一种索塔锚固区地震易损性评估方法流程图；
图3为实施例中拟合样本的工况-索力曲面图；
图4为图3的轮廓曲线图；
图5为实施例中索塔锚固区加载索力-位移曲线；
图6为实施例中钢筋屈服应力-应变曲线；
图7为索塔锚固区的应力应变曲线；
图8为轻度损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面；
图9为中度损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面；
图10为严重损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面；
图11为完全损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面；
图12为轻度损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面轮廓线；
图13为中度损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面轮廓线；
图14为严重损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面轮廓线；
图15为严重损伤状态下索塔锚固区三维地震易损性曲面轮廓线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种索塔锚固区损伤模型的构建方法，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 的相关趋势构建索力增量的第一相关式，结合索塔锚固区的索力F C 与地震动参数α V/H 的相关趋势构建索力增量的第二相关式，结合第一相关式和第二相关式构建索力增量表达式和索力表达式；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。
第一相关式为：ΔF←a×V x b
第二相关式为：ΔF←c×α V/H d
索力增量表达式为：ΔF=k1×V x k2(k3×α V/H k4 +1)
索力表达式为：F C =ΔF+F 0 =k1×V x k2(k3×α V/H k4 +1)+F 0
其中，a、b、c和d均为系数，k1、k2、k3和k4均为待拟合系数，ΔF为索力增量；F 0 为索塔锚固区的索力初始值，其为由索塔的结构设计决定的固有参数。
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 ，拟合样本中的索力F C 通过有限元模拟获得，即将索塔锚固区的结构参数和地震动参数输入有限元模拟软件计算获得。
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。
参照图2，本实施方式还提出了一种索塔锚固区地震易损性评估方法，其包括以下步骤。
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。
具体的，本实施方式中，四种损伤状态定义如下：
轻度损伤：保护层混凝土裂缝宽度达到裂缝限值，记作状态DS1；裂缝限值为设定值，具体可在[0.05mm，1.0mm]区间上取值，实际应用中可取值0.20mm；
中度损伤：索塔锚固区内置钢筋首次屈服阶段，记作状态DS2；
严重损伤：核心混凝土达到最大应力阶段，记作状态DS3；
完全损伤：核心混凝土达到最大应变阶段，记作状态DS4.1；亦或是钢筋拉断阶段，记作状态DS4.2；
索塔锚固区各损伤状态对应的索力阈值为，索塔锚固区在实现损伤状态时的索力，具体通过将索塔锚固区设计参数和损伤状态的定义导入有限元模拟获得。值得注意的是，完全损伤状态只需要满足状态DS4.1和状态DS4.2中的一个就行，完全损伤状态对应的索力阈值为状态DS4.1和状态DS4.2中先发生状态对应的索力；由于索塔锚固区基本上状态DS4.1均先于DS4.2发生，具体实施时，可直接将索塔锚固区发生DS4.1时的索力作为完全损伤状态对应的索力阈值。
结合损伤状态定义和先验知识，本实施方式中各损伤状态的索力阈值如表1所示。
表1 索塔锚固区的四种损伤状态
表1中的成桥设计索力结合索塔锚固区设计参数和相关标准确定，具体可设置，成桥设计索力=1.0恒载索力+1.0活载索力。
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。
具体的，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 c 2)1/2]
β(D/V x ,α V/H )=[∑ N n=1[ln(S n1)-ln(S n2)]2/(N-3)]1/2
S i 为某个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 ，具体根据索力计算模型获得；
β c 为极限状态模型的标准差，计算公式为β c =[ln(1+COV2)]1/2；COV表示设定的变异系数（Coefficients of variation），根据经验取值；
β(D/V x ,α V/H )为回归需求的标准差；N为索力表达式拟合过程中使用的拟合样本数量，即上述步骤S3所采用的拟合样本数量；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。
具体实施时，步骤St3中，逐一将各损伤状态的索力阈值代入易损概率评估公式，以获得索塔锚固区在各损伤状态下的易损性曲面；即：
S i 为DS1状态对应的索力阈值时，S i 即索塔锚固区在DS1状态时实现的索力；β(D/V x ,α V/H )为轻度损伤状态下的回归需求的标准差，P f 为索塔锚固区轻度损伤的概率；
S i 为DS2状态对应的索力阈值时，S i 即索塔锚固区在DS2状态时实现的索力，β(D/V x ,α V/H )为中度损伤状态下的回归需求的标准差，P f 为索塔锚固区中度损伤的概率；
S i 为DS3状态对应的索力阈值时，S i 即索塔锚固区在DS3状态时实现的索力，β(D/V x ,α V/H )为严重损伤状态下的回归需求的标准差，P f 为索塔锚固区严重损伤的概率；
S i 为完全损伤状态对应的索力阈值时，β(D/V x ,α V/H )为对应状态下的回归需求的标准差，P f 为索塔锚固区完全损伤的概率；
完全损伤状态的索力阈值为实现DS4.1状态时的索力和实现DS4.2状态时的索力中的较小值。
以下结合具体实施例，对上述的索塔锚固区地震易损性评估方法进行阐述。
本实施例中，索塔锚固区内置的钢筋类型为HRB400，其屈服应力ƒy为400MPa，屈服应变ε y为0.002，其极限应力ƒu为570MPa，极限应变εu为0.075。
首先对索塔锚固区进行有限元模拟获得不同地震动工况下的真实索力，构建拟合样本，通过拟合样本对索力表达式进行拟合解析。
本实施例中，构建了由V x =0.2、0.4、0.6、0.8、1.0m/s和α V/H =0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0构成的30个拟合样本，具体如表2所示。
表2 不同V x 和α V/H 的地震动工况实例（V x ：m/s）
表2中各工况下的索力如图3、图4所示。将表2中30条地震动工况及对应的真实索力代入索力表达式进行拟合，获得：k1=539、k2=0.93、k3=3.95和k4=0.72；
本实施例中的索力计算模型为：F C =539×V x 0.93(3.95×α V/H 0.72 +1)+F 0
本实施例中，令成桥设计索力P为标准组合索力，即：
P=5585kN+384kN=5969kN
本实施例中，通过有限元模拟得到，索塔锚固区在加载期间，在预应力钢绞线未屈服的前提下先后出现了保护层混凝土开裂（DS1）、内置普通钢筋屈服（DS2）、核心混凝土达到最大应力（DS3）以及核心混凝土达到极限应变（DS4.1）；索塔锚固区加载索力-位移曲线如图5所示。
本实施例中，索力为6785kN时，索塔锚固区的CS（边跨）面和CM（中跨）面出现贯穿裂缝且裂缝宽度达到限值0.20mm，即轻度损伤状态对应的索力阈值为DS1对应的索力6785kN=1.11P。
当索力达到8382kN时，索塔锚固区内置钢筋的应变应曲线出现拐点，即此时内置钢筋发生屈服。此阶段的钢筋应力为401.5MPa，应变为0.00228，如图6所示，可见中度损伤状态对应的索力阈值为DS2对应的索力8382kN=1.40P。
索塔锚固区核心混凝土达到最大压应力峰值为-43.22MPa；索塔锚固区核心混凝土达到极限压应变对应的应力值为-21.61MPa，此时的应变为-0.01601。本实施例中，持续加载，索塔锚固区的应力应变曲线如图7所示，即严重损伤状态对应的索力阈值为DS3对应的索力14912kN=2.50P。
当索力加载到最大值时（22735kN），预应力钢绞线的应力和应变分别为1339MPa和0.007963。预应力钢绞线的屈服强度和屈服应力分别为1674MPa和0.0085，即预应力钢绞线未屈服。因此DS4.1先于DS4.2发生，所以完全损伤状态对应的索力阈值取DS4.1对应的索力16426kN=2.75P。
本实施例中，根据经验对COV设置如下：
轻度损伤状态和中度损伤状态下的COV值均为0.25，严重损伤状态和完全损伤状态下的COV值均为0.5。
本实施例中，令V x ∈[0,2]m/s和α V/H ∈[0,1]，构建待评估地震动工况，将本实施例求解的索力计算模型、各损伤状态对应的COV值代入易损概率评估公式，计算各个地震动工况在各个损伤状态下的损伤概率，从而构建索塔锚固区在各损伤状态下的易损性曲面。
本实施例中，各待评估工况下索塔锚固区实现轻度损伤状态、中度损伤状态、严重损伤状态和完全损伤状态的概率曲面分别如图8、图9、图10和图11所示。各损伤状态下的概率轮廓分别如图12、图13、图14和图15所示。
结合图8-图15可知，结合本实施例中的索力计算模型代入易损概率评估公式获得各损伤状态对应的概率，符合有限元模拟趋势，证明了本发明提供的索力增量表达式的可靠性。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
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
=ΔF+F
0
ΔF=k1× V x k2(k3× α V/H k4 +1)
其中，F C 表示索力，F 0 为索塔锚固区的索力初始值，ΔF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 x 0.93 (3.95× α V/H 0.72 +1)+F 0 。
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：
P f =Ф[(ln(S D )-ln(S i ))/(β(D/V x ,α V/H )2 +β c 2)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。
6.如权利要求5所述的地震易损性评估方法，其特征在于：
β c =[ln(1+COV2)]1/2
β(D/V x ,α V/H )=[∑ N n=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。
7.如权利要求4所述的地震易损性评估方法，其特征在于，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，1.0mm]区间上取值；
中度损伤：索塔锚固区内置钢筋首次屈服阶段；
严重损伤：核心混凝土达到最大应力阶段；
完全损伤：核心混凝土达到最大应变阶段；亦或是钢筋拉断阶段。
8.如权利要求7所述的地震易损性评估方法，其特征在于，裂缝限值取0.2mm。
9.如权利要求4所述的地震易损性评估方法，其特征在于，轻度损伤状态对应的索力阈值为1.1倍成桥设计索力，中度损伤状态对应的索力阈值为1.4倍成桥设计索力，严重损伤状态对应的索力阈值为2.4倍成桥设计索力，完全损伤状态对应的索力阈值为2.7倍成桥设计索力。
10.一种地震易损性评估系统，其特征在于，承载有计算机程序，所述计算机程序被执行时，用于实现如权利要求4-9任一项所述的地震易损性评估方法。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117744444A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-03-22 | 广州大学 | 基于bspls-rsm的结构地震易损性曲面预测方法 |
| CN118536360A (zh) * | 2024-06-11 | 2024-08-23 | 哈尔滨工业大学 | 震后底框结构倒塌风险范围及其概率的预测方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110182144A1 (en) * | 2010-01-25 | 2011-07-28 | Gray Frederick D | Methods and systems for estimating stress using seismic data |
| US20150178411A1 (en) * | 2012-06-18 | 2015-06-25 | China Aviation Planning And Construction Development Co., Ltd. | Asymmetric cable-membrane tensegrity structure of opening type, method of constructing the same and method of designing the same |
| CN113310650A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-08-27 | 石家庄铁道大学 | 基于系梁挠度的拱桥吊索损伤识别方法、终端及存储介质 |
| CN114357577A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-15 | 浙江交工宏途交通建设有限公司 | 一种独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方法 |
| CN114718653A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-08 | 安徽管锥科技有限公司 | 一种基于三场综合参数的矿山动力灾害实时监测预警方法 |
| CN115058969A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-16 | 合肥工业大学 | 一种用于飘浮体系斜拉桥的索塔自复位集束锚 |
| CN116226986A (zh) * | 2023-02-22 | 2023-06-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种拉索无应力长度计算方法 |
-
2023
- 2023-10-24 CN CN202311380785.5A patent/CN117113519B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110182144A1 (en) * | 2010-01-25 | 2011-07-28 | Gray Frederick D | Methods and systems for estimating stress using seismic data |
| US20150178411A1 (en) * | 2012-06-18 | 2015-06-25 | China Aviation Planning And Construction Development Co., Ltd. | Asymmetric cable-membrane tensegrity structure of opening type, method of constructing the same and method of designing the same |
| CN113310650A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-08-27 | 石家庄铁道大学 | 基于系梁挠度的拱桥吊索损伤识别方法、终端及存储介质 |
| CN114357577A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-15 | 浙江交工宏途交通建设有限公司 | 一种独塔单索面斜拉桥桥塔锚固区环向预应力束配置与优化方法 |
| CN114718653A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-08 | 安徽管锥科技有限公司 | 一种基于三场综合参数的矿山动力灾害实时监测预警方法 |
| CN115058969A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-16 | 合肥工业大学 | 一种用于飘浮体系斜拉桥的索塔自复位集束锚 |
| CN116226986A (zh) * | 2023-02-22 | 2023-06-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种拉索无应力长度计算方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| YAN SHI ET AL: "Effect of Eccentric Pounding on Elasto-Plastic Behavior of a Simply Supported Bridge under Transverse Earthquake", APPLIED MECHANICS AND MATERIALS, pages 1669 - 1673 * |
| 冯睿为 等: "行波效应对管线悬索桥的地震动力反应的影响", 辽宁工程技术大学学报(自然科学版), vol. 35, no. 11, pages 1255 - 1258 * |
| 杨敏 等: "锚索应力增量法评价边坡稳定性", 水利水运工程学报, no. 02, pages 8 - 12 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117744444A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-03-22 | 广州大学 | 基于bspls-rsm的结构地震易损性曲面预测方法 |
| CN118536360A (zh) * | 2024-06-11 | 2024-08-23 | 哈尔滨工业大学 | 震后底框结构倒塌风险范围及其概率的预测方法 |
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