基于转体阶段的斜拉桥地震易损性研究_于海涛.pdf

低温建筑技术-结构工程Dec.2022 No.294DOI：10.13905/ki.dwjz.2022.12.027基于转体阶段的斜拉桥地震易损性研究ON THE SEISMIC VULNERABILITY OF CABLE-STAYED BRIDGE BASED ON SWIVEL CONSTRUCTIONSTAGE于海涛1，张海鹰1，王晓东1，孙全胜2（1.黑龙江省公路工程监理咨询有限公司，哈尔滨 150007；2.东北林业大学土木工程学院，哈尔滨 150040）YU Haitao1,ZHANG Haiying1,WANG Xiaodong1,SUN Quansheng2（1.Heilongjiang Highway Engineering Supervision&Consulting Co.,Ltd.,Harbin 150007,China;2.College of Civil Engineering,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China）【摘要】文中以黑龙江某转体斜拉桥施工为依托，研究转体斜拉桥施工转体过程的地震易损性。标定构件损伤指标，建立斜拉桥转体结构的有限元模型，对主塔和斜拉索构件进行易损部位识别和增量动力分析，据损伤概率计算公式，绘制转体阶段构件和系统的易损性曲线。结果表明，在同等地震强度下，主塔易损截面各级损伤超越概率对横桥向地震作用更敏感，易损斜拉索则对纵桥向地震作用更敏感；在损伤概率相同的前提下，相比于构件，系统所需的地震动强度至多可降低0.35g；在地震强度相同的前提下，系统损伤概率比构件损伤概率最多可提高6.6%。为斜拉桥转体阶段抗震设计提供依据。【关键词】转体斜拉桥；地震；易损性分析；系统损伤【中图分类号】TU312【文献标志码】A【文章编号】1001-6864（2022）12-0124-05Abstract：Based on the construction of a swivel cable-stayed bridge in Heilongjiang Province,the seismic vulnerability of the construction stage of a swivel cable-stayed bridge is studied.The damage calibration of cable-stayedbridge components is carried out,and the finite element model of the swivel structure of the cable-stayed bridge isestablished to identify the vulnerable parts of the main tower and cables with the incremental dynamic analysis.According to the calculation formula of damage probability,the vulnerability curves of the components and the system in the rotating stage are obtained.The results show that when the seismic intensity is the same,the damage exceedance probability of the vulnerable section of the main tower is sensitive to the seismic action of the transverse,while the vulnerable cable is sensitive to the longitudinal seismic action.On the premise of the same damage probability,the required seismic intensity of the system can be reduced by at most 0.35g compared with the component.On the premise of the same seismic intensity,the system damage probability is at most 6.6%higher than the components.This study may provide the reference for the seismic design of cable-stayed bridge during the rotating stage.Key words：swivel cable-stayed bridge;earthquake;analysis of vulnerability;damage of system0引言随着转体斜拉桥在我国建设的数量越来越多、跨径越来越大、施工工艺越来越复杂，全面充分的考虑其地震作用下包括施工阶段在内的安全性能十分必要。吴少峰1对在独塔斜拉桥各构件薄弱部位设置塑性铰，得到构件和桥梁整体的易损性曲线。谷音2在分析斜拉桥易损性时，得到采用增量动力分析方法切实可行的结论。季正迪3与王冲冲4对大跨斜拉桥进行易损性分析时，进行多条地震波时程分析后，可明确定位薄弱截面，减少了有限元计算的工作量。谷琼5在对近海斜拉桥地震易损性分析时，得出系统损伤概率大于任何单一构件，与陈银灯6、吴少峰等学者的分析结论一致。Chao7考虑桩-土作用后，分析结果表明，桩基参数对近海斜拉桥整体易损性影响显著，可见，开展斜拉桥系统的地震易损性分析十分必要。上述学者研究中均未涉及施工阶段，文中通过分析黑龙江某斜拉桥转体施工过程中各类构件和结构系统的超越概率，以期对同类桥梁建造前设计、建造中预防、建造后养护起指导作用。1工程概况转体斜拉桥跨径组合为118m+198m+118m，跨径布置如图1所示。主梁采用A类C60预应力混凝土型截面。斜拉索布置为112根1860MPa钢绞线扇形双索面。C50钢筋混凝土H形主塔高73.7m，设置上横梁1道，下横墙1道。上塔柱采用箱形截面，截面尺寸：320cm（横）650cm（纵）。斜拉桥转体阶段的结构冗余最低，机动性最高，此时，斜拉桥形态为主梁和主塔施工完成，主塔挂索完毕，主梁脱架，转体系统的临时124固结被解除，斜拉桥实施转体。2斜拉桥转体阶段地震易损性研究方法2.1基于增量动力分析的地震易损性分析方法采用直接回归方法建立易损性曲线，首先假定结构抗震能力之对数和地震需求之对数均服从正态分布。概率密度函数见式（1）。f()x=12 ln xe()x-lnx222lnx（1）地震易损性计算的结果是结构反应（地震需求）在不同地震强度下超越各级损伤程度（抗力）的概率，这里用R表示结构构件的抗力，用S表示地震需求，则依据可靠度理论建立构件的功能函数见式（2）。Z=R-S（2）超越概率计算见式（3）。P()lnR-lnS 0（3）由式（3）可得：P|()lnR-lnS-()lnR-lnSlnS0-()lnR-lnSlnS则超越概率最终计算式见式（4）。P()lnR-lnS R1索R12索，表明纵桥向地震作用下长索的各级损伤概率较大；横桥向地震作用时，各个斜拉索超越完全损伤的概率均极小。（2）纵桥向分析各级损伤中R26索的曲线斜率均较大，表明地震来临时R26索各级损伤的超越概率增长速度最快。转体阶段中，斜拉索也有超越各级损伤的可能性，不可忽视。（3）横桥向地震作用，L14索除超越轻微损伤的概率略小于L26索，其他各级损伤的概率均是各级地震水平下的最大值，分析认为转体阶段靠近主塔的短索在横桥向地震作用时损伤的可能性最大。整体看来，转体阶段纵桥向地震作用下的R26索发生各级损伤的可能性最大。斜拉桥转体阶段系统易损性曲线如图 9图 12所示。（1）系统易损性中损伤概率的上、下界限均大于单个构件组成单元的各级损伤超越概率；由易损性曲线斜率可知，系统各级损伤的上界概率增长速率均最大。（2）PGA小于2.5g时，与分析单元相比，系统一定发生时轻微、中等损伤，所需的地震强度分别可降低0.2g、0.35g；严重、完全损伤发生的可能性较大，损伤概率分别能高3.16%、6.6%。4结语（1）易损主塔部位是上、下横梁附近主塔截面突变处；易损斜拉索是锚固于梁端的长索和主塔附近的短索。（2）同等地震水平下，主塔易损截面对地震横桥向作用更敏感，桥塔最薄弱的部位是横向地震发生时上横梁附近截面；易损斜拉索对地震纵桥向作用更敏感，施工过程中斜拉索具有较高的可能性发生严重和完全损伤，不可忽视。（3）系统损伤概率的上、下界限均大于单个构件组成单元的各级损伤超越概率。当损伤可能性相同时，系统所需的地震动强度与构件相比至多减小可达0.35g；在同等地震强度下，系统损伤概率比构件损伤概率至多提高6.6%。参考文献1 吴少峰，上官萍.横桥向地面运动作用下独塔部分斜拉桥易损性分析 J.地震工程与工程振动，2010，30（2）：142-149.2 谷音，钟华，卓卫东.基于性能的矮塔斜拉桥结构地震易损性分析 J.土木工程学报，2012，45（1）：218-222.3 季正迪.基于性能的混凝土斜拉桥地震易损性分析 D.西安：长安大学，2016.4 王冲冲.大跨度公铁两用斜拉桥地震易损性及风险分析 D.成都：西南交通大学，2017.5 谷琼.考虑环境腐蚀的近海斜拉桥概率性地震损伤特性研究D.北京：北京交通大学，2019.6 陈银灯.基于OpenSees软件的大跨度铁路斜拉桥系统地震易损性研究 D.成都：西南交通大学，2018.7 CHAO LI,HONG-NAN LI,HONG HAO,et al.Seismic fragilityanalyses of sea-crossing cable-stayed bridges subjected tomulti-support ground motions on offshore sites J.Engineeringstructures,2018,165(15):441-456.8 王景全，李帅，张凡.采用SMA智能橡胶支座的近断层大跨斜拉桥易损性分析 J.中国公路学报，2017，30（12）：30-39.9 庞于涛，王建国，欧阳辉，等.采用钢纤维混凝土的连续钢构桥地震易损性分析 J.哈尔滨工程大学学报，2018，39（4）：687-694.10纪全有.大跨径悬索桥地震易损性及抗震可恢复性分析 D.西安：长安大学，2019.11肖柯利.单塔斜拉桥地震易损性分析及结构优化 D.成都：西南交通大学，2019.12 SHOME N,COMELL C A.Probabilistic Seismic Demand Analysis of Nonlinear StructureR.Report No.RMS-35,RMSPrograan.Stanford University,Stanford,CA,1999.13陈静.钢筋混凝土空心高墩桥梁地震易损性分析及抗震加固研究 D.北京：北京交通大学，2014.14王学伟.公铁两用斜拉桥地震作用下的破坏模式、地震易损性及风险评估 D.成都：西南交通大学，2017.收稿日期2022-8-3作者简介于海涛（1996），男，黑龙江勃利人，硕士，助理工程师，研究方向：桥梁结构设计理论。通信作者孙全胜（1968），男，山东龙口人，博士，教授，研究方向：大跨度桥梁设计理论。128