文摘
为了进一步促进桥梁结构的抗震性能设计的标准化,必须确保桥梁设计的质量和提高设计效率。首先,基于概率的推力的方法的基本原理,结构推覆曲线的随机性归因于塑料铰链的随机性。第二,桥梁结构的抗震性能的可视化的基础上,采用面向对象技术。的随机地震作用可以被认为是在抗震性能的分析。最后,结构的抗震性能极限状态方程是用来评估的可靠性桥的抗震性能在每个极限状态方便。结果表明,在每个极限状态结构的失效概率小于0.5在不同基本加速从0到0.4 g。软件方法计算简单,具有强烈的适应能力,避免地震可靠性分析的困难造成的大规模模拟和大量的传统结构的计算。因此,这种方法可以很容易地应用到概率下的桥梁结构的抗震性能分析大地震没有蒸发变形失效准则。
1。介绍
随着经济和社会的发展,桥梁的数量在中国已迅速增加。据统计,到2020年底,中国已建成约833000的道路和桥梁,在世界上排名第一。大型桥梁施工成本数十亿甚至上百亿美元,和它的寿命通常是超过100年。根据由美国土木工程协会发布的数据,在美国超过40%的桥梁在2017年50岁或以上,估计需要1230亿美元用于维修和改进。桥梁养护管理、管理和现代科技的结合,工程,管理,和统计不同的科学和计算机科学等学科,是一个集实际桥梁状态评估、退化预测,和维护集成信息软件的方案选择;它的目标是实现生命周期总成本的结构和维护效果之间的平衡通过使用有限的资源分配。目前,我国基础设施建设正逐渐从“大规模建设”到“建设和监护权并重”转变;桥作为国家基础设施的重要组成部分和中心的道路软件托管和维护城市可持续发展起着重要的作用,成本效益最好的操作和维护战略还促进社会和经济活动的核心元素1]。
最早的桥梁结构分析软件采用面向流程的方法,也就是说,对一个特定分析对象,编程实现了通过流和序列。面向流程的软件计算需要计算器软件编写和熟悉软件的内部细节。编程模式就像农业经济在过去,在那里所有生物和生产方式产生。结构化的方法后,分析对象是根据功能分解成模块,和功能模块的具体实现细节。每个功能模块可以单独写,许多计算器软件,最后分析过程是通过函数调用完成。劳动分工与合作的结构化软件计算反映了大规模生产社会化的精神。虽然软件计算的结构提高了软件的开发效率和可维护性在某种程度上,软件的可重用性和可扩展性仍然没有改善。这主要是由两个原因造成的。首先,结构化方法采用“面向任务的指导思想。“如果一个新的“任务”添加到软件计算出一个特定的任务,软件修改将涉及原软件的各个方面,从而导致软件开发效率低。 Second, data and functional modules are separated in a structured software. When new functional modules are added to the software, new data structures need to be added. The stronger the function of the module is, the larger the amount of data is, and the more complex the coordination relationship between the two will be. Data structure for a problem, because of its particularity, does not modify very hard commonly used for similar problem, separating the data, and function module makes the function of the module, within the scope of the restrictions in smaller software member can only use a few small parts in software assembly, while avoiding the understanding of each parts and components manufacturing process, but we need to be concerned about the software structure level that is relatively low, which requires the software member in all aspects of the software are more professional the emergence of the object-oriented technology overcome the disadvantages of structured software calculation, for the function module of integrated, reusable, extensible, and software expansion flexibility provided favorable conditions. The program software based on object orientation is beneficial to the cooperation among units and the modification of the software. With the emergence of new computing concepts and new construction techniques in bridge engineering, the software will be optimized and modified and the emergence of object-oriented technology conforms to this development. Sun et al., in order to reveal the dynamic response characteristics, dynamic response of induction mechanism, and macroscopic and microscopic characteristics, covered bridge and tunnel structure under the seismic action of soft or weak surrounding rocks of the key components of the cumulative damage effect and the dynamic behavior of disasters, shaking the table test model method for the complex structure in high speed railway. According to the similarity theory and model test technology combined with the existing engineering examples, the dynamic characteristics of the tunnel and the influence motion parameters of the bridge structure caused by different grounds are considered. Hou proposed at the same time that the characteristics of the shaking table model test method for bridge and tunnel covered structure are analyzed, and compared with other research methods, and the test platform and test method are introduced [2]。初步试验结果表明,该方法可以模拟地震动力响应,损失和灾难性的行为桥和隧道软弱围岩条件下覆盖的结构。这是一个有效的和可操作的测试方法,它可以用来作为参考类似的测试在未来(3]。郭等人提出了一个依赖经验脆弱性建模方法。在提出的模型中,模型参数与冲刷深度的二次多项式,它提供了极大的灵活性考虑桥梁冲刷的复杂影响。数值分析基于一个简单的双跨桥的桩基模型显示了该方法的有效性和准确性。脆弱的表面产生这项工作可以用来评估洗桥在地震荷载作用下的弹性地震(4]。
研究现状的基础上,面向对象的智能视觉计算软件对桥梁结构的抗震性能提出了不仅可以分析抗震性能可靠性基于强度的失败,还分析了非弹性地震下结构的抗震性能可靠性方便。使用这种方法,桥梁结构的失效概率地震水平下可以直接计算,如果经济损失不同故障状态下的桥梁结构,预期的地震灾害造成的经济损失也可以在设计寿命估计(5]。
2。研究方法
2.1。分析方法和提高桥梁结构的抗震性能
2.1.1。静态结构分析
静态结构描述对象、类和类之间的关系。根据静态桥梁结构分析方法,结构分为形式如图1。整个结构由一个整体结构描述类,包括组件单元对象等属性数据,加载对象,节点对象,实物和多个操作(5]。
的基础上确定对象和对象类,对象类之间的关系必须确定。对象类之间的关系如下:
(1)层次关系。在分析的过程中,类是组织成不同级别根据他们的共性和个性。高层类表达共性形成了父类;低级类子类表达个性和形式。获取子类父类的属性和操作通过继承机制。图2显示元素类的层次关系的桥梁结构组件。最高水平的基本元素包括常见的元素,如节点数和节点数。在第二个层面,根据元素的几何形状,它分为杆元素,平面元素,板壳元素,固体元素,等等。在杆元素类,它分为梁单元和连杆元素根据不同组件的压力特征。然后,根据不同的组件或机械特性,它分为混凝土和钢梁。分层分类可以有多种细分标准,它还可以根据材料的基本成分划分层次结构。也有单位,根据应用需要继承不同的超类。根据平面元素描述,它分为组件(如普通钢筋和预应力钢筋单元和来源于平面元素;当用作杆元素,应当被描述为一个杆元素,它来源于杆元素6- - - - - -9]。
(2)聚合关系。聚合关系是组合结构对象之间的关系。的组合对象按照一定的层次关系进行。高层对象是容器对象,它叫做聚集对象。低级别对象包含对象称为组成对象。聚合对象实现他们自己的操作由操作的对象。整体结构对象如图1是高层次的容器对象,其组成对象是各种组件单元对象和加载对象。组件元素对象作为组成对象还包括组成对象如变形矩阵、刚度矩阵,等等。因此,组件单元对象是一个分段容器对象(10]。
2.1.2。动态行为分析
动态行为描述法律状态的序列对象的软件。对象的动态行为通常是由动态模型,其中包括两个方面:一是单个对象的生命周期的演变;另一种是对象之间的消息传递和协作软件在整个对象。
另一种是对象之间的消息传递和协作软件在整个对象。一个是可能的对象在其生命周期的状态;第二个是要执行的动作状态转换时发生。行动的效果不仅取决于对象的操作还在状态的对象。第三个是事件,导致一个对象从一个状态过渡到另一个地方。控制状态转换的事件是条件。这三个部分共同构成对象的生命周期中的状态转换图来描述内部动态行为。对象的动态行为可以被继承的孩子通过继承关系。子对象状态图是一个父对象状态图的细化。在软件对象,通过消息传递对象一起工作。 For each task in the software, there is a set of messaging and actions on a set of objects to complete the task. Each object software has a set of tasks to complete, and each character has a sequence of events to correspond to. Therefore, the dynamic nature of object collaboration in the software can be described by a set of event sequences [11,12]。
2.2。静力弹塑性分析方法
静力弹塑性分析方法,也称为推覆分析方法,是一个等价的非线性静态方法。它试图使用静态方法来近似结构的动态响应性能。使用这种分析方法可以从线弹性结构,计算产量,直到崩溃的极限状态的内力和变形,位置,和塑性铰的角度,找出结构的薄弱环节,通常比静态结构吸引足够的弹性分析和非线性动态时程分析的信息更重要。常用的静态弹塑性分析是基于以下基本假设:(1)结构的响应(通常是一个软件系统)主要是由它的第一个模式形状,所以原来的结构可以被一个等效单自由度软件和(2)结构沿高度方向的变形是由形状向量表示 ,和形状向量在地震反应过程中保持不变。根据这两个基本假设,一个软件可以相当于一个单自由度系统软件(13- - - - - -15]。
的动态微分方程参数软件地震作用下如下:
在公式(1),(米]、[C,{问}的质量矩阵、阻尼矩阵和恢复力向量的结构,分别。对于一个线性弹性结构, , , 代表了相对位移响应向量,相对速度响应向量,和相对加速度响应向量的结构的基础,分别代表了地震地面运动加速度(8]。
根据假设,结构位移矢量可以表达的结构顶点位移和形状向量如下:
的等效位移等效单自由度软件(应用)的软件被定义为 :
也就是说,
在公式(6), , ,和 ,分别代表了等效质量、等效阻尼等效恢复力的等效单自由度的软件。具体的计算表达式如下:
在实践中,第一个模式向量通常用作形状向量。显然,这只是当结构响应是由第一个控制模式。如果形状向量等效单自由度受力变形的设计关系,软件可以从简化force-deformation转换关系的原始结构推覆分析方法获得的。底部剪切屈服点和峰值位移从最初的结构。根据方程(4)和(9),相当于底部剪切和峰值位移屈服点的等效单自由度软件可以得到,即
2.3。能源模态容易的方法
模态推覆分析的优势(MPA),它可以充分利用现有的单模推覆分析程序的完成分析,并可以大大提高分析结果的准确性,这使得它非常适用。MPA分析的过程中,有必要将多个模式的基础shear-to-reference点位移曲线和将其转换为能力谱曲线,以获得等效非线性软件特征或计算地震响应叠加与频谱的需求。从上面的分析,可以看出,偏差的根本原因MPA分析的结果是,当地的数量,一个固定的参考点的位移,用于描述推覆曲线。因此,改善应该从位移的选择参考。根据结构分析理论,结构的能量是一个积分值,其中包括结构的每个部分的功能。因此,基于能量原理,提出了直接用能量增量之间的关系和各部分的位移增量的结构推覆分析建立的能力谱曲线(16]。以下是该方法的理论推导。
能量平衡方程的线性弹性单自由度软件地震作用下如下:
软件系统,能量平衡方程如下:
简化和整合后,可以获得如下:
方程(14)可以被视为叠加的能量平衡方程n单自由度线性软件年代,即
当 ,有 ,然后(16)成为如下:
公式(17)是一样的能量平衡方程(方程(15)k自由度的软件。简化方程(16)。
方程(16)和(17)表明,结构的总输入能量都转化为k阶单自由度软件的总能量作用下的k有效模态力17,18]。
3所示。结果分析
3.1。概率推覆分析
桥的例子是图所示3(一个)城市的桥,桥的布局采用20米空心板+ 60米简支钢管混凝土系拱+ + 20米中空板,总长度为107.16米,桥面的净宽度2×2.0米人行道+ 8米的车道。领带拱是1-60米井下简支钢管混凝土拱。的理论跨拱肋是60米,拱的计算高度是12米,和拱的跨度的比率是1/5。理论拱轴线方程Y= 4X/ 5−xz/ 75(坐标原点理论拱点)。桥面结构采用垂直和水平梁软件和桥面的积分来提高结构的整体刚度。的两端侧跨预应力混凝土空心板。码头采用圆截面柱桥墩盖梁,和高度分布的两个码头是10.0米和7.0米。桥墩的截面直径为200厘米,和盖梁的高度是150厘米,如图3 (b)。为了促进与边跨空心板的连接,盖梁提高空心板的一侧形成一个l形截面,但一些假关节将提高部分防止与掩护梁联合部队。墩基础采用8 120厘米无聊灌注桩等,其中大多数是嵌在岩石地层。主墩盖梁和墩柱的C40混凝土。桥墩截面钢筋与40 25毫米HRB335钢筋。马镫是年级我钢筋与箍筋率为0.003。的基本强度桥位是7度,设计基本加速度(即。,加速度超过%的年)的概率是O。Lg、工程站点的基础类B,特征周期是0.4秒。
(一)
(b)
首先,moment-curvature桥墩进行了分析。因为支点反力的传递下来的上层建筑远远大于重力码头本身的轴向力的顶部和底部码头大约是相等的。因此,根据码头的几何形状,加固情况,和轴向力的作用,码头的弯矩曲率曲线如图4。
塑性铰特征可以定义根据上述moment-curvature弯曲。皮尔斯分析,塑性铰的位置是码头,码头。因此,介绍了塑料铰链在墩顶和墩底进行推覆分析,得到和推覆曲线,如图5。
3.2。在50年的基本期地震可靠性
根据地震危险性曲线,随机地震作用的概率分布可以获得50年的基本期,如下: 在哪里加速度超过10%的概率是50年的基本期,也就是基本的地面运动加速度区划图中指定的参数。K形状系数,是全国平均水平的值是2.35,也可以采取分别根据不同地区的地震活动。在这里,我们把全国平均水平进行分析。上面提到的强度降低系数模型仍采用,以及延性需求的概率分布函数μ随机地震作用下可获得50参考时间如下:
用(18)(20.),失效概率的基本期一年。屈服极限状态,失效概率如下:
失败后获得的条件概率的离散推覆曲线、总失败概率在给定地震可以通过替换成方程(7)- (10)。因此,在每个极限状态结构的失效概率地震作用下具有不同基本加速度得到如表所示1和图6。
通过一个工程实例的分析,该方法的应用可靠性分析中详细说明了桥梁结构的抗震性能。计算过程和结果表明,每个结构的极限状态的失效概率小于0.5地震作用下不同的基本加速从0到0.4 g。该方法不仅可以用于分析抗震性能的可靠性基于力量失败但也可以用来分析结构的非弹性抗震性能的可靠性大地震下方便。使用这种方法,桥梁结构的失效概率地震水平下可以直接计算,如果经济损失不同故障状态下的桥梁结构,预期的地震灾害造成的经济损失也可以在设计寿命估计。所有这些为决策者提供科学依据。抗震性能的结构可靠性分析方法,避免了传统结构抗震可靠性分析大规模蒙特卡罗抽样模拟,大大减少计算的工作量(特别是非线性结构),基于概率是基于性能的抗震设计和评价方法是一种简单而有效的方法。
4所示。结论
桥梁结构分析的基本理论和面向对象技术分析了软件的一些解决方案。结构分析软件计算的方法,利用面向对象编程技术极大地提高了软件的可扩展性和代码的可重用性。提出了基于能量推覆方法。连续刚构桥的抗震性能分析了使用该方法。结果表明,该方法具有良好的适应性,简单的计算,适应性强,可以应用于更复杂结构的非线性抗震性能分析。同时,数字线性工程管理水平,如桥梁,为质量改进提供技术支持的建设项目。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。