一种近断层延性桥墩纵向配筋率快速评估方法

本发明涉及桥梁施工，具体是一种近断层延性桥墩纵向配筋率快速评估方法。

背景技术：

1、地震灾害作为桥梁道路面临的主要威胁，具有难以预测，不可控的特点，因此，在桥梁抗震设计中，提出合理的结构设计参数以满足结构的地震需求尤为重要。

2、以往研究发现、近场地震动中高幅值、长周期的速度脉冲是造成结构破坏的重要因素之一，因此学者们对脉冲地震动开展了大量的理论与实验研究，主要集中在脉冲地震动的参数特征、近场结构在脉冲波作用下的响应机理等。以往学者在脉冲地震动参数方面进行了大量研究，包括pga、pgv、 s a( t1)等。同时也有一些学者对脉冲周期 t p对结构响应的影响进行了研究，并得出相应结论。如在结构处于弹性阶段时，最大的结构响应发生在脉冲周期与结构周期的周期比值 t p/ t1等于1时；对于塑性阶段，最大的结构响应往往发生在周期比值 t p/ t1约等于2时。但结构在弹塑性阶段的最大结构震响应与周期比值 t p/ t1的关系并没有在以往研究中得到充分研究，而且结构参数与脉冲参数间的耦合作用对结构响应的影响也很少在以往研究中被提及，如桥墩纵向配筋率与周期比耦合作用对结构响应的影响。综上所述，目前关于近场地震脉冲特性对结构响应的影响研究尚显不足，结构参数对结构地震需求影响机理尚不明确，因此亟待解决。

技术实现思路

1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种近断层延性桥墩纵向配筋率快速评估方法。本发明可以快速获得在不同脉冲周期和脉冲速度情况下的桥墩纵向配筋率合理的取值，从而为近断层地区结构的抗震设计提供参考。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种近断层延性桥墩纵向配筋率快速评估方法，包括以下处理步骤：

4、s1：从数据库中选取指定数量的地震波数据，地震波数据包括地震波的地震峰值速度 v p、地震波的脉冲周期 t p和地震波对应的时程位移；使用ida分析方法对获取的地震波数据进行地震峰值速度 v p调整；同一数据组均包含指定数量的地震波，同组的各条地震波的地震峰值速度 v p均调整成同一数值，且各条地震波的其他参数保持不变，各数据组的地震峰值速度 v p等间距递增；

5、s2：使用有限元软件对桥梁进行有限元分析处理，设定桥墩的纵向配筋率 ρ lrr、桥墩的墩高 h、轴压比、配箍率、阻尼比、所用材料类型，进而建立桥墩模型；通过建立的桥墩模型，计算出桥墩墩顶在各条地震波作用下对应的最大位移 d max；

6、s3：将各个桥墩的墩高 h和该桥墩墩顶的最大位移 d max带入桥墩的结构响应计算函数中，计算得到该桥墩的结构响应；

7、s4：将得到的桥墩的结构响应带入到建立的预测模型中，求解出预测模型中各拟合参数的数值，以获得桥墩结构响应的预测模型；

8、s5：对结构响应按照由小到大的方式进行分类，类别依次为结构轻微损伤、结构中等损伤和结构完全损伤；将预建设桥梁的结构响应限定在结构轻微损伤和结构中等损伤中，并接着将预建设桥梁的结构周期 t1、该桥梁处的地震波的地震峰值速度 v p和地震波的脉冲周期 t p带入预测模型中，根据预测模型的计算结果，反推出对应的纵向配筋率 ρ lrr，以供桥梁设计选择。

9、作为本发明再进一步的方案：所述预测模型中的拟合函数计算公式如下：

10、

11、其中， μ d表示预测模型中的拟合函数， t p表示地震波的脉冲周期， t1表示桥梁的结构周期， t p-1表示脉冲周期 t p与结构周期 t1的周期比值； v p表示地震波的地震峰值速度， ρ lrr表示桥墩的纵向配筋率， a表示拟合函数下降区间长度， f 1、 f 2、 f 3、 f 4、 f 5、 f 6、 f 7、 f 8均为拟合函数的拟合系数。

12、作为本发明再进一步的方案：所述结构响应计算函数的计算公式如下：

13、

14、其中， μ表示结构响应计算函数的结构响应值， d max表示桥墩墩顶的最大位移， h表示桥墩的墩高。

15、作为本发明再进一步的方案：步骤s1具体如下：

16、s11：从太平洋地震工程研究中心地面运动数据库中选择121条实测近断层地震波，地震波的地震峰值速度 v p在0.1 m/s到2.50 m/s之间，地震峰值的加速度在0.3g到1.3g之间；

17、s12：采集该121条地震波对应的脉冲周期 t p；

18、s13：采用ida分析方法对121条地震波进行调幅，保持每一组的地震动地震峰值速度 v p相同，每一组的地震波数量相同，地震峰值速度 v p的取值从0.25 m/s到1.05 m/s，且相邻两组地震波的地震峰值速度 v p相差0.1 m/s。

19、作为本发明再进一步的方案：步骤s2具体如下：

20、s21：选取一座3×30 m的三跨连续桥梁，并将该桥梁导入opensees有限元中进行简化处理，选取该桥梁中的一个桥墩，并将该桥墩对应的主梁设定为一个位于对该桥墩顶部的质量点，该质量点的质量等于该主梁的质量；

21、s22：设定桥墩的墩高 h在6 m到20 m之间，且以间隔为2 m等间距设置，并设置桥墩的纵向配筋率 ρ lrr在0.6%到2.0%之间，且以间隔为0.2%等间距设置；

22、s23：沿桥墩高度方向在桥墩上依次设定相同的桥墩集中质量点，相邻两个桥墩集中质量点之间的桥墩部分构成非线性梁柱单元；

23、s24：非线性梁柱单元的长度设定为等效塑性铰长度 l p的6倍，每个非线性梁柱单元设置有四个高斯积分点；

24、s25：接着将各条地震波带入建立好的桥墩模型，利用opensees软件进行时程分析，以得出桥墩墩顶的最大位移 d max。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1、本发明提供的技术方案考虑了实际钢筋混凝土桥墩的设计参数对桥墩延性需求的影响，提出了直接考虑结构参数和脉冲参数耦合影响的近断层桥墩地震需求预测模型，更加全面地分析了重要性参数对结构响应的影响机理。

27、2、本发明提供的技术方案在数据驱动方法的基础上，拟合近断层桥墩地震需求预测模型，达到输入重要性参数而预测结构地震需求的目的，与以往预测模型相比该模型更具实用性。

28、3、本发明提出的技术方案，全面地研究了桥墩纵向配筋率对近断层桥墩地震延性谱的影响，考虑结构和脉冲参数的耦合效应，得到不同下推荐的纵向配筋率，对近断层地震下钢筋混凝土桥墩的结构抗震设计具有实际意义。