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Inelastic Damage Analysis of Reinforced Concrete Bridge Columns Based on Degraded Monotonic Energy
钢筋混凝土桥墩的非弹性损伤单调能量
退化分析研究
布拉德利大学土木工程与建筑系助教Riyadh A. Hindi, ;
不列颠哥伦比亚省土木工程系大学教授Robert G. Sexsmith, ;
摘要:本文总结了现有的两个桥梁震害预测。其目的是:应用损伤指数定义循环荷载作用下现有钢筋混凝土桥梁桥墩可能会遇到实际地震荷载,并评估损害指数在描述桥梁桥墩在真正的地震荷载下损害过程的能力。这两个现有的桥梁中都是从加拿大的大温哥华地区挑选出来的。第一个加尔诺天桥,是在1985依照1981年应用技术委员会标准设计的,预计有足够的抗横向地震荷载的能力。第二个Clydesdale高架桥,是在1981年应用技术委员会标准很久以前设计的,预计将显示很少或根本没有横向抵抗地震的能力。这种破坏指数适用于这些结构的每部分,建好模的桥墩用谨慎的模拟非线性结构分析程序分析。剪切变形和结合物滑移变形被认为是对桥墩弯曲性能的简单的修正。对一系列的非线性动态分析进行使用已经在1971年圣费尔南多、1978年米亚基冲(日本)、1989年洛马普列塔和1999年台湾地区的地震就有记录,符合温哥华稳定的基础频谱。计算损伤指标为地震中发生的损害提供了一个简单的数字指标,且很容易从一个非线性动力学分析的结果估算出来。
编号: /(美国土木工程师学会)1084-0702(2004)9:4~(326)
关键词: 非弹性作用,桥梁,混凝土,桥墩,地震损坏;循环负荷。
引言:
加拿大新的公路大桥设计规范(CAN/CSA-S6-00)(加拿大-2000年)将桥梁分为三个重要类型:重要的交通线桥梁,紧急路线桥梁及其他桥梁。表1总结了三个重要范畴的性能要求。这些规范基于一个单级别抗震设计过程,对抗震设计的分析是必要的(475年为一周期,在50年内有10%的超标可能性),并且从这种分析中所有的力和位移都可以得出。这种方法着重在设计地震中的塌陷防治。根据这座桥的重要性,预计不同级别的性能,但编码并不需要任何损伤分析,以满足上述的性能要求。有损伤描述和维修的说明或缺乏维修那将是非常有益的。损伤指数有助于更精确地实现该代码目标,因为它们是地震后量化后地震损伤水平的一种方式。因此,损伤指数将是一个有用的方法,以满足代码性能标准。印
地语和曲子列(2001)提出的损伤模型被用于预测的这项研究中桥墩的损伤指数。该模型生成一个在元素上加载时的时程损坏指数,如图1中所示。
图1
该模型作为单调荷载-位移包络线达有损害成分的原始状态的能量模型的参考数据,用 AO表示。实际负荷的历史最高点为n(n次循环),由从最后循环(零力点)结束到失败的单调荷载-位移,总的损坏状态降级单调能量是An。这种破坏指数DN是一个比值:
拟议的模式修改该元素可以实现由于Coffin-Manson的假设与组合使用Miner的规则的纵向钢筋的低频循环疲劳的极限位移。模型考虑到的参数描述该滞回的性能即刚度退化、强度劣化和极限位移减少。模型是累积的,它结合能量、延展性及低周疲劳。Shuhaiba还可用于剩余能量的原理预测损坏。
为了评估拟议的损伤模型在描述地震荷载期间的破坏能力,从大温哥华地区选择现有的两座桥梁。第一个大桥是,设计于1985年,它依照ATC- 6标准(1981年应用技术委员会)设计的,预计有足够的抗横向地震荷载。第二座桥是Clydesdale高架桥是在ATC-6很久以前设计的(1981年应用技术委员会标准),并预计将显示很差的横向抗震性。拟议的损伤模型也与两个现有的损伤模型:著名的Park and Ang模型(1985年)和曼得和程提出的低周疲劳模型(1995年)进行比较,以便研究拟议的模型(Hindi教授和Sexsmith教授2001年提出)预测循环加载过程中损坏的能力。
表1:性能要求(CAN/CSA-S6-00)
地震作用
桥梁
重要的交通线桥梁
紧急路线桥梁
其他桥梁
小到中等
所有车辆,直接使用
所有车辆,直接使用
所有车辆,直接使用
设计(475年为一周期)
所有车辆,直接使用
紧急救援车直接使用
受损可修复
大(1000年为一周期)
紧急救援车直接使用
受损可修复
没有倒塌
Park和Ang模型(1985年)是最著名而且使用最广泛的损伤指数。该模型包含一个简单的标准化变形和能量吸收的线性组合。Kunnath 等人(1992年)建议的Park and Ang损伤模型的修改后的版本在此研究中得到使用:
式中的δm