【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁工程，特别是一种铁路桥梁抗震韧性评价方法。
技术介绍
1、传统桥梁抗震设计理论和减隔震装置大多面向“震前预防”和“震时保护”，较少关注桥梁的震后功能恢复。近年来，桥梁抗震正在从“基于性能”向“基于韧性”的设计方法转变；韧性是一种反映系统在遭受异常作用下的恢复能力，通常包含直接损失、间接损失、恢复时间等韧性指标；因此，基于韧性的抗震设计方法不仅可以给出地震动强度以及结构因素对桥梁损伤的影响，还能定量反映震后桥梁功能恢复的时间和成本，是桥梁抗震研究的一次划时代变革；但目前对于桥梁韧性评价，尤其是铁路桥梁的韧性评价仍然存在需多技术空白，例如对于直接损失、间接损失、恢复时间等韧性指标缺乏具体的计算步骤和方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：解决现有建筑结构韧性评价方法缺乏对铁路桥梁直接损失、间接损失、恢复时间的具体计算方法和步骤的技术问题，提供了一种铁路桥梁抗震韧性评价方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，包含如下步骤：
4、步骤s1：
5、建立轨道-桥梁分析模型，对轨道-桥梁分析模型进行地震响应分析；根据地震响应分析的结果确定各构件的损伤程度fi和系统损伤等级fsystem；根据fi计算直接损失比率ldirect；
6、进行震后轨道-桥梁系统行车功能分析，确定震后残余通行功能qr；根据qr和fsystem确定震后修复决策时间td；根据fi、各构件
7、根据r、δt、日运输量q0、运量单价pr和新建桥梁成本snew计算间接损失比率lindirect；
8、步骤s2：
9、选取不同地震水准下的多条地震波，重复进行步骤s1，获得韧性指标ldirect、lindirect、td、tr、r随机变量及其分布，并统计韧性指标的数学期望；
10、步骤s3：
11、根据步骤s2中的数学期望，对照韧性评价标准确定桥梁的韧性等级。
12、在步骤s1中建立轨道-桥梁分析模型可采用现有成熟技术，例如根据桥梁的实际情况在opensees软接中建立相应的一体化分析模型，并选择对应的单元模拟桥梁各构件的力学行为；桥梁各构件包含但不限于桥墩、主梁、桥梁基础；各构件的损伤程度fi、系统损伤等级fsystem可以寻求专家根据实际情况确定，或比对现有规范或现有研究成果进行确定；
13、震后轨道-桥梁系统行车功能分析可采用现有成熟技术，例如分析特定时速下列车过桥梁的脱轨系数、轮重减载率和斯佩林等反映行车安全和舒适性的指标，从而得到震后最大安全行驶车速ve，进而得到震后残余通行功能qr；
14、td可以寻求专家根据实际情况确定；功能恢复函数的具体形式包含但不限于直线型修复函数、三角形修复函数和指数型修复函数，需根据现场实际情况，例如物资准备情况进行选取。
15、步骤s3中的韧性评价标准可以采用现有的建筑结构抗震韧性评价标准，或根据统计数据自设评价标准。
16、本方案的铁路桥梁抗震韧性评价方法先通过轨道-桥梁分析模型对桥梁进行地震响应分析，随后一方面通过分析结果计算ldirect，另一方面在分析结果的基础上，进行震后轨道-桥梁系统行车功能分析，从而确定qr、fsystem等参数，再确定td、tr、r，并最终计算出lindirect；在此过程中计算所得到的ldirect、lindirect、tr、r即能反映出桥梁的韧性，随后既可以将这些数据记录为表格的形式综合反映桥梁的韧性，也可以将这些数据按照实际情况进行相应的运算，从而转换为单一值以方便后续使用，例如加权计算、多指标取最小值。
17、由上可见，本方案能通过直接损失比率ldirect、间接损失比率lindirect、震后修复决策时间td、功能恢复时间tr、残余通行功能qr、韧性指数r等参数综合和详尽的地反映出桥梁在遭受地震后的恢复能力，即桥梁的韧性，从而为桥梁抗震加固策略和新建桥梁抗震设防提供定量化的决策依据。
18、作为本专利技术的优选方案，步骤s1中根据如下公式计算ldirect：
19、
20、式中，a为构件种类的编号，αa为第a类构件在新建桥梁成本中的平均占比，ma为第a类构件的数量，b为构件数量的编号，ca,b为第a类构件中第b个震损构件修复成本与该构件成本的比值。
21、ca,b的具体值可由专家问卷调查确定，而αa则在各类新建铁路桥梁工程项目预算中积累了大量的数据，采用标准图设计的铁路桥梁，αa相差不大，可取其均值确定。
22、作为本专利技术的优选方案，当构件种类为桥梁基础时，对应的ca,b取0；当构件种类为主梁(3)且未发生落梁，对应的ca,b取0；当构件种类为主梁(3)且发生落梁，对应的ca,b取1。
23、由于现有抗震规范对桥梁基础采用能力保护设计的方法，即使桥墩发生破坏，传递给桥梁基础的力也不至造成桥梁基础严重损伤，即桥墩的抗力小于桥梁基础抗力，而桥墩一旦损伤抗力降低，上部结构的力便无法传递到桥梁基础，因此本方案不考虑桥梁基础发生损伤的情况，即与桥梁基础对应的ca,b都取0。
24、对于主梁，因地震主要造成结构运动的特点，除非落座，否则很难造成损伤，而一旦发生落座或落梁，主梁便基本处于无法使用的状态，故本方案对于主梁只考虑破坏和非破坏两种情况，即与主梁对应的ca,b取0或1。
25、作为本专利技术的优选方案，步骤s1中根据如下公式计算lindirect：
26、
27、δt＝t2-t0
28、lindirect＝(1-r)*δt*q0*pr/snew
29、式中，t代表时间，t0是地震发生的时间点，t2是功能恢复的时间点，δt是t2与t0之间的时间差，q(t)是日运输量关于时间的无量纲函数，q(t)＝1时表示功能完全正常，可达速通行，q(t)＝0时表示功能完全丧失。
30、本方案考虑到了震后桥梁功能降低至qr水平，并维持在qr水平直至完成震后修复决策，再按照功能恢复函数逐渐恢复的情况，建立了准确的积分方程，从而能够准确地反映震后运输部门由于桥梁功能下降导致的间接损失比率。
31、作为本专利技术的优选方案，步骤s1中根据如下公式计算tr：
32、
33、式中，i为支座(2)的编号，tb,i为第i个支座(2)的修复时长；j为桥墩(1)的编号，tc,j为第j个桥墩(1)的修复时长。
34、本方案能更准确地反映桥梁不同受损状态下tr取值的不同考量；具体地，考虑到在进行震后修复作业时，可以多作业面同时开展同类损失构件的修复，然后再开展下一类构件的修复；当fsystem>0.5时，桥墩残余位移小，仅对桥梁的耐久性产生影响，因而可直接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤S1中根据如下公式计算Ldirect：
3.根据权利要求2所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，当构件种类为桥梁基础时，对应的Ca,b取0；当构件种类为主梁(3)且未发生落梁，对应的Ca,b取0；当构件种类为主梁(3)且发生落梁，对应的Ca,b取1。
4.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤S1中根据如下公式计算Lindirect：
5.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤S1中根据如下公式计算Tr：
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤S1中确定Qr时，包含如下步骤：
7.根据权利要求1至5中任何一项所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤S1中建立轨道-桥梁分析模型时，还包含如下步骤：通过如下公式对钢筋屈服强度进行修正：
8.根据权利要
9.根据权利要求1至5中任何一项所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤S3包含如下步骤：
10.根据权利要求1至5中任何一项所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，在步骤S1的轨道-桥梁分析模型中，采用纤维单元模拟钢筋混凝土桥墩(1)，采用弹性梁单元模拟主梁(3)和轨道(7)，采用非线性弹簧单元模拟支座(2)、滑动层(4)、CA砂浆层(5)和扣件(6)。
...【技术特征摘要】
1.一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤s1中根据如下公式计算ldirect：
3.根据权利要求2所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，当构件种类为桥梁基础时，对应的ca,b取0；当构件种类为主梁(3)且未发生落梁，对应的ca,b取0；当构件种类为主梁(3)且发生落梁，对应的ca,b取1。
4.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤s1中根据如下公式计算lindirect：
5.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤s1中根据如下公式计算tr：
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的一种铁路桥梁抗震韧性评价方法，其特征在于，步骤s1中确定qr时，包含如下步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞林，曾永平，陈志强，杨国静，陈克坚，陶奇，代丰，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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