[发明专利]基于能量平衡的钢筋混凝土梁桥地震倒塌判定方法

说明书

本发明提供一种基于能量平衡的钢筋混凝土混凝土梁桥地震倒塌判定方法，包括：S1：创建钢筋混凝土梁桥结构的整体分析有限元模型，确定地震作用输入方向和地震作用分量组合方式；S2：选择n种输入地震波，将之逐一施加在整体分析有限元模型上，进行地震响应非线性时程分析，分析不同地震烈度工况下钢筋混凝土梁桥结构的响应；S3：计算每个地震烈度工况中的剩余能量比，将之与一剩余能量比限值做比较，如果计算得到的剩余能量比小于剩余能量比限值，则判定钢筋混凝土梁桥结构进入倒塌阶段，否则，判定钢筋混凝土梁桥结构未倒塌。本发明能够克服现有基于构件的倒塌准则的不足，基于能量平衡原理提供一种结构层次的钢筋混凝土梁桥地震倒塌判定方法。

技术领域

本发明涉及土木工程领域中桥梁结构抗倒塌分析领域，具体而言涉及一种基于能量平衡的钢筋混凝土梁桥地震倒塌判定方法。

背景技术

钢筋混凝土梁桥是我国中小桥的主要桥型，该类桥型在多次地震中都发生过地震损伤，严重时甚至桥梁倒塌，比较著名的有汶川地震中庙子坪大桥，为简支T梁(桥面连续)，在汶川地震中第三联一孔简支梁沿桥梁纵向坠落水中。

在现行抗震性能化设计的研究和工程实践中，抗倒塌设计是一个独特的领域，不光因为它意义重大——“大震不倒”是抗震设计的最基本要求，而且倒塌的机理和影响因素也非常复杂。从本质上来说，结构倒塌是一个从连续体向非连续体转变的复杂过程，因此，目前各国学者大多采用数值模拟的方法研究桥梁的抗倒塌能力。

在桥梁实际震害中，常发现关键构件破坏引起结构倒塌的案例，因此部分学者将结构的倒塌准则退化为构件的倒塌准则(也称破坏准则)：找到关键构件，其破坏则认为结构倒塌。也有学者采用综合指标判定，即将结构倒塌准则定为多个关键构件的破坏准则的集合，任意一个关键构件的破坏即认定为结构倒塌。以上两类基于结构的倒塌准则有较大安全余量有利于设计使用，但无法准确分析结构倒塌的具体时刻，对于倒塌的机理、破坏过程不能完整揭示，对多个构件的破坏准则进行逐条判断也较为繁琐。此外还有的学者基于软件模拟，通过可视化的动力响应过程判断结构是否倒塌。

发明内容

本发明目的在于克服现有基于构件的倒塌准则的不足，基于能量平衡原理提供一种结构层次的钢筋混凝土梁桥地震倒塌判定方法。

为达成上述目的，本发明提出一种基于能量平衡的钢筋混凝土梁桥地震倒塌判定方法，所述方法包括以下步骤：

S1：创建钢筋混凝土梁桥结构的整体分析有限元模型，针对该整体分析有限元模型，确定地震作用输入方向和地震作用分量组合方式。

S2：选择n种输入地震波，将之逐一施加在所述整体分析有限元模型上，对所述整体分析有限元模型进行地震响应非线性时程分析，其中，每一种输入地震波的地震峰值加速度被设定成由其所对应的最低限值逐渐增大，分析不同地震烈度工况下钢筋混凝土梁桥结构的响应，所述n为大于零的正整数。

S3：计算步骤S2中每个地震烈度工况中的剩余能量比，所述剩余能量比被设定成t时刻的钢筋混凝土梁桥结构剩余体系的累积总能量与外力功之比，将之与一剩余能量比限值做比较，如果计算得到的剩余能量比小于剩余能量比限值，则判定钢筋混凝土梁桥结构进入倒塌阶段，否则，判定钢筋混凝土梁桥结构未倒塌。

进一步的实施例中，步骤S1中，根据钢筋混凝土连续梁桥的设计资料以建立该钢筋混凝土连续梁桥结构的整体分析有限元模型。

进一步的实施例中，所述n大于等于3。

进一步的实施例中，所述方法还包括：

通过下述公式以计算所述t时刻的钢筋混凝土梁桥结构的剩余能量比ξ：

E(t_i)＝E(t_i-1)+ΔE-E_失效单元