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CN117436312A - 一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法 - Google Patents

一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法 Download PDF

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CN117436312A
CN117436312A CN202311526455.2A CN202311526455A CN117436312A CN 117436312 A CN117436312 A CN 117436312A CN 202311526455 A CN202311526455 A CN 202311526455A CN 117436312 A CN117436312 A CN 117436312A
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energy
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stirrups
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苑溦
姜静达
仲青
武雯
徐芬
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Jiangsu Open University
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Jiangsu Open University
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Abstract

本发明公开了一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，属于桥梁抗震性能的技术领域，方法包括：根据GEPR筋材料性能退化规律，预测GEPR筋的性能退化情况；根据耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，预测耗能钢筋和箍筋的性能退化情况；建立桥墩时变评估模型，评估桥墩的抗震性能；根据桥梁各部分构件的力学行为特征，对桥梁各部分构件进行力学行为模拟，并对桥梁进行激励，评估桥梁中桥台、固定支座和活动支座的抗震性能；对混合配筋结构中不同材料性能退化进行同期计算，对桥墩的抗震性能评价的更加准确和高效；对桥梁其他部分构件的抗震性能采用地震动激励的方式确定，从而进一步的保证对整个桥梁抗震性能评价的准确以及高效。

Description

一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法
技术领域
本发明属于桥梁抗震性能的技术领域，具体涉及一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法。
背景技术
近海桥梁是沿海地区人员流动和物流联通的重要纽带，由于其所处的高盐度、高湿度海蚀环境，近海桥梁发生腐蚀损伤和倒塌的风险远远高于内陆地区结构。我国是一个地震多发地区，地震活动频繁，腐蚀和地震灾害的双重影响将导致结构产生严重性能损伤，同时降低结构抗震能力，增加地震经济损失和人员伤亡。
GFRP筋作为纤维增强聚合物，具有耐腐蚀性和抗拉强度高的优点，已成为海岸结构中钢筋的优秀替代品；目前常用的一种近海桥梁采用混合配筋结构的桥墩进行支撑的，混合配筋结构桥墩包括有耗能钢筋、箍筋和GFRP筋；但耗能钢筋、箍筋和GFRP筋均存在腐蚀退化问题，但现有的抗震性能评级以及损伤程度的评价均是针对单一材料的配筋结构，因此不适用混合配筋结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，能够针对不同材料性能退化进行同期计算，另外能够在抗震性能评估时保证精度和效率。
本发明提供了如下的技术方案：
提供了一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，包括：
根据GEPR筋的材料性能退化规律和处于不同性能退化阶段的特征，预测混合配筋中GEPR筋的性能退化情况；
根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况；
建立包含混合配筋的桥墩的时变评估模型，并根据混合配筋中GEPR筋的性能退化情况以及耗能钢筋和箍筋的性能退化情况，评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能；
根据桥梁各部分构件的力学行为特征，对桥梁各部分构件进行力学行为模拟，并根据桥梁的场地特征、所处区域地震活动特征和地震加速度设计反应谱形式，对桥梁进行激励，评估桥梁中桥台、固定支座和活动支座的抗震性能。
优选地，所述混合配筋中GEPR筋的性能退化情况为GFRP筋时变抗拉强度和时变弹性模量；所述混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况为耗能钢筋和箍筋的时变残余直径和时变残余屈服强度；所述桥墩的抗震性能为桥墩的残余位移、延性、承载力和能量耗散；所述桥台、固定支座和活动支座的抗震性能为桥梁的位移、固定支座的最大变形量和移动支座的最大变形量。
优选地，所述GEPR筋的材料性能退化规律和处于不同性能退化阶段的特征是基于对制备的内嵌GFRP筋的混凝土试块样本进行浸泡实验，并根据浸泡实验的数据确定的；
预测混合配筋中GEPR筋的性能退化情况时，需要确定混合配筋中GEPR筋的退化速率；所述混合配筋中GEPR筋的退化速率k为：
其中，A为材料退化过程的相关常数，Ea为材料的活化能，R为气体常量，T为热力学温度。
优选地，所述根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况包括：
根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，确定耗能钢筋和箍筋表面的氯离子浓度；
根据耗能钢筋和箍筋表面的氯离子浓度，借助COMSOL多物理场分析软件和有限差分法，确定混凝土内部深度与氯离子浓度时变关系曲线；
以耗能钢筋和箍筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度为基准，确定耗能钢筋和箍筋的去钝化时间；
根据混凝土内部深度与氯离子浓度时变关系曲线以及耗能钢筋和箍筋的去钝化时间，确定耗能钢筋和箍筋的初始锈蚀时间；
根据初始锈蚀时间，确定锈蚀触发后耗能钢筋和箍筋腐蚀电流密度，并依据钢筋的锈蚀经验，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况。
优选地，所述依据钢筋的锈蚀经验，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况为：
耗能钢筋或者箍筋服役t年后的残余直径D(t)为：
其中，D0为耗能钢筋或者箍筋的初始直径，icorr为腐蚀电流密度，Δt为锈蚀持续时间；
耗能钢筋或者箍筋时变残余屈服强度fy(t)为：
fy(t)＝[1-0.005Qcorr(t)]fy0
其中，Qcorr(t)为耗能钢筋或者箍筋的质量损失率，fy0为耗能钢筋或者箍筋的初始强度；
耗能钢筋或者箍筋的质量损失率Qcorr(t)为：
Qcorr(t)＝[1-(D(t)/D0)2]×100。
优选地，所述包含混合配筋的桥墩的时变评估模型包括反映GFRP筋的应力与应变关系的有限元模型；所述GFRP筋的应力与应变关系包括GFRP筋在拉伸或压缩过程中失效的可能性；
确定GFRP筋失效的方式是采取应力陡降方式。
优选地，建立包含混合配筋的桥墩的时变评估模型时，采取GFRP筋受压方向的峰值强度为峰值抗拉强度的百分之40％-60％，GFRP筋受压方向的弹性模量为GFRP筋拉伸方向的弹性模量。
优选地，所述评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能包括：
根据建立的包含混合配筋的桥墩的时变评估模型，以低周往复加载的方法，确定未锈蚀桥墩以及不同服役期间桥墩的滞回曲线；
根据确定的处于不同服役期间桥墩的滞回曲线，确定桥墩的残余位移、延性、承载力和能量耗散变化趋势，以评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能。
优选地，所述根据桥梁各部分构件的力学行为特征，对桥梁各部分构件进行力学行为模拟时，将桥梁采用弹性梁柱单元进行力学行为模拟，将活动支座、固定支座和桩基系统采用零长度单元进行力学行为模拟，将桥墩采用非线性梁柱单元进行力学行为模拟，且桥墩的塑性沿桥墩的高度方向发展。
优选地，所述根据桥梁的场地特征、所处区域地震活动特征和地震加速度设计反应谱形式，对桥梁进行激励，评估桥梁中桥台、固定支座和活动支座的抗震性能包括：
分析桥梁所处场地特征，根据中国地震动参数区划图，获取场地水平设计加速度反应谱最大值Smax和特征周期Tg，以便确定地震加速度设计反应谱形式，并通过PEER数据库筛选多条地震动记录；
将地震动记录调幅至指定峰值地面加速度，依次对桥梁进行激励，并记录桥梁的位移、固定支座的最大变形量和移动支座的最大变形量，以评估桥台、固定支座和活动支座的抗震性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过对混合配筋结构中不同材料性能退化进行同期计算，为全服役期内劣化结构模型建立提供材料精细化本构模型，从而对桥墩的抗震性能评价的更加准确和高效；对桥墩的抗震性能评价采用低周往复加载的方式进行，对桥梁的其他部分构件的抗震性能采用地震动激励的方式确定，从而进一步的保证对整个桥梁抗震性能评价的准确性以及高效性。
(2)桥墩的时变评估模型包括反映GFRP筋的应力与应变关系的有限元模型；GFRP筋的应力与应变关系包括GFRP筋在拉伸或压缩过程中失效的可能性，从而保证桥墩的时变评估模型更加的全面精确以及适用混合配筋劣化桥梁。
附图说明
图1是本发明的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法的步骤流程图；
图2是本发明的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法的流程图；
图3是本发明的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法中桥墩抗震性能的评价过程示意图；
图4是本发明的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法中桥梁的有限元模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
参阅图1和2所示，提供一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，包括以下步骤：
S1：根据GEPR筋的材料性能退化规律和处于不同性能退化阶段的特征，预测混合配筋中GEPR筋的性能退化情况；所述混合配筋中GEPR筋的性能退化情况为GFRP筋时变抗拉强度和时变弹性模量。
具体地，所述GEPR筋的材料性能退化规律和处于不同性能退化阶段的特征是基于对制备的内嵌GFRP筋的混凝土试块样本进行浸泡实验，并根据浸泡实验的数据确定的；具体地，根据桥梁的特征，选取同尺寸的GEPR筋，制备内嵌GFRP筋的混凝土试块，浸泡于温度不同盐水溶液中，设置多个浸泡时间，达到不同锈蚀程度。
具体地，本实施例给出一种具体实例，采用直径为12.7mm的GFRP筋，平均拉伸模量和抗拉强度分别为46300和786Mpa，混凝土试样中内嵌GFRP筋并浸没于温度为23℃，40℃和50℃的盐水溶液中，浸泡时间为60、120、210和365天四种，每种腐蚀条件的GFRP筋测试根数为6。
具体地，预测混合配筋中GEPR筋的性能退化情况时，需要确定混合配筋中GEPR筋的退化速率；所述混合配筋中GEPR筋的退化速率k为：
其中，A为材料退化过程的相关常数，Ea为材料的活化能，R为气体常量，T为热力学温度。
预测混合配筋中GEPR筋的性能退化情况时是基于Arrhenius模型预测GFRP筋在海水环境、常温下的长期性能退化规律和损伤演化过程。
本实施例给出一种具体实例，桥梁所处海洋环境温度为20℃，逆温度计算为3.41。
S2：根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况；所述混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况为耗能钢筋和箍筋的时变残余直径和时变残余屈服强度。
具体地，S201：根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，确定耗能钢筋和箍筋表面的氯离子浓度。
具体地，根据Fick第二定律，确定氯离子侵入混凝土过程分析模型；具体地，氯离子侵入混凝土过程可描述为：
式中，x为距构件表面深度；t为服役时间；Cf为服役年后距构件表面处自由氯离子浓度；为表观扩散系数。
混凝土中自由氯离子浓度初始值为0，混凝土表面氯离子浓度按照0.10％混凝土重量/年速率累积，直至达到1.0％混凝土重量后保持恒定。
本实施例给出一种具体实例，桥梁所处海洋环境平均相对湿度和环境温度分别为0.731和290.468°K，箍筋和耗能钢筋保护层厚度分别为40mm和50mm。
S202：根据耗能钢筋和箍筋表面的氯离子浓度，借助COMSOL多物理场分析软件和有限差分法，确定混凝土内部深度与氯离子浓度时变关系曲线。
S203：以耗能钢筋和箍筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度为基准，确定耗能钢筋和箍筋的去钝化时间。
具体地，当钢筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度时，钢筋钝化膜破坏，钢筋开始发生锈蚀；临界氯离子浓度是根据以往的经验值获取的，作为一种优选地，临界氯离子浓度可以选择为钢筋表面氯离子浓度达到0.05％混凝土密度。
S204：根据混凝土内部深度与氯离子浓度时变关系曲线以及耗能钢筋和箍筋的去钝化时间，确定耗能钢筋和箍筋的初始锈蚀时间。
S205：根据初始锈蚀时间，确定锈蚀触发后耗能钢筋和箍筋腐蚀电流密度，并依据钢筋的锈蚀经验，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况。
具体地，所述依据钢筋的锈蚀经验，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况为：
耗能钢筋或者箍筋服役t年后的残余直径D(t)为：
其中，D0为耗能钢筋或者箍筋的初始直径，icorr为腐蚀电流密度，Δt为锈蚀持续时间；
耗能钢筋或者箍筋时变残余屈服强度fy(t)为：
fy(t)＝[1-0.005Qcorr(t)]fy0
其中，Qcorr(t)为耗能钢筋或者箍筋的质量损失率，fy0为耗能钢筋或者箍筋的初始强度；
耗能钢筋或者箍筋的质量损失率Qcorr(t)为：
Qcorr(t)＝[1-(D(t)/D0)2]×100。
本实施例给出一种具体实例，耗能钢筋和箍筋的初始直径分别为25mm和10mm，初始屈服强度均为452MPa。结构所处环境为海洋大气区，腐蚀电流密度建议值为[0.5,5]μA/cm2。
S3：建立包含混合配筋的桥墩的时变评估模型，并根据混合配筋中GEPR筋的性能退化情况以及耗能钢筋和箍筋的性能退化情况，评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能；所述桥墩的抗震性能为桥墩的残余位移、延性、承载力和能量耗散。
具体地，如图3所示，所述包含混合配筋的桥墩的时变评估模型包括反映GFRP筋的应力与应变关系的有限元模型；所述包含混合配筋的桥墩的时变评估模型还包括混凝土应力应变关系以及耗能钢筋和箍筋的应力应变关系，所述GFRP筋的应力与应变关系包括GFRP筋在拉伸或压缩过程中失效的可能性；具体地，GFRP筋材料模型中考虑受压行为，包括受压力学特性和可能破坏模式，可能破坏模式包括受拉脆性断裂和受压脆性断裂；取GFRP筋受压方向的峰值强度f'FRP和弹性模量Efc分别为：考虑GFRP筋周围混凝土约束效应，f'FRP约为峰值抗拉强度fFRP的40％-60％。可Efc取为Eft，Eft为GFRP筋在拉伸方向上的弹性模量；另外，确定GFRP筋失效的方式是采取应力陡降方式而不是应力瞬时降为0的方式。
具体地，所述评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能包括：
根据建立的包含混合配筋的桥墩的时变评估模型，以低周往复加载的方法，确定未锈蚀桥墩以及不同服役期间桥墩的滞回曲线；
根据确定的处于不同服役期间桥墩的滞回曲线，确定桥墩的残余位移、延性、承载力和能量耗散变化趋势，以评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能。
具体地，可以以10年为间隔评估混合配筋劣化桥墩抗震性能变化，同时，也可以对仅配置耗能钢筋和箍筋的桥墩进行评估，以反映GFRP筋对构件性能的影响，具体地为包括对时变残余位移、能量耗散、水平荷载-顶部位移骨架曲线、延性、承载力评估，时间间隔的选择可以根据经验或者评价要求进行选取。
具体为：开展往复加载分析，评估未锈蚀混合配筋桥墩和RC桥墩滞回曲线差异性，探究GFRP筋的添加对构件峰值承载力、峰值点后承载力下降速率、捏缩效应等的影响规律；借助不同服役期时滞回曲线探究混合配筋桥墩残余位移、耗能变化趋势；借助时变水平荷载-顶部位移骨架曲线分析骨架曲线特征参数变化。
图3a为桥墩示意图，图3b为桥墩模拟中采取的单元类型，需注意既采用非线性梁柱单元考虑沿墩柱塑性分布，同时采用零长度截面单元捕捉墩柱与基础相交处的应变穿透效应，P为轴向施加荷载，本实施例的一种具体实例，轴向施加荷载值为2779KN，F为循环水平荷载，其值随墩顶水平位移变化不断变化，图3c为墩柱纤维截面划分和材料模型，保护层和核心混凝土纤维采取材料模型为Concrtete02，耗能钢筋采取材料模型为ReinforcingSteel，GFRP筋采取材料模型为ECC01；图3d为耗能钢筋和箍筋的应力应变本构关系，图3e为混凝土的应力应变本构关系，图3f为GFPR筋的应力应变本构关系。
S4：根据桥梁各部分构件的力学行为特征，对桥梁各部分构件进行力学行为模拟，并根据桥梁的场地特征、所处区域地震活动特征和地震加速度设计反应谱形式，对桥梁进行激励，评估桥梁中桥台、固定支座和活动支座的抗震性能；所述桥台、固定支座和活动支座的抗震性能为桥梁的位移、固定支座的最大变形量和移动支座的最大变形量，对桥台、固定支座和活动支座的抗震性能评估可以是对当前时刻进行的，也可以是设定间隔时间内的。
具体地，如图4所示，根据桥梁各部分构件的力学行为特征，基于OpenSees有限元软件，对桥梁各部分构件进行力学行为模拟时，将桥梁采用弹性梁柱单元进行力学行为模拟，将活动支座、固定支座和桩基系统采用零长度单元进行力学行为模拟，将桥墩采用非线性梁柱单元进行力学行为模拟，且桥墩的塑性沿桥墩的高度方向发展；对于土-桥台相互作用和桩基系统也可采用零长度单元进行力学行为模拟，支座中包含弹性垫和钢销，本实施例的一种具体实例中，弹性垫初始刚度为3.35kN/mm，屈服后刚度为0kN/mm，使用Steel01材料模拟，钢销初始刚度为92kN/mm，屈服后刚度为1kN/mm，通过Hysteretic材料模拟，另外在本实施例的一种具体实例中，桥跨长度和桥面宽度分别为20m和9m。单个盖梁上放置3个固定支座，单个桥台上放置3个活动支座。桥梁结构中采用步骤三分析采用的混合配筋桥墩，且单个桥墩下部均设置独立桩基础，桥面和桥台之间的间隔为45mm。
具体地，所述根据桥梁的场地特征、所处区域地震活动特征和地震加速度设计反应谱形式，评估桥梁中桥台、固定支座和活动支座的抗震性能包括：
分析桥梁所处场地特征，根据中国地震动参数区划图，获取场地水平设计加速度反应谱最大值Smax和特征周期Tg，以便确定地震加速度设计反应谱形式，并通过PEER数据库筛选多条地震动记录；
将地震动记录调幅至指定峰值地面加速度，依次对桥梁进行激励，并记录桥梁的位移、固定支座的最大变形量和移动支座的最大变形量，以评估桥台、固定支座和活动支座的抗震性能。本实施例的一种实例中，采取重现期约为475年和2000年的地震作用进行激励，对应《公路桥梁抗震设计细则》中的E1和E2地震，地震动的选取原则为地震反应谱与规范设计谱平台段对应的单自由度体系第一振型周期范围相近，未锈蚀桥梁第一自振周期为0.56s。
在对桥梁进行激励，并记录桥梁的位移、固定支座的最大变形量和移动支座的最大变形量时，也能够获取桥墩的一些抗震性能，比如残余位移角和曲率延性需求比，在此过程中，桥墩的一些抗震性能也可以根据需要或者经验进行一定的参考。
预测混合配筋中GFRP筋的性能退化情况，即是预测GFRP筋在指定间隔时间内的损失演变过程，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况，即是预测耗能钢筋和箍筋的在指定间隔时间内的损失演变过程；对桥墩设定时间间隔内的抗震性能评估也可以是当前时刻的抗震性能评估。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，包括：
根据GEPR筋的材料性能退化规律和处于不同性能退化阶段的特征，预测混合配筋中GEPR筋的性能退化情况；
根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况；
建立包含混合配筋的桥墩的时变评估模型，并根据混合配筋中GEPR筋的性能退化情况以及耗能钢筋和箍筋的性能退化情况，评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能；
根据桥梁各部分构件的力学行为特征，对桥梁各部分构件进行力学行为模拟，并根据桥梁的场地特征、所处区域地震活动特征和地震加速度设计反应谱形式，对桥梁进行激励，评估桥梁中桥台、固定支座和活动支座的抗震性能。
2.根据权利要求1所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述混合配筋中GEPR筋的性能退化情况为GFRP筋时变抗拉强度和时变弹性模量；所述混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况为耗能钢筋和箍筋的时变残余直径和时变残余屈服强度；所述桥墩的抗震性能为桥墩的残余位移、延性、承载力和能量耗散；所述桥台、固定支座和活动支座的抗震性能为桥梁的位移、固定支座的最大变形量和移动支座的最大变形量。
3.根据权利要求1所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述GEPR筋的材料性能退化规律和处于不同性能退化阶段的特征是基于对制备的内嵌GFRP筋的混凝土试块样本进行浸泡实验，并根据浸泡实验的数据确定的；
预测混合配筋中GEPR筋的性能退化情况时，需要确定混合配筋中GEPR筋的退化速率；所述混合配筋中GEPR筋的退化速率k为：
其中，A为材料退化过程的相关常数，Ea为材料的活化能，R为气体常量，T为热力学温度。
4.根据权利要求1所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况包括：
根据混合配筋中耗能钢筋和箍筋的位置以及服役时间，确定耗能钢筋和箍筋表面的氯离子浓度；
根据耗能钢筋和箍筋表面的氯离子浓度，借助COMSOL多物理场分析软件和有限差分法，确定混凝土内部深度与氯离子浓度时变关系曲线；
以耗能钢筋和箍筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度为基准，确定耗能钢筋和箍筋的去钝化时间；
根据混凝土内部深度与氯离子浓度时变关系曲线以及耗能钢筋和箍筋的去钝化时间，确定耗能钢筋和箍筋的初始锈蚀时间；
根据初始锈蚀时间，确定锈蚀触发后耗能钢筋和箍筋腐蚀电流密度，并依据钢筋的锈蚀经验，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况。
5.根据权利要求4所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述依据钢筋的锈蚀经验，预测混合配筋中耗能钢筋和箍筋的性能退化情况为：
耗能钢筋或者箍筋服役t年后的残余直径D(t)为：
其中，D0为耗能钢筋或者箍筋的初始直径，icorr为腐蚀电流密度，Δt为锈蚀持续时间；
耗能钢筋或者箍筋时变残余屈服强度fy(t)为：
fy(t)＝[1-0.005Qcorr(t)]fy0
其中，Qcorr(t)为耗能钢筋或者箍筋的质量损失率，fy0为耗能钢筋或者箍筋的初始强度；
耗能钢筋或者箍筋的质量损失率Qcorr(t)为：
Qcorr(t)＝[1-(D(t)/D0)2]×100。
6.根据权利要求1所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述包含混合配筋的桥墩的时变评估模型包括反映GFRP筋的应力与应变关系的有限元模型；所述GFRP筋的应力与应变关系包括GFRP筋在拉伸或压缩过程中失效的可能性；
确定GFRP筋失效的方式是采取应力陡降方式。
7.根据权利要求6所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，建立包含混合配筋的桥墩的时变评估模型时，采取GFRP筋受压方向的峰值强度为峰值抗拉强度的百分之40％-60％，GFRP筋受压方向的弹性模量为GFRP筋拉伸方向的弹性模量。
8.根据权利要求1所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能包括：
根据建立的包含混合配筋的桥墩的时变评估模型，以低周往复加载的方法，确定未锈蚀桥墩以及不同服役期间桥墩的滞回曲线；
根据确定的处于不同服役期间桥墩的滞回曲线，确定桥墩的残余位移、延性、承载力和能量耗散变化趋势，以评估设定时间间隔内桥墩的抗震性能。
9.根据权利要求1所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述根据桥梁各部分构件的力学行为特征，对桥梁各部分构件进行力学行为模拟时，将桥梁采用弹性梁柱单元进行力学行为模拟，将活动支座、固定支座和桩基系统采用零长度单元进行力学行为模拟，将桥墩采用非线性梁柱单元进行力学行为模拟，且桥墩的塑性沿桥墩的高度方向发展。
10.根据权利要求1所述的混合配筋劣化桥梁时变抗震性能评价方法，其特征在于，所述根据桥梁的场地特征、所处区域地震活动特征和地震加速度设计反应谱形式，对桥梁进行激励，评估桥梁中桥台、固定支座和活动支座的抗震性能包括：
分析桥梁所处场地特征，根据中国地震动参数区划图，获取场地水平设计加速度反应谱最大值Smax和特征周期Tg，以便确定地震加速度设计反应谱形式，并通过PEER数据库筛选多条地震动记录；
将地震动记录调幅至指定峰值地面加速度，依次对桥梁进行激励，并记录桥梁的位移、固定支座的最大变形量和移动支座的最大变形量，以评估桥台、固定支座和活动支座的抗震性能。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118817211A (zh) * 2024-09-18 2024-10-22 兰州交通大学 一种用于桥墩抗震韧性检测的装置和方法

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