一种复杂钢桁梁桥冗余评估方法

本发明属于桥梁结构性能评估，具体涉及一种复杂钢桁梁桥冗余评估方法。

背景技术：

1、随着我国经济建设的不断发展与桥梁修建跨径的不断增大，钢桁梁桥也从平行弦钢桁梁桥向加劲弦钢桁梁桥发展，结构形式逐渐复杂。我国现有规范设计时仅通过验算结构抗力和效应，满足一定的安全系数则满足要求。但桥梁服役时间长，运营期间可能出现由于碰撞、火灾、爆炸等一系列意外荷载导致局部构件破坏，进而发生连续倒塌导致结构破坏。针对小跨径的钢桁梁桥已有相应的冗余评估方法，通过逐个拆除构件法来非线性分析结构冗余度，精度很高但相应的计算效率较低，可以满足小跨径简单体系钢桁梁的冗余分析。但针对杆件众多的复杂钢桁梁桥若依照简单钢桁梁桥逐个拆除构件法进行冗余分析则计算难度太大，因此有学者通过线性的方式来衡量复杂结构的冗余度，计算效率较高但无法定量衡量复杂结构的冗余度且精度较低。且现有的冗余度指标不能直观准确的反映结构的冗余量。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种针对复杂钢桁梁桥的冗余评估方法，能有效地解决现有技术中计算效率低和精度差的问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种复杂钢桁梁桥冗余评估方法，s1：首先线性计算完整结构在恒载作用下各杆件的效率系数，选择损伤的杆件作为第二步分析的重要杆件；

3、s2：分别建立缺少所述重要杆件的破损结构模型，通过线性分析破损结构在恒载+活载作用下各重要杆件的效率系数，判断是否存在重要杆件的效率系数大于1，若存在，则将该重要杆件作为关键构件进行第三步的分析；若不存在，则认为该钢桁梁桥不存在非冗余构件，该桥的冗余度满足要求；

4、s3：分别建立缺少所述关键构件的破损结构模型以及完整模型，通过不断增加活载倍数来非线性分析完整结构的极限承载力、第一根杆件屈服时的活载倍数和功能适用极限状态下的活载倍数；同时分析破损结构的极限承载力；

5、s4：对第三步所计算的结果进行冗余度评估。

6、进一步地，步骤s1中，各杆件的效率系数计算公式如下：

7、受拉杆件：

8、受压杆件：

9、通过公式计算上述效率系数计算公式中的参数n'ex和n'ey；

10、式中γx、γy为截面塑性铰发展系数；n为截面的轴力值；mx、my为同一截面处对x轴和y轴的弯矩值；mxeq、myeq为等效弯矩系数折减后的弯矩值；f为钢材屈服强度设计值；为面内面外稳定折减系数的较小值；e为弹性模量；a为截面面积；λx、λy分别为截面面内和面外的长细比；wx、wy为截面面内和面外的抗弯模量。

11、进一步地，步骤s4中，冗余度评价公式如下：

12、

13、若计算的φs大于2则认为当该构件失效时不会引发全桥垮塌，冗余度满足要求；反之则重点关注该构件，施加保护措施。

14、式中：lfu为通过非线性分析，完整结构的极限承载力；lf1为通过非线性分析，完整结构第一个构件出现屈服时所施加的活载的倍数；lff为通过非线性分析，完整结构达到功能适用极限状态位移时所施加的活载的倍数，即位移达到l/100时；lfd为每个破损结构达到极限承载力时所施加的活载的倍数；α为结构重要性系数；β为依据破坏模式选取的折减系数，若结构是延性破坏则取1，脆性破坏时取0.9。

15、与现有技术相比，本发明的优势在于：使用该方法对复杂结构钢桁梁进行冗余度评估时逐层从众多杆件中筛选重要杆件，且利用线性分析，同时考虑稳定对构件承载力的影响，增大计算效率的同时提高了计算的精度；在结构层面冗余度分析时采用非线性的方式进行分析，由于已经通过恒载效率系数等线性分析后关键构件数量减少，故计算效率也较高。最后采用所提的公式不仅能反映结构的冗余度，同时能反映还能承受活载的数量，避免了以往冗余度评估中只能反映初始破坏与最终破坏的关系，不能反映所富裕的实际荷载有多少。故该评估方法更直观，更准确。

技术特征：

1.一种复杂钢桁梁桥冗余评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种复杂钢桁梁桥冗余评估方法，其特征在于，步骤s1中，各杆件的效率系数计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的一种复杂钢桁梁桥冗余评估方法，其特征在于，步骤s4中，冗余度评价公式如下：

技术总结
本发明属于桥梁结构性能评估技术领域，具体涉及一种复杂钢桁梁桥冗余评估方法；在使用该方法计算复杂钢桁梁桥冗余度时，首先通过线性计算恒载作用下完整结构各杆件的效率系数，在依据恒载效率系数的计算结果选定重要构件进行第二步破损结构下的效率系数分析，构件层面分析完后进行结构层面的非线性分析，最后通过冗余计算公式衡量结构的冗余度。该发明结合线性分析和非线性分析，提高计算效率的同时保证了结构的计算精度，且所提的冗余评价公式能直观反映冗余量。

技术研发人员：姜磊,赵鑫东,杜峰,康佐,王晓龙,张鑫,刘永健,康晋,卜令康
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24