一种农村公路桥梁抗震性能评估方法与流程

本发明涉及桥梁抗震性能评估领域，涉及到一种农村公路桥梁抗震性能评估方法。

背景技术：

1、地震是一种自然风险，可能对桥梁造成灾难性的破坏。在桥梁的设计阶段对桥梁进行抗震性能检测，可以确保桥梁能够抵御预期的地震强度，减少地震发生时的损失，还可以帮助设计团队识别桥梁结构上的薄弱点，通过调整设计参数、选用更合适的材料或增加防震部件，来优化桥梁的整体抗震性能。

2、因此，在桥梁的设计阶段检测桥梁抗震性能的重要性不可忽视，这关系到桥梁的结构安全、公众安全以及整个交通网络的稳定性。

3、现有的在桥梁设计阶段检测桥梁抗震性能的方法，主要利用数值模拟技术，如有限元分析，对桥梁进行地震响应模拟，预测桥梁在不同强度地震下的响应，验证其抗震能力，该方法存在以下几点不足：一方面，现有方法没有依据桥梁所在地区历史的和预测的地震情况，对地震响应模拟中施加给桥梁的地震荷载进行量化分析、选择合适的地震波作为输入，而是将其默认为设定值或者依次施加不同等级的地震荷载，进而可能使得最终设计的桥梁的抗震性能高于桥梁实际的抗震需求或低于桥梁实际的抗震需求，从而造成材料浪费、增加成本或者桥梁结构稳定性和安全性不达标、存在安全隐患。

4、另一方面，现有方法在对桥梁的地震响应模拟进行结果评估时，评估的指标比较单一，大都集中位移、变形等基本指标，没有监测桥梁结构的内力情况，进而使得桥梁抗震性能评估结果的可靠性和准确性不高，无法保障桥梁的整体稳定性和安全性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种农村公路桥梁抗震性能评估方法，具体技术方案如下：一种农村公路桥梁抗震性能评估方法，包括如下步骤：步骤一、桥梁数字模型建立：通过待建造农村公路桥梁的设计图纸和对待建造农村公路桥梁所处区域的实地勘测，获取待建造农村公路桥梁的几何特性信息、材料属性信息、结构细节信息和边界条件信息，利用计算机辅助设计软件和有限元分析软件建立待建造农村公路桥梁的数字模型。

2、步骤二、桥梁所在地区地震危险评估：通过待建造农村公路桥梁所在地区的地震区划图，获取待建造农村公路桥梁所在地区的地震预测模型，并获取待建造农村公路桥梁所在地区的地震历史记录，评估待建造农村公路桥梁所在地区的地震危险综合指数。

3、步骤三、桥梁适宜地震荷载获取及输入：根据待建造农村公路桥梁所在地区的地震危险综合指数，分析待建造农村公路桥梁适宜的地震荷载，并输入至待建造农村公路桥梁的数字模型。

4、步骤四、地震荷载作用下桥梁响应获取：获取地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的响应信息，其中响应信息包括变形信息、振动信息、内力信息和损伤信息。

5、步骤五、桥梁抗震性能综合评估反馈：根据地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的响应信息，综合评估待建造农村公路桥梁的抗震性能指数，判断待建造农村公路桥梁的抗震性能是否符合要求，并进行反馈。

6、在上述实施例的基础上，所述步骤二的具体分析过程包括：s1：从待建造农村公路桥梁所在地区的地震机构，获取待建造农村公路桥梁所在地区的地震区划图。

7、获取待建造农村公路桥梁的经纬度坐标，并在待建造农村公路桥梁所在地区的地震区划图上标出待建造农村公路桥梁的具体地理位置。

8、根据待建造农村公路桥梁的具体地理位置，在地震区划图上读取该位置点预测的地震参数，获取待建造农村公路桥梁所在地区预测的地震活动性信息，其中地震活动性信息包括地震时间分布、地震空间分布、地震频度和地震强度，构建待建造农村公路桥梁所在地区的地震预测模型。

9、s2：提取数据库中存储的待建造农村公路桥梁所在地区的地震历史记录，得到待建造农村公路桥梁所在地区历史各次地震的地震波数据，其中地震波数据包括地震波的振幅、频率和持续时长。

10、在上述实施例的基础上，所述步骤二的具体分析过程还包括：d1：提取数据库中存储的各地震时间分布和各地震空间分布对应的影响因子，根据待建造农村公路桥梁所在地区预测的地震时间分布和地震空间分布，分别筛选得到待建造农村公路桥梁所在地区预测的地震时间分布和地震空间分布对应的影响因子，将其分别记为δ1、δ2。

11、将待建造农村公路桥梁所在地区预测的地震频度和地震强度分别记为h、p。

12、通过分析公式得到待建造农村公路桥梁所在地区的预期地震危险系数φ预期，其中h0、p0分别表示预设的地震频度和地震强度的阈值，a1、a2分别表示预设的地震频度和地震强度的权值，a1+a2＝1。

13、d2：将待建造农村公路桥梁所在地区历史各次地震的地震波振幅、地震波频率和地震波持续时长分别记为bx、fx、tx，x表示历史第x次地震的编号，x＝1,2,...,y。

14、通过分析公式得到待建造农村公路桥梁所在地区的历史地震危险系数φ历史，其中b0、f0、t0分别表示预设的地震波的振幅、频率和持续时长的阈值，c1、c2、c3分别表示预设的地震波的振幅、频率和持续时长的权值，c1+c2+c3＝1。

15、d3：对待建造农村公路桥梁所在地区的预期地震危险系数和历史地震危险系数进行加权平均值计算，得到待建造农村公路桥梁所在地区的地震危险综合指数。

16、在上述实施例的基础上，所述步骤三的具体分析过程为：提取数据库中存储的各地震危险综合指数范围对应的模拟地震波作用力的基本信息，其中基本信息包括方向、强度、频率、持续时长，根据待建造农村公路桥梁所在地区的地震危险综合指数，筛选得到待建造农村公路桥梁所在地区的地震危险综合指数对应的模拟地震波作用力的基本信息，将其记为待建造农村公路桥梁适宜的模拟地震波作用力基本信息，进而得到待建造农村公路桥梁适宜的地震荷载，并输入至待建造农村公路桥梁的数字模型。

17、在上述实施例的基础上，所述步骤五的具体分析过程包括：根据地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的变形信息，得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的最大位移、最大转角和最大挠度，将其分别记为li、θi、τi，i表示待建造农村公路桥梁数字模型中第i个部件的编号，i＝1,2,...,n。

18、通过分析公式得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁的变形系数ψ1，其中l0、θ0、τ0分别表示预设的桥梁部件的最大位移、最大转角和最大挠度的阈值，βl-i、β′θ-i、β″τ-i分别表示预设的待建造农村公路桥梁数字模型中第i个部件的位移影响权重、转角影响权重和挠度影响权重，

19、在上述实施例的基础上，所述步骤五的具体分析过程还包括：根据地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的振动信息，得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的振动幅度和频率，将其分别记为bi、fi。

20、通过分析公式得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁的振动系数ψ2，其中b0、f0分别表示预设的桥梁部件的振动幅度和频率的阈值。

21、在上述实施例的基础上，所述步骤五的具体分析过程还包括：根据地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的内力信息，得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件各种内力的数值，将其记为giu，u表示第u种内力的编号，u＝1,2,...,v。

22、提取数据库中存储的待建造农村公路桥梁数字模型中各部件各种内力的期望数值，将其记为

23、通过分析公式得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁的内力符合系数ψ3，其中e表示自然常数，△giu表示预设的地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中第i个部件第u种内力的偏差阈值。

24、在上述实施例的基础上，所述步骤五的具体分析过程还包括：根据地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件的损伤信息，获取地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件中各处裂纹的长度和位置以及各处破损的面积和位置。

25、设定待建造农村公路桥梁各部件各区域的裂纹影响因子和破损影响因子，根据地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件中各处裂纹的位置和各处破损的位置，筛选得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中各部件中各处裂纹所处区域的裂纹影响因子和各处破损所处区域的破损影响因子，将其分别记为εij、j表示第j处裂纹的编号，j＝1,2,...,m，j′表示第j′处破损的编号，j′＝1,2,...,m′。

26、通过分析公式得到地震荷载作用下待建造农村公路桥梁的损伤系数ψ4，其中rij、zij′分别表示地震荷载作用下待建造农村公路桥梁数字模型中第i个部件中第j处裂纹的长度以及第j′处破损的面积，η△r、κ△z分别表示预设的单位裂纹长度和单位破损面积对应的影响因子。

27、在上述实施例的基础上，所述步骤五的具体分析过程还包括：将地震荷载作用下待建造农村公路桥梁的变形系数ψ1、振动系数ψ2、内力符合系数ψ3和损伤系数ψ4代入分析公式得到待建造农村公路桥梁的抗震性能指数ξ，其中σ1、σ2、σ3、σ4分别表示预设的变形系数、振动系数、内力符合系数和损伤系数的权值，σ1+σ2+σ3+σ4＝1。

28、在上述实施例的基础上，所述步骤五的具体分析过程还包括：将待建造农村公路桥梁的抗震性能指数与预设的抗震性能指数预警值进行比较，若待建造农村公路桥梁的抗震性能指数大于或等于预设的抗震性能指数预警值，则待建造农村公路桥梁的抗震性能符合要求，反之，则待建造农村公路桥梁的抗震性能不符合要求，并反馈至待建造农村公路桥梁的设计团队。

29、相对于现有技术，本发明所述的一种农村公路桥梁抗震性能评估方法以下有益效果：1.本发明依据桥梁所在地区历史的和预测的地震情况，对桥梁地震响应模拟的地震荷载进行量化分析、选择合适的地震波作为输入，使得设计的桥梁的抗震性能与桥梁实际的抗震需求相适配，避免材料浪费和增加成本，同时保障桥梁结构的安全性。

30、2.本发明在对桥梁地震响应模拟进行结果评估时，分析桥梁各部分各个维度的响应，如变形、振动、损伤和内力等，进而提高桥梁抗震性能评估结果的可靠性和准确性，保障桥梁的整体稳定性和安全性，还有利于识别桥梁潜在的薄弱环节，为设计团队提供参见意见，使得桥梁满足抗震设计规范要求。