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专利号: 2022108398331
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,包括S1:确定桥梁建设方案的基本要素;所述基本要素包括桥梁类型、施工方法、桥梁大气环境,桥地址烈度区划和桥梁使用年限;

S2:依据桥梁类型和桥梁对应的施工方法建立多阶段有限元模型;

S3:所述桥梁环境包括地震环境和大气环境;依据桥梁的地震环境建立地震灾害曲线;

依据桥梁的大气环境建立桥梁内部钢筋退化模型;

S4:所述多阶段有限元模型通过云图法对所有模型计算非线性时程响应后,与地震灾害曲线的地震波对数拟合后建立概率地震需求模型;

S5:所述钢筋退化模型结合桥梁的使用年限依据材料劣化模型计算得到构件能力退化模型;

S6:所述概率地震需求模型与构件能力退化模型结合,并依次计算退化后构件的地震响应,更新需求模型,并绘制易损曲线与地震风险曲线卷积相乘得到桥梁多阶段地震风险概率分布模型;

S7:绘制桥梁全生命周期桥梁地震风险时变曲线;将桥梁震害预算清单中的费用数据和震害损伤带来的维修时间数据导入桥梁全阶段性损伤概率分布公式,通过条件概率运算得到桥梁地震灾害直接成本和间接成本时变曲线;

S8:对施工因素地震风险预警值进行评估;通过工期计划对桥梁完工时间的预设,以桥梁的地震灾害成本时变曲线对施工阶段的积分占全生命周期的一定百分比比的完工时间作为预警值,施工时间大于预警值时间,则表明该施工过程中的地震风险需引起重视,应采取相关的抗震措施以减少损失。

2.根据权利要求1所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,所述多阶段桥梁模型包括桥梁的施工期和运营期;所述施工期按施工计划将桥梁施工过程划分为多个阶段,并模拟相应结构的有限元模型;所述运营期根据桥梁使用年限内不同年份下材料老化的强度,划分建立不同老化程度的桥梁有限元模型。

3.根据权利要求2所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,所述多阶段有限元模型通过opensees公式进行数值模拟;所述地震灾害曲线通过当地地震频率记录线性拟合得到;依据地震灾害曲线,通过云图法将计算出每个地震波下桥梁结构的地震响应,并通过回归分析得到概率地震需求模型;对构件各阶段的结构地震概率需求和施工过程中以关键工况划分进行非线性时程分析,得到分阶段的概率地震需求模型(PSDM):‑k

HIM(IM)=k0IM           (3.1)

b(i)

SD(i)=a(i)(IM)           (3.2)

其中,k0、k、a、b、c是拟合系数;IM代表每条地震波的强度,选用每条地震波中的最大加速度作为拟合的数据;i表示在不同的阶段进行计算;其中,HIM代表当地记录的强度为IM的地震发生的概率;SD代表每条地震波作用下结构通过计算得到的结构产生的位移、曲率变形等地震响应,作为结构在地震作用下的需求。

4.根据权利要求3所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,所述材料劣化模型包括钢筋强度时变模型;

所述钢筋强度时变模型,引入钢筋发生锈蚀的参数,并引入计算桥梁截面损失率的时变特性的数学模型:A0为钢筋锈蚀尚未发生时的钢筋截面面积:A(t)表示钢筋锈蚀发生后的钢筋截面面积;

A(t)=A0‑rcorr(t‑Ti)         (4.2)Ti代表钢筋开始腐蚀的时间,钢筋锈蚀是在混凝土保护层失效后开始的,一般环境下Ti取10年,沿海环境为6年;

rcorr为钢筋腐蚀速度计算公式参考Stewat得到:

其中w/c是混凝土制作中的水灰比,C是混凝土保护层厚度。

5.根据权利要求4所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,所述的构件能力退化模型根据钢筋强度时变模型数据计算截面能力得到,以十年为跨度计算历年截面退化后的能力,作为多阶段易损性分析的能力样本。

6.根据权利要求5所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,对多阶段有限元模型进行非线性分析得到概率地震需求模型,在不同构件能力退化状态下重复计算模型,绘制不同阶段的易损性曲线,易损性曲线再分别与地震灾害模型卷积运算,得到地震损伤风险概率分布,阶段i下的地震损伤风险概率值的计算公式如下;

Pi[SD≥SC|IM]表示一定地震强度IM下,结构地震产生的响应损伤状态D发生的概率分布函数;具体展开如下:i表示在阶段i下,βd是该阶段计算地震概率需求模型拟合结果和实际值之间的标准差;

dHIM(IM)表示通过当地地震频率记录线性拟合得到的地震灾害曲线的导数。

7.根据权利要求5所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,所述桥梁各阶段的易损性曲线与地震灾害曲线卷积运算得到该阶段下桥梁地震风险的概率值;再根据不同阶段的概率值随时间的变化情况按以下形式进行非线性拟合得到以时间为变量桥梁损伤概率曲线计算公式如下:

1.5

P(t)=a*t +b*t+c         (7.1)

a、b、c均为拟合参数。

8.根据权利要求6所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,震后维修费用的计算方法基于构件的全桥维修费用估计方法,即通过对每个构件的维修费用求和得到,如下公式所示:式中:Cd/id为全桥维修成本;nc为构件类型总数;ncd为同类构件的损伤类型总数;ncde为同类构件同一损伤类型下的构件总数;R[]为一定的维修标准下采取不同策略的成本计算函数;λcd(l)为c类构件损伤类型d和损伤状态l下的构件地震风险概率值,根据式(8.1)确定,Acdk(l)为c类构件在损伤类型d和损伤状态l下选取维修方法k的概率。

9.根据权利要求7所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,所述的不同阶段的年均成本风险时变分布曲线根据不同阶段计算得到的风险值依照以下公式进行拟合,得到不同阶段的年均成本风险时变分布曲线公式如下:a1、a2、a3、b1、b2、c1、c2、d分别为施工阶段和运营阶段的风险成本随时间的拟合参数,T表示施工阶段的持续时间。

10.根据权利要求6所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法,其特征在于,对施工阶段的地震风险时变曲线积分得到施工阶段风险值,计算其在全生命周期中的风险值占比;模拟不同施工时间下的施工地震风险值占比,占比值超过q%时的施工时间为施工地震风险预警值,k的取值按投资方需求或有关规范进行界定;

风险计算公式如下:

λ为风险值,T0为持续时间;

施工地震风险预警值公式如下:

Tλq=T(λS/λ>q%)           (10.2)

Tλq是施工地震风险预警值,T(λS/λ>q%)是施工阶段风险λs占总风险为q%时对应的施工时间。