【CN109724887A】循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910113502.8(22)申请日2019.02.14(71)申请人重庆交通大学地址402247重庆市江津区双福新区福星大道1号(72)发明人王旭　钱骥　何俊宏　(74)专利代理机构重庆乐泰知识产权代理事务所(普通合伙)50221代理人刘敏(51)Int.Cl.G01N3/36(2006.01)(54)发明名称循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法(57)摘要本发明公开了一种循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，属于桥梁抗震性能分析技术领域，该方法包含如下步骤：制备RC桥墩试件，并将所述RC桥墩试件放入模拟腐蚀环境，测量所述RC桥墩试件的氯离子浓度分布；对放入模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件进行拟静力加载推覆试验，分析试验结果，获取模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件的抗震性能力学指标；根据所述氯离子浓度分布和抗震性能力学指标对RC桥墩试件的地震易损性进行分析。本发明方法能够实现氯离子腐蚀与疲劳荷载耦合作用下结构的长期性能试验。同时本发明考虑了RC墩柱在氯离子腐蚀的同时还承受会对其产生疲劳损伤的车辆循环荷载工况，能够准确揭示RC墩柱抗震性能的实际退化规律。权利要求书2页说明书7页附图2页CN109724887A2019.05.07CN109724887A1.循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：制备RC桥墩试件，并将所述RC桥墩试件放入模拟腐蚀环境，测量所述RC桥墩试件的氯离子浓度分布；对放入模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件进行拟静力加载推覆试验，分析试验结果，获取模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件的抗震性能力学指标；根据所述氯离子浓度分布和抗震性能力学指标对RC桥墩试件的地震易损性进行分析。2.根据权利要求1所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述根据所述氯离子浓度分布和抗震性能力学指标对RC桥墩的地震易损性进行分析之前，该方法还包含：对传统纤维梁单元进行拆分和集成，获得RC桥墩梁柱的非线性梁单元，并对所述非线性梁单元进行验证。3.根据权利要求1所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述制备RC桥墩试件，并将所述RC桥墩试件放入模拟腐蚀环境，测量所述RC桥墩试件的氯离子浓度分布具体包含如下步骤：制备多根RC桥墩试件，多根所述的RC桥墩试件几何参数一致；将多根所述RC桥墩试件放置于含氯离子的盐溶液中静置指定时间；将多根在氯离子的盐溶液中静置后的RC桥墩试件移置结构疲劳系统加载箱内，进行轴压和轴拉的循环疲劳加载；改变氯离子腐蚀时间和循环疲劳荷载幅，测量不同氯离子腐蚀时间和循环疲劳荷载幅条件下的RC桥墩试件的氯离子浓度；建立RC桥墩试件在轴向循环荷载作用下的氯离子渗透微观模型。4.根据权利要求1所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述对放入模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件进行拟静力加载推覆试验，分析试验结果，获取模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件的抗震性能力学指标，包含如下步骤：模拟桥墩边界条件，并通过所述边界条件固定放入模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件；对固定后的RC桥墩试件施加轴向载荷；采集试验信息，建立RC桥墩试件的精细有限元模型，辅助分析拟静力试验结果；根据所述试验结果获取模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件的抗震性能力学指标。5.根据权利要求2所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述根据所述氯离子浓度分布和抗震性能力学指标对RC桥墩试件的地震易损性进行分析，包含如下步骤：根据所述非线性梁单元，建立车辆循环荷载和氯离子腐蚀耦合影响的全桥非线性有限元模型；选取地震波，选用位移延性比作为桥梁损伤指标，并根据所述地震波和损伤指标进行全桥弹塑性时程分析；根据所述时程分析获得的数据进行回归分析，以地震动参数为自变量，建立结构反应的超越概率函数；绘制所选地震动参数为自变量的地震易损性曲线，对所述地震易损性曲线进行参数分权　利　要　求　书1/2页2CN109724887A2析，获得车辆循环荷载和氯离子腐蚀耦合影响的RC桥梁地震易损性曲线集合，分析RC桥梁地震易损性的变化规律。6.根据权利要求5所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述超越概率函数的超越概率的计算公式为：式中，Pf为超过某一极限状态的概率，Sd为结构的地震需求，Sc为结构的抗震能力，βc为结构抗震能力的对数正态分布的标准差，βd为地震需求的对数正态分布的标准差，Φ为正态分布。7.根据权利要求3所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述将多根所述RC桥墩试件放置于含氯离子的盐溶液中静置指定时间具体为，将多根所述RC桥墩试件放置于初始浓度为5％的NaCl溶液中，静置48小时。8.根据权利要求3所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述改变氯离子腐蚀时间和循环疲劳荷载幅包含如下步骤：通过所述结构疲劳系统调节疲劳荷载幅分别为0.05、0.1、0.15的轴压极限承载力和0.05、0.1、0.15的轴拉极限承载力；通过调整含氯离子的盐溶液中的电流大小，分别达到10％、20％以及30％的腐蚀程度。9.根据权利要求4所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述对固定后的RC桥墩试件施加轴向载荷，具体为：通过液压千斤顶对固定后的RC桥墩试件施加轴向载荷，试验过程中控制轴压比或轴拉比为0.1。10.根据权利要求4所述的循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，其特征在于：所述抗震性能力学指标包含刚度、承载力、位移延性、塑性铰的位置和大小以及各区域的耗能能力。权　利　要　求　书2/2页3CN109724887A3循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法技术领域[0001]本发明属于桥梁抗震性能分析技术领域，具体涉及一种循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法。背景技术[0002]桥梁是交通运输生命线系统的重要组成部分，其抗震性能的优劣，成为震后救援工作的重要保障。现阶段，桥梁结构的抗震性能研究未考虑周边环境因素的影响。特殊环境下长期服役混凝土桥梁在例如氯离子侵蚀、冻融循环等极端环境作用下，其抗震性能会随时间产生衰变，结构的实际抗震性能往往远低于结构的设计抗震性能。此时，长期服役桥梁抗震性能会被严重高估，一旦出现地震灾害，往往难以抵御，导致严重的结构破坏，最终造成大量的人员及经济损失。[0003]近海地区混凝土桥梁结构长期遭受氯离子的侵蚀作用。混凝土遭受氯化物的侵蚀后会形成大量可溶性盐类，并在混凝土的孔隙中反复积聚，引起膨胀性反应，促使混凝土的孔隙加大、出现裂缝，并加大侵蚀通道，最终导致钢筋腐蚀。[0004]与此同时，桥梁运营时车辆循环荷载会对RC结构产生疲劳损伤，往复荷载产生的疲劳损伤会加剧混凝土内裂缝的加速发展，同时盐溶液环境中的氯离子会通过裂缝渗入到钢筋表面，引起钢筋的急剧锈蚀，破坏混凝土和钢筋的表面粘结效应。在锈胀达到一定程度后，混凝土保护层剥落，部分钢筋裸露于空气中，失去混凝土保护的钢筋在循环荷载作用下的疲劳损伤急剧发展，直至钢筋断裂破坏。[0005]然而，实际在对桥梁结构抗震性能的依时分析中，往往只考虑氯离子腐蚀等环境因素对于结构抗震性能的退化影响，却忽略掉桥梁运营阶段时车辆循环荷载的影响。发明内容[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，提出一种轴向循环荷载作用下RC墩柱的氯离子腐蚀试验方法，探究RC墩柱的氯离子渗透机理，并获取RC桥梁的地震易损性曲线，以指导RC桥梁结构的抗震设计。[0007]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：[0008]循环载荷与氯离子腐蚀耦合的RC桥墩抗震性能分析方法，该方法包含如下步骤：[0009]制备RC桥墩试件，并将所述RC桥墩试件放入模拟腐蚀环境，测量所述RC桥墩试件的氯离子浓度分布；[0010]对放入模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件进行拟静力加载推覆试验，分析试验结果，获取模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件的抗震性能力学指标；[0011]根据所述氯离子浓度分布和抗震性能力学指标对RC桥墩试件的地震易损性进行分析。[0012]可选的，所述根据所述氯离子浓度分布和抗震性能力学指标对RC桥墩的地震易损性进行分析之前，该方法还包含：说　明　书1/7页4CN109724887A4[0013]对传统纤维梁单元进行拆分和集成，获得RC桥墩梁柱的非线性梁单元，并对所述非线性梁单元进行验证。[0014]可选的，所述制备RC桥墩试件，并将所述RC桥墩试件放入模拟腐蚀环境，测量所述RC桥墩试件的氯离子浓度分布具体包含如下步骤：[0015]制备多根RC桥墩试件，多根所述的RC桥墩试件几何参数一致；[0016]将多根所述RC桥墩试件放置于含氯离子的盐溶液中静置指定时间；[0017]将多根在氯离子的盐溶液中静置后的RC桥墩试件移置结构疲劳系统加载箱内，进行轴压和轴拉的循环疲劳加载；[0018]改变氯离子腐蚀时间和循环疲劳荷载幅，测量不同氯离子腐蚀时间和循环疲劳荷载幅条件下的RC桥墩试件的氯离子浓度；[0019]建立RC桥墩试件在轴向循环荷载作用下的氯离子渗透微观模型。[0020]可选的，所述对放入模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件进行拟静力加载推覆试验，分析试验结果，获取模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件的抗震性能力学指标，包含如下步骤：[0021]模拟桥墩边界条件，并通过所述边界条件固定放入模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件；[0022]对固定后的RC桥墩试件施加轴向载荷；[0023]采集试验信息，建立RC桥墩试件的精细有限元模型，辅助分析拟静力试验结果；[0024]根据所述试验结果获取模拟环境腐蚀后的RC桥墩试件的抗震性能力学指标。[0025]可选的，所述根据所述氯离子浓度分布和抗震性能力学指标对RC桥墩试件的地震易损性进行分析，包含如下步骤：[0026]根据所述非线性梁单元，建立车辆循环荷载和氯离子腐蚀耦合影响的全桥非线性有限元模型；[0027]选取地震波，选用位移延性比作为桥梁损伤指标，并根据所述地震波和损伤指标进行全桥弹塑性时程分析；[0028]根据所述时程分析获得的数据进行回归分析，以地震动参数为自变量，建立结构反应的超越概率函数；[0029]绘制所选地震动参数为自变量的地震易损性曲线，对所述地震易损性曲线进行参数分析，获得车辆循环荷载和氯离子腐蚀耦合影响的RC桥梁地震易损性曲线集合，分析RC桥梁地震易损性的变化规律。[0030]可选的，所述超越概率函数的超越概率的计算公式为：[0031][0032]式中，Pf为超过某一极限状态的概率，Sd为结构的地震需求，Sc为结构的抗震能力，βc为结构抗震能力的对数正态分布的标准差，βd为地震需求的对数正态分布的标准差，Φ为正态分布。[0033]可选的，所述将多根所述RC桥墩试件放置于含氯离子的盐溶液中静置指定时间具体为，将多根所述RC桥墩试件放置于初始浓度为5％的NaCl溶液中，静置48小时。[0034]可选的，所述改变氯离子腐蚀时间和循环疲劳荷载幅包含如下步骤：[0035]通过所述结构疲劳系统调节疲劳荷载幅分别为0.05、0.1、0.15的轴压极限承载力说　明　书2/7页5CN109724887A5和0.05、0.1、0.15的轴拉极限承载力；[0036]通过调整含氯离子的盐溶液中的电流大小，分别达到10％、20％以及30％的腐蚀程度。[0037]可选的，所述对固定后的RC桥墩试件施加轴向载荷，具体为：[0038]通过液压千斤顶对固定后的RC桥墩试件施加轴向载荷，试验过程中控制轴压比或轴拉比为0.1。[0039]可选的，所述抗震性能力学指标包含刚度、承载力、位移延性、塑性铰的位置和大小以及各区域的耗能能力。[0040]本发明的有益效果在于：本发明采用