本发明涉及地震易损性评估，特别涉及一种非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法。
背景技术：
1、随着大跨度异形拱桥在城市景观桥梁设计中的应用逐步增多，其独特和复杂的结构对桥梁抗震能力的影响成为亟待研究的重要问题。
2、大跨度非对称异形钢拱桥结构形式复杂，融合多种异形拱桥结构特点，在地震响应表现出很强的非对称性。同时，该类型桥梁构件种类众多，地震作用下结构的损伤区域、损伤程度不明确。因此，研究该桥梁结构在地震作用下的损伤区域，进而研究损伤区构件的易损性具有重要意义。地震易损性分析作为一种概率风险分析方法，可为桥梁抗震优化设计提供较为合理的评估依据。
3、目前，对较为新颖的异形拱桥类型的研究仍然有限，一、非对称异形拱桥形态差异较大，该类异形拱桥的抗震性能和地震响应规律需要进一步深入研究，二、异形拱桥的地震易损性研究尚不常见，尚未有关于该异形拱桥地震作用下的损伤机理研究。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明旨在提出一种非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，通过全桥数值分析模型并与动力测试结果比对验证，在大跨度非对称异形钢拱桥有限元模型能够较好地反映桥梁动力响应的基础上，开展适用于大跨度非对称异形钢拱桥有限元模型抗震性能分析方法，提高非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估的准确性以及可信性。
2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，包括以下步骤流程：
4、s1：开展大跨度非对称异形钢拱桥桥梁动力测试；
5、s2：建立全桥数值分析模型并与动力测试结果比对验证；
6、s3：开展大跨度非对称异形钢拱桥地震作用反应分析；
7、s4：开展大跨度非对称异形钢拱桥典型构件易损性分析；
8、s5：开展大跨度非对称异形钢拱桥系统易损性分析。
9、进一步的，所述步骤s1开展大跨度非对称异形钢拱桥桥梁动力测试包括以下步骤：
10、s11、于桥梁双车道各布置1台载有配重的车辆，预先考虑车辆速度、车辆方向以及车辆间距三个参数；
11、s12、依据大跨度非对称异形钢拱桥结构特点，加速度传感器布置于外侧纵梁上方，测点相应进行南北侧非对称布置，一侧于跨中布置测点b，一侧于跨中、1/4跨及3/4跨位置分别布置测点a、c、d，进行桥梁动力测试。
12、进一步的，所述步骤s2建立全桥数值分析模型并与动力测试结果比对验证包括以下步骤：
13、s21：基于有限元计算软件midas civil建立大跨度非对称异形钢拱桥的空间有限元模型，将拱桥结构离散为空间杆系单元，依据拱桥受力特点，受拉单元采取桁架单元模拟，桥面系、拱肋、风撑、吊杆、斜撑、拉杆采用梁单元模拟；
14、s22：获取桥梁动力测试试验动力响应结果，与有限元模拟的时程分析结果对比，验证桥梁的动力响应结果吻合良好，以此，来开展抗震性能研究。
15、进一步的，所述步骤s3开展大跨度非对称异形钢拱桥地震作用反应分析包括以下步骤：
16、s31：地震波选取与输入；
17、s32：一维地震作用反应分析；
18、s33：多维地震作用反应分析。
19、进一步的，所述s31地震波选取与输入包括以下步骤：
20、s311、采用类比地震波方法选择地震动加速度时程，即选择与所建桥梁场址相似的地质环境、相近的震级和频谱特性的强震记录进行输入，参考工程地质报告与《公路桥梁抗震性能评价细则》（jtg/t 2231-02），选用taft地震波修正后进行时程分析；
21、s312、对该异形拱桥结构进行时程分析时，采用比例阻尼中的rayleigh阻尼计算阻尼比，并选取前十阶振型中x、y方向振型参与质量较大的第一阶和第九阶模态的频率作为典型频率，求得阻尼比ξ=0.0444；e1及e2时程分析均采用直接积分法，分析时间为20s，分析步长为0.02s，竖向地震作用按水平地震作用加速度的65%取值。
22、进一步的，所述s32一维地震作用反应分析包括以下步骤：
23、s321、采用从顺桥向、横桥向、竖向三个正交方向单独输入地震波的方式，对考虑桩-土相互作用的模型进行一致激励e1和e2时程分析，分析该异形拱桥主要控制截面在一维地震作用下的位移响应和内力响应；
24、s322、结合该异形拱桥非对称的结构特点，选取边拱和中拱的1/4拱肋、1/2拱肋、3/4拱肋、南北岸拱脚，以及斜撑及拉杆顶部作为控制点；其中，边拱、斜撑、拉杆选用桥梁东侧结构数据；
25、s323、进行一维地震作用下动力响应分析，顺桥向、横桥向、竖向边拱、中拱控制截面的位移及内力时程曲线。
26、进一步的，所述s3中，所述s33多维地震作用反应分析包括：
27、s331、依据《建筑抗震设计规范》（gb 50011），采用1:0.85:0.65的比例对三个正交方向的地震动进行组合；
28、s332、进行一致激励e1时程分析，提取该大跨度非对称异形钢拱桥部分控制截面在多维地震作用下的位移响应和内力响应；
29、s333、进行考虑恒载作用的时程分析，即荷载组合为taft地震波和恒载相加；地震波采用反映结构最不利状态的三向组合输入，恒载则采用时变静力荷载的方式进行加载；
30、s334、进行一致激励e1和e2时程分析，提取该大跨度非对称异形钢拱桥部分控制截面在考虑恒载作用的多维地震作用下动力响应结果。
31、进一步的，所述步骤s4开展大跨度非对称异形钢拱桥典型构件易损性分析具体是指：综合对比一维地震作用下、多维地震作用下及考虑恒载作用的多维地震作用下，获取非对称大跨度异形钢拱桥的抗震性能；并为探究大跨度非对称异形钢拱桥结构在更高设防地区的应用可能性与前景，将对该异形拱桥复杂结构的特征进行拆解，从结构设计方面对该异形拱桥抗震性能的影响因素进行分析，寻找该异形拱桥抗震性能的关键控制因素；
32、所述寻找抗震性能关键控制因素包括：
33、s41、在原有中拱与边拱不等高设计基础上，对边拱和中拱矢高同步增降，在前文选用强震水平下修正后的taft波，采取考虑恒载作用的多维地震作用反应下，分析各关键控制截面的动力响应结果；
34、s42、通过降低中拱矢高，建立拱肋高差，在相同地震作用反应下，提取各关键控制截面的动力响应结果；
35、s43、合理的拱肋倾角可以合理改善拱桥的动力特性，增强整体稳定性，通过调整拱肋内倾设计角度，在结构受力合理的基础上保持其他设计参数不变，提取提取不同拱肋倾角下各拱肋控制截面的动力响应结果；
36、s44、拱脚区域偏移，调整拱肋曲线在xy、xx平面的不对称性，提取不同拱脚外移下各拱肋控制截面的动力响应结果；
37、s45、拱顶位置调整，调增拱肋曲线在xz平面的轴线，提取不同拱顶位置下各拱肋控制截面的动力响应结果。
38、进一步的，所述步骤s5开展大跨度非对称异形钢拱桥系统易损性分析具体是指：三维异形钢拱桥的地震易损性分析，地震易损性分析作为一种概率风险分析方法，可为桥梁抗震优化设计提供较为合理的评估依据，桥位场地特征在peer数据库中选取15条时程波，以平均应变作为性能指标，基于动力增量分析法对非对称异形拱桥进行时程分析，得到易损构件的地震易损性曲线；随后，采用基于可靠度理论的方法研究该非对称异形拱桥在三向组合地震作用下的系统易损性。
39、进一步的，所述步骤s5开展大跨度非对称异形钢拱桥系统易损性分析具体包括以下步骤：
40、s51、采用平均应变作为非对称异形钢拱桥的损伤指标；
41、s52、选取基于能力需求比模型的曲线拟合法对易损性曲线进行回归分析；
42、基于能力需求比模型，若结构响应sd大于结构能力sc，则结构就会发生损伤，损伤超越概率pf表示如下：
43、
44、将公式两边同时取对数，上式可表示为：
45、
46、结构响应sd和结构能力sc均服从对数正态分布，则ln(sd/sc)将服从正态分布；鉴于正态分布密度函数具有对称性，损伤超越概率pf可写为：
47、
48、上式中引入回归均值λ及回归标准差σ，将ln(sd/sc)标准化，上式可另写作：
49、
50、鉴于ln(sd/sc)已标准化，随机变量ln(sd/sc)将服从标准正态分布，如下式（5-5）所示，损伤超越概率pf即可用标准正态分布的分布函数表示为式（5-6）：
51、
52、同样地，因标准正态分布密度函数具有对称性，损伤超越概率pf可简写为：
53、
54、其中，鉴于二次多项式回归求解精度更高，λ可由下式回归求解得到，a，b，c均为回归系数，im为地震动强度参数：
55、
56、σ可由公式（5-9）求解得到，其中，sr为每个离散点相对于回归曲线的残差平方和，计算公式如（5-10）所示，n为离散点个数：
57、
58、s53、将所选取的15条地震波的峰值地面加速度pga调幅至增量动力分析过程中的最大pga，依次输入全桥空间模型进行时程分析，即三向组合方式输入；统计15条地震波作用下结构中发生损伤次数较多的构件，称为易损构件；
59、s54、对15组地震记录中每组地震记录进行8次调幅，得到120组地震记录，使用三向组合输入的方式进行非线性时程分析；统计12个典型易损构件的120组地震响应结果，累计提取了1440个最大塑性应变数据，并依据损伤限值拟合共36条ida曲线，即每个构件轻微损伤、中等损伤、严重损伤各1条；根据各构件的ida曲线，得到每个易损构件不同损伤状态所对应的回归均值λ、回归标准差σ，进而得到易损构件的损伤超越概率pf；
60、s55、计算各个单一杆件的损伤概率：
61、s56、系统易损性分析：采用基于串联体系的一阶界限法计算系统的失效概率，由于各失效模式间的相关性介于完全相关和完全独立两种情况之间，结构中所有构件完全相关时系统的失效概率即为失效概率区间的下限，所有构件完全独立时的失效概率则为区间的上限，可得结构失效概率的界限区间为：
62、
63、式中，pfs表示系统的失效概率，pfi表示第i个构件的失效概率，n为构件个数；
64、s57、通过能力需求比模型计算得到的各构件易损性曲线的基础上，绘制系统易损性曲线，使用一阶界限法进一步计算非对称异形拱桥的系统失效概率；对比系统易损性曲线与单一构件的易损性曲线吻合程度，得出异形拱桥系统中最易破坏的构件，从而优化该类型桥梁的抗震设计。
65、有益效果：本发明通过全桥数值分析模型并与动力测试结果比对验证，在大跨度非对称异形钢拱桥有限元模型能够较好地反映桥梁动力响应的基础上，开展适用于大跨度非对称异形钢拱桥有限元模型抗震性能分析方法，提高非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估的准确性以及可信性。
1.一种非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，包括以下步骤流程：
2.根据权利要求1所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述步骤s1开展大跨度非对称异形钢拱桥桥梁动力测试包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述步骤s2建立全桥数值分析模型并与动力测试结果比对验证包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述步骤s3开展大跨度非对称异形钢拱桥地震作用反应分析包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述s31地震波选取与输入包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述s32一维地震作用反应分析包括以下步骤：
7.根据权利要求4所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述s3中，所述s33多维地震作用反应分析包括：
8.根据权利要求1所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述步骤s4开展大跨度非对称异形钢拱桥典型构件易损性分析具体是指：综合对比一维地震作用下、多维地震作用下及考虑恒载作用的多维地震作用下，获取非对称大跨度异形钢拱桥的抗震性能；并为探究大跨度非对称异形钢拱桥结构在更高设防地区的应用可能性与前景，将对该异形拱桥复杂结构的特征进行拆解，从结构设计方面对该异形拱桥抗震性能的影响因素进行分析，寻找该异形拱桥抗震性能的关键控制因素；
9.根据权利要求1所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述步骤s5开展大跨度非对称异形钢拱桥系统易损性分析具体是指：三维异形钢拱桥的地震易损性分析，地震易损性分析作为一种概率风险分析方法，可为桥梁抗震优化设计提供较为合理的评估依据，桥位场地特征在peer数据库中选取15条时程波，以平均应变作为性能指标，基于动力增量分析法对非对称异形拱桥进行时程分析，得到易损构件的地震易损性曲线；随后，采用基于可靠度理论的方法研究该非对称异形拱桥在三向组合地震作用下的系统易损性。
10.根据权利要求9所述的非对称大跨度异形钢拱桥地震易损性评估方法，其特征在于，所述步骤s5开展大跨度非对称异形钢拱桥系统易损性分析具体包括以下步骤：
