(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 202111502534.0 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 中交公路长大桥建 设国家工程研究 中心有限公司 地址 100088 北京市西城区黄 寺大街23号 北广大厦918 申请人 广东省公路 建设有限公司 　 黄茅海跨海通道管理中心 (72)发明人 代希华　鲜荣　陈上有　童俊豪　 温佳年　丁东平　杨怀茂　王昆鹏　 (74)专利代理 机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 王文思 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01)G06F 30/13(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种桥梁地震-冲刷灾害耦合作用下的危险 性分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种桥梁地震 ‑冲刷灾害耦合 作用下的危险性分析方法， 包括： 建立桥梁结构 体系地震作用下的非线性动力数值分析模型， 求 解得到结构系统的动力响应； 建立地震作用下构 件及结构的易损性曲线和地震 ‑冲刷耦合作用下 的易损性曲面， 建立地震灾害作用下的平均年失 效概率和地震 ‑冲刷耦合灾害耦合作用下的联合 平均年失效概率； 确定地震 ‑冲刷耦合作用下的 合理设计冲刷深度和荷载系数。 本发 明通过采用 概率统计思想来考虑地震 ‑冲刷两种灾害耦合作 用， 充分考虑了桥梁结构系统中的非线性因素和 地震‑冲刷耦合作用的非线性效应， 有效避免了 灾害组合分析中对边缘效应的忽略， 实现了桥梁 地震‑冲刷灾害 耦合作用下的危险性分析。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114186460 A 2022.03.15 CN 114186460 A 1.一种桥梁地震 ‑冲刷灾害 耦合作用下的危险性分析 方法， 其特 征在于， 该 方法包括： 根据桥梁结构系统(1)和地震动激励(2)构建桥梁结构体系地震作用下的非线性动力 数值分析模型， 对该桥梁结构 体系地震作用下的非线性动力数值分析模型求解得到结构系 统的动力响应； 在给定冲刷深度 下， 对结构构件的性 能状态与 所述结构系统 的动力响应进行拟合得到 以地震动强度为变量的能力需求比模型I， 建立给定冲刷深度下的易损性曲线方程(4)； 根据给定冲刷深度下的易损性曲线方程(4)和地震危险性概率密度 方程(7)， 建立给定 冲刷深度、 地震灾害作用下的平均年 失效概率模 型(8)， 计算不同冲刷深度下的平均年 失效 概率值， 得到冲刷深度 ‑失效概率曲线方程(9)； 在不同冲刷深度 下， 对结构构件的性 能状态与 所述结构系统 的动力响应进行拟合得到 以地震动强度及冲刷深度为变量的能力需求比模型II， 建立不同冲刷深度下的易损性曲面 方程(6)； 根据不同冲刷深度下的易损性曲面方程(6)、 地震危险性概率密度 方程(7)和冲刷危险 性概率密度方程(10)， 建立地震 ‑冲刷耦合灾害作用下的联合平均年失效概率模 型(11)， 计 算得到平均年 失效概率值， 在冲刷深度 ‑失效概率曲线 方程(9)中求得的冲刷深度为合理冲 刷深度(12)； 将所述合理冲刷深度(12)与设计冲刷深度的(14)的比值作为地震 ‑冲刷灾害耦合作用 下冲刷荷载系数(13)。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述根据桥梁结构系统(1)和地震动激 励(2)构建桥梁结构体系地震作用下 的非线性动力数值分析模型 的步骤中， 将桥梁结构 中 的主梁(1 ‑1)、 墩柱(1 ‑2)、 桩(1‑3)、 桩‑土相互作用(1 ‑4)、 支座(1 ‑5)、 索塔(1 ‑6)、 缆索承重 系统(1‑7)作为桥梁结构系统(1)的构件进行模拟， 其中： 所述桥梁结构系统(1)采用有限单元法模拟， 所述主梁(1 ‑1)、 墩柱(1 ‑2)、 索塔(1 ‑6)采 用梁‑柱单元模拟， 所述桩 ‑土相互作用(1 ‑4)及支座(1 ‑5)采用由质量、 弹簧和阻尼器组成 的系统模拟， 缆索承重体系采用桁架单 元模拟。 3.根据权利 要求2所述的方法， 其特征在于， 所述结构构件的性能状态由主梁(1 ‑1)、 墩 柱(1‑2)、 桩(1‑3)、 支座(1 ‑5)、 索塔(1 ‑6)、 缆索承重系统(1 ‑7)的性能状态确定 。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 所述主梁(1 ‑1)的性能状态由截面屈服弯 矩及曲率确定； 所述墩柱(1 ‑2)的性能状态、 所述桩(1 ‑3)的性能状态、 所述索塔(1 ‑6)的性能状态均由 截面曲率延性和各构件漂移率确定； 所述支座(1 ‑5)的性能状态采用支座剪切应 变确定。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述以地震动强度为变量的能力需求比模 型I和所述以地震动强度及冲刷深度为变量的能力需求比模型I I的表达式分别为： μd＝g(IM) μdh＝g(IM， h) 式中， μd为以地震动强度为变量的能力需求比模型I， μdh为以地震动强度及冲刷深度为 变量的能力需求比模型I I， g为多项式方程， IM为 地震动强度， h为冲刷深度。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述给定冲刷深度下的易损性曲线方程权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114186460 A 2(4)和所述 不同冲刷深度下的易损性曲面方程(6)的表达方式为： 式中， Pd为给定冲刷深度下的易损性曲线方程(4)， Pdh为不同冲刷深度下的易损性曲面 方程(6)， Φ为标准正态 分布函数， σd为以地震动强度为变量的能力需求比模型I中 的方差， σdh为以地震动强度及冲刷深度为变量的能力需求比模型I I中的方差 。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述地震危险性的概率密度方程(7)通过 在确定的场地条件下发生的地震动强度大于预先估计的地震动强度的概率来表示， 其表达 方式为： 式中， i为地震烈度， 与地震动强度IM之间的关系为： IM＝10(ilg2‑0.01)  (3‑2) 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述给定冲刷深度、 地震灾害作用下的平 均年失效概率模型(8)为结构地震损伤失效概率和地震危险性的概率密度方程的联合概 率， 其表达方式为： 9.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述冲刷危险性 概率密度方程(10)符合对数正态分布， 其表达方式为： 式中， η为冲刷深度的对数平均值； ξ 为冲刷深度的对数 标准差； 所述地震 ‑冲刷耦合灾害作用下的联合平均年失效概率模型(11)为结构地震损伤失效 概率、 地震危险性的概 率密度及冲刷深度危险性的联合 概率， 其表达方式为： 10.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述将合理冲刷深度(12)与设计冲刷深 度的(14)的比值作为 地震‑冲刷灾害 耦合作用下冲刷荷载系数(13)， 其表达方式为： 式中， Hx为联合概率密度计算得到的合理冲刷深度， Ha为设计冲刷深度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114186460 A 3