桥墩延性抗震试验设计中的正交试验方法探析

《桥墩延性抗震试验设计中的正交试验方法探析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、桥墩延性抗震试验设计中的正交试验方法探析深圳市市政设计研究院有限公司广东深圳518000摘要：木文采用正交试验方法进行试验设计，将通过正交试验分析方法得出的结论与理论计算推导公式中得到的结论相对比。通过对比分析看出，正交试验设计及分析方法可以应用在目前桥墩延性抗震试验设计及分析研究中，可以为我们得出合理的统计分析结果。关键词：延性抗震；正交试验设计及分析；试验因素水平；试验指标；可行性引言桥墩延性是桥梁抗震设计中的一个重要指标。通过单因素各水平之间对比进行全面试验，可以得出各因素对桥墩延性的影响规律，但是需要耗费大量的人

2、力、物力资源。通过正交试验设计，可以根据试验点的正交性从全面试验中挑选部分具有代表性的点进行试验，进而取得合理、全面的试验数据结果，这样极大节省了试验时间及资源。木文采用正交试验法设计方案，通过理论计算公式得出各个方案的理论计算结果，同时用正交试验分析方法对结果进行极差、方差分析，将得到的结论与从理论推导公式中得出的结论对比，验证了正交试验设计中试验点具有“均匀分散、齐整可比”的特性，正交试验设计及分析方法在实际试验应用中具有较高的可行性。1.桥墩延性的理论计算方法在桥梁的延性抗震设计中，主要采用桥墩位移延性系数作为衡量

3、桥墩延性能力的指标。延性桥墩的位移延性主要来自塑性铰IX截面的塑性转动能力。木文采用UCFyber软件建模分析塑性铰区域的弯矩一曲率关系，模型中钢筋的应力一应变关系采用曲线强化模型，混凝土的应力一应变关系曲线采用Mander模型。图1桥墩的弹塑性变形桥墩的变形能力计算图示见图1，极限位移表示为：(1)式中，为屈服位移，为塑性位移。墩顶位移与桥墩曲率之间存在如下关系：(2)式中，L为桥墩计算高度。在墩底截面刚刚屈服吋，可认为曲率沿墩高成线性分布，则有：(3)式中，为墩底截面的屈服曲率。在墩底截面达到极限状态吋，按照Park

4、等人提出的“等效塑性铰长度”概念计算。即假设在墩底附近存在一个长度为等塑性曲率段，在该段长度范围内，截面的塑性曲率恒等于墩底截面的最人塑性曲率，桥墩以等效塑性铰区的中点为塑性转动中心。按照等效塑性铰长度的概念，在墩底截面达到极限状态吋，桥墩的塑性转角为:(4)墩顶的塑性位移可表示为：(5)式中，为等效塑性铰长度。(6)式中，为纵筋屈服强度；为纵筋直径。桥墩的位移延性能力可表示为：(7)1.桥墩延性试验的正交设计及分析2.1试验指标的选取本文主要基于0前桥墩延性设计的理论计算公式，通过正交试验的方法设计试验并分析理论数值模

5、拟计算结果。本文选取0前代表桥墩延性性能的位移延性系数进行单一性能指标分析。2.2因素水平的确定本文在对已建桥墩数据进行大量统计分析的基础上，选取配筋率、配箍率、剪跨比三因素进行正交试验设计，每个因素选取三个水平，如表1所示。基于正交试验设计分析方法，通过理论计算求得性能指标（位移延性系数）的大小，进而分析配筋率、配箍率、剪跨比对性能指标的影响大小。表1因素水平表各因素水平选取原则：（1）因素A（配筋率）：在统计分析目前已建京沪高铁桥墩数据参数基础上，选用了三个具有代表性的配筋率参数，三个水平均为0前高铁桥墩中较为常见的

6、，其中0.3%可以代表0前高铁桥墩中基于经济效益原则采用的小配筋情况；0.45%为满足目前《铁路工程抗震设计规范》要求的最小配筋率水平。（2）因素B（配箍率）：0.103%是在统计分析西宝客运专线桥墩数据基础上分析得出；0.245%是基于B前高铁桥墩配箍数据分析得出；0.6%是0前《铁路工程抗震设计规范》要求的最小配箍率。（3）因素C（剪跨比）：三种形式的剪跨比涵盖了剪切到弯曲的不同破坏形式。2.3正交试验表的选用正交试验是利用正交表来安排试验和分析数据的方法，正交表的选择原则是备选的正交表的因素数与水平数等于或大于要进

7、行试验考察的因素和水平数，并且选用较小的正交表，以减少试验次数。根据设计的水平数，本文选用三水平的正交表，同时假设各因素之间无交互作用，对所确定的三种因素选择L9（34）正交分析表安排试验，即四因素三水平的正交试验，最少试验次数为9次（包括一个空因素）。利用正交表的均衡分散性和整齐可比性，进行9次试验就可以考察四因素三水平对桥墩延性的影响。2.4桥墩位移延性系数的理论计算结果本文通过UCFyber建模分析塑性铰区域的弯矩一曲率关系。在此基础上计算桥墩的位移延性系数，建模数据及计算结果如表2所示。表2正交试验设计桥墩参数方

8、案及结果序号因素A因素B因素C因素D纵筋根数墩高/m轴压比uc（纵桥向）uc（横桥向2.5正交试验分析2.5.1理论计算结果的极差分析按照表1、表2中正交试验结果，分别算出各因素相应水平的试验结果性能指标之和和其平均值及极差R,其计算方法如下：式中：K为第因素在第水平下的统计参数，n为第因素在第水平下的实验次数，为第