考虑强度和刚度退化及捏拢效应的钢筋混凝土桥墩滞回模型及其参数识别

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1、第28卷第3期V01．28No．32015年6月振～舱动。V工m乱程∞【工]学嚼舱损一gJun．2015考虑强度和刚度退化及捏拢效应的钢筋混凝土桥墩滞回模型及其参数识别韩强，董慧慧，郭婕(2t京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京100124)摘要：为了有效地模拟强震作用下桥梁结构的非线性地震反应，需要确定钢筋混凝土(RC)桥墩非线性力一位移滞回关系。基于Bouc—wen模型，提出了一种考虑RC桥墩强度和刚度退化以及捏拢效应的改进非线性滞回模型，确定了影响该滞回模型的控制参数，并在Matlab／Simulink里实现了对RC桥墩各种破坏模式非线性滞回性能预测。同时，

2、通过对1／3比尺的RC桥墩分别在压弯、扭转和弯剪作用下的往复荷载试验研究，试验得到的力一位移关系滞回曲线与所提的改进滞回模型预测结果吻合较好，验证了改进模型的正确性和有效性。并采用汶川地震波对绵州市回澜立交桥匝道桥的RC桥墩的滞后性能进行了数值模拟，分析结果和桥墩的震害一致，证实了采用本文提出的改进滞回模型可以较准确地预测RC桥墩在强震作用下的非线性滞后性能。在此基础上，运用无迹卡尔曼(UKF)方法对Bouc—Wen模型进行参数估计，模拟结果和误差分析表明，该方法能够精确的估计出改进的Bouc—Wen模型的参数。关键词：钢筋混凝土桥墩；滞回模型；刚度和强度退化；捏拢效应；参数识

3、别中图分类号：TU375．3文献标志码：A文章编号：1004—4523(2015)03—0381—13DOI：10．16385／j．cnki．issn．1004—4523．2015．03．007双线性模型、Clough模型[5]、Takeda模型[6]、Saiidi引言等人提出的Q模型[73等。由于折线模型是一种简单的滞回模型，刚度计算较简单，所以在实际工程中许多工程结构在动荷载作用下会进入非弹性状得到广泛应用。但是由于刚度变化不连续，存在拐态而表现出滞回特性[1≈]。滞回特性也称为弹塑性，点或突变点，在非线性分析时往往会产生累积误差，滞回一般来自材料的非线性特性、接触面的摩擦

4、特与实际情况不太符合，并且若在多折线模型中考虑性和结合面之间的接触变形等，在荷载作用下这些强度和刚度退化以及捏拢滑移等诸多特征，则加卸结构的恢复力与位移之间存在滞回关系，当荷载具载路径比较复杂，不方便程序实现，且缺乏通用性。有周期性时，在加载和卸载的过程中，曲线不是沿同另一种是光滑型模型，首先由Bouc[81在1967年提一路径变化，而是形成了滞回环，即称之为滞回出，采用微分形式的数学模型来模拟滞回非线性系曲线。统，随后Wen[9’1们和Baber[111等人发展了这个数学结构的实际滞回曲线十分复杂，难以应用于分模型，使这个数学模型可以比较精确的表征各种非析结构的非线性特性，因

5、而需要建立既便于数学描线性系统滞回特性。光滑型模型的刚度是连续变化述又能反映结构滞回特性的滞回模型来预测工程结的，与实际工程较为接近，不足之处在于刚度计算方构非线性动力响应。为描述结构这一复杂的非线性法比较复杂，随着计算机运算功能的提高，光滑滞回滞回特性，研究人员提出了一些滞回模型，根据滞回模型的运算效率和精度大大提高，从而使光滑滞回模型曲线的光滑程度，可将这些滞回模型分为折线模型的应用更加广泛。型模型和光滑型模型两类H]。折线型模型采用线段桥墩作为支撑桥梁上部结构并将上部荷载传递直观的描述试验所得恢复力曲线的加卸载规则，如至基础的重要受力构件，是地震中桥梁结构中易损收稿日期：

6、2013—0801；修订日期：2014—0804基金项目：国家自然科学基金资助项目(51178008)；北京市自然科学基金资助项目(8122003)；长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRTl3044)万方数据382振动工程学报第z8卷伤破坏的构件，桥墩的承载力直接影响着桥梁整体表示为结构抵抗地震的能力。因而，对RC桥墩的非线性F—aku+(1一a)k(2)滞回性能的精细化表征是桥梁结构抗震分析的基其中滞回位移的导数表示为础。由于钢筋混凝土材料的非线性、混凝土裂缝开乏一丘一口l五·zz”1一y·磊·z4(3)合、钢筋一混凝土之间黏结滑移、疲劳损伤累积等对式中A为模型参数，后来

7、A被iili明是赘余的n21；p结构强度和刚度的影响，RC桥墩的恢复力曲线呈为控制滞回环形状的参数；y为控制滞回环大小的现复杂的滞回特征。本文基于Bouc—Wen模型，根参数；舱为控制滞回环光滑度的参数。一般情况下，据RC桥墩所具有的复杂滞回特性，提出了一种考A，口，行取正数，7取正负均可n引。虑刚度退化、强度退化和捏拢效应的改进滞回模型，根据各个参数对滞回曲线形状的影响，通过辨别确定控制参数可以模拟不同破坏模式下RC桥墩的滞回特性，并通过与1／3比例尺RC模型桥墩在压弯、R搏扭转和弯剪往复