基于F‑J‑M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究

王力; 潘启仁; 周晓夫; 杨喜娟; 唐智勇

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20231130005

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基于F‑J‑M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 基于F‑J‑M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究
- Study on Combined Effects of Bridge Temperature and Seismic Actions Based on F⁃J⁃M Method
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第2期页码：273-282
- 作者机构：
  
  1.兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州 730070
  2.甘肃公航旅建设集团有限公司, 甘肃兰州 730099
  3.四川省交通勘察设计研究院有限公司,四川成都 610017
- 作者简介：
  
  王力(1993—)，男，副教授，博士。主要从事寒区桥梁抗震研究。E-mail：wangli1993@mail.lzjtu.cn
  潘启仁（1999—），男，硕士研究生。主要从事组合结构桥梁抗震研究。E-mail：1946953861@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52068045);甘肃省高等学校青年博士基金项目(2023QB-045);兰州交通大学甘肃省重点实验室开放课题(2022055)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20231130005
  中图分类号： TU443
- 收稿：2023-11-30，
  
  修回：2024-02-03，
  
  纸质出版：2024-04-25
- 稿件说明：
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王力,潘启仁,周晓夫等.基于F‑J‑M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(02):273-282.

WANG Li,PAN Qiren,ZHOU Xiaofu,et al.Study on Combined Effects of Bridge Temperature and Seismic Actions Based on F⁃J⁃M Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(02):273-282.
王力,潘启仁,周晓夫等.基于F‑J‑M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(02):273-282. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231130005.

WANG Li,PAN Qiren,ZHOU Xiaofu,et al.Study on Combined Effects of Bridge Temperature and Seismic Actions Based on F⁃J⁃M Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(02):273-282. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231130005.

摘要

目前铁路桥梁设计逐渐由容许应力法向极限状态法转变，而《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》（Q/CR 9300—2018）并未提及地震作用与温度等可变作用的联合作用，给高寒高烈度区桥梁结构抗震设计带来了较大困难。为了推进桥梁以更经济的抗力方式抵御外荷载作用，通过目标可靠度指标确定其最优地震设计状况荷载组合分项系数，从而对现行桥梁设计规范抗震设计进行优化。建立了高寒地区某桥温度作用效应概率模型，使用Ferry Borges荷载组合理论探究地震和环境温度作用的效应分布特征，并基于JC法和多灾害荷载系数设计法（MH-LRFD）建立地震、温度作用荷载系数的表达式。依托某桥梁工程实例分别探究了地震、温度以及两者共同作用下的桥梁的失效概率。研究结果表明：环境温度引起的桥梁温度内力响应、主要构件材料特性变异均能显著影响桥梁的失效概率；对于高寒大温差地区，现行规范忽略环境温度效应将显著低估桥梁在地震作用下的失效概率。本文提出的F‑J‑M（Ferry Borges＋JC+MH-LRFD）方法计算地震、温度作用组合系数，可为高寒地区桥梁抗震设计提供必要理论依据。

Abstract

Currently

the design of railway bridges is gradually transitioning from the allowable stress method to the limit state method. However

the

Code for Design on Railway Bridge and Culvert

(

Limit State Method

) (Q/CR 9300-2018) does not account for the combined effects of seismic actions and variable factors such as temperature

posing significant challenges for seismic design for bridges in areas of extreme cold and high seismic intensity. In order to promote bridge resistance to external loads in a more cost-effective way

the partial coefficient of the optimal seismic design condition load combination was determined by target reliability indices

thereby optimizing the seismic design standards in current bridge design codes. A probability model for temperature effects on a bridge in cold regions was established. The distribution characteristics of the effects of earthquake and ambient temperature were explored using the Ferry Borges load combination theory. Expressions of the load factor of earthquake and temperature effects were established using JC method and multi-hazard load factor design method (MH-LRFD). Taking a practical bridge engineering project as an example

the failure probabilities of a bridge under earthquake

temperature

and their combined actions were explored respectively. The results showed that both the temperature internal force response caused by ambient temperature and the variation in properties of the bridge's main components significantly affected its failure probability. For extreme cold regions with significant temperature variations

ignoring ambient temperature in the current codes would significantly underestimate the failure probability under seismic actions. The proposed F-J-M (Ferry Borges-JC-MH-LRFD) method can be used to calculate the combined coefficients for earthquake and temperature actions

providing a necessary theoretical basis for the seismic design of bridges in extreme cold regions.

关键词

Keywords

references

李钢，秦佩瑶，董志骞，等 . 地震与洪水作用下结构风险分析与设计研究进展［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 237 - 250 .

Li G ， Qin P T ， Dong Z Q ， et al . research progress on risk analysis and design for structures under multiple hazards of earthquake and flood ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 237 - 250 . （in Chinese）

雷虎军，朱广平，孙昱坤，等 . 波浪-地震联合作用下跨海斜拉桥横向减振控制研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2023 ， 43 （ 4 ）： 650 - 657，673 .

Lei H J ， Zhu G P ， Sun Y K ， et al . Lateral vibration control of offshore cable-stayed bridge under combined earthquake and wave loads ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 650 - 657，673 . （in Chinese）

李宏男，李钢，郑晓伟，等 . 工程结构在多灾害耦合作用下的研究进展［J］. 土木工程学报， 2021 ， 54 （ 5 ）： 1 - 14 .

Li H N ， Li G ， Zheng X W ， et al . Research progress in engineering structures subject to multiple hazards ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2021 ， 54 （ 5 ）： 1 - 14 . （in Chinese）

Deng Y ， Yan C ， Liu S ， et al . Curvature response of bridge pier subjected to earthquake action in a saline soil environment ［J］. Engineering Structures ， 2022 ， 258 ： 114106 .

Billah A H M M ， Todorov B . Effects of subfreezing temperature on the seismic response of lead rubber bearing isolated bridge ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2019 ， 126 ： 105814 .

Anastasopoulos D ， Maes K ， De R G ， et al . Influence of frost and local stiffness variations on the strain mode shapes of a steel arch bridge ［J］. Engineering Structures ， 2022 ， 273 ： 115097 .

Wang L ， Yu L ， Du X ， et al . Seismic response of a PC continuous box girder bridge under extreme ambient temperature ［J］. Sustainability ， 2023 ， 15 （ 20 ）： 14763 .

王力，虞庐松，刘世忠，等 . 极端温度对高寒高烈度区连续梁桥地震响应的影响［J］. 桥梁建设， 2022 ， 52 （ 2 ）： 89 - 96 .

Wang L ， Yu L S ， Liu S Z ， et al . Effect of extreme temperatures on seismic response of continuous girder bridges in cold and high-seismicity area ［J］. Bridge Construction ， 2022 ， 52 （ 2 ）： 89 - 96 . （in Chinese）

Wu H J ， Zhang H ， Lu P . Brief analysis of temperature effect on the low pier continuous rigid-frame bridge ［J］. Advanced Materials Research ， 2011 ， 255 ： 911 - 915 .

Guo J ， Zhong J ， Dang X ， et al . Seismic responses of a cable-stayed bridge with consideration of uniform temperature load ［J］. Applied Sciences ， 2016 ， 6 （ 12 ）： 408 .

Maleki S ， Maghsoudi B A . Effects of concurrent earthquake and temperature loadings on cable-stayed bridges ［J］. International Journal of Structural Stability and Dynamics ， 2016 ， 16 （ 6 ）： 1550020 .

Qiu W L ， Zhang Z . Research on combination of seismic and temperature action effects of bridge structures ［J］. Journal of Dalian University of Technology ， 2011 ， 51 （ 4 ）： 540 - 544 .

Piscopo V ， Scamardella A . Sensitivity analysis of hull girder reliability in intact condition based on different load combination methods ［J］. Marine Structures ， 2019 ， 64 ： 18 - 34 .

惠存，李永刚，李克，等 . 多灾耦合作用下钢管混凝土柱承载性能研究进展［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 259 - 268 .

Hui C ， Li Y G ， Li K ， et al . Investigation on the load bearing capacity of concrete filled steel tube columns under the couple of multiple disasters ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 259 - 268 . （in Chinese）

Yan J B ， Dong X ， Wang T . Axial compressive behaviours of square CFST stub columns at low temperatures ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2020 ， 164 ： 105812 .

铁路桥涵设计规范（极限状态法）： Q/CR 9300—2018 ［S］. 北京：中国铁道出版社， 2019 .

李铁夫 . 铁路桥梁可靠度设计［M］. 北京：中国铁道出版社， 2006 .

Li T F . Design on reliability for railway bridges ［M］. Beijing ： China Railway Publishing House ， 2006 . （in Chinese）

范重，吴雨璇，贡金鑫，等 . 温度作用概率分布与可靠指标研究［J］. 工程力学， 2022 ， 39 （增1 ）： 296 - 311，319 .

Fan Z ， Wu Y X ， Gong J X ， et al . Study on probability distribution and reliability index of temperature effect ［J］. Engineering Mechanics ， 2022 ， 39 （ Sup1 ）： 296 - 311， 319 . （in Chinese）

建筑结构可靠性设计统一标准： GB 50068—2018 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2019 .

Li H N ， Zheng X W ， Li C . Copula-based approach to construct a joint probabilistic model of earthquakes and strong winds ［J］. International Journal of Structural Stability and Dynamics ， 2019 ， 19 （ 4 ）： 1950046 .

高小旺，鲍霭斌 . 地震作用的概率模型及其统计参数［J］. 地震工程与工程振动， 1985 ，（ 1 ）： 13 - 22 .

Gao X W ， Bao A B . Probability model and its statistical parameters for seismic load ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics ， 1985 ，（ 1 ）： 13 - 22 . （in Chinese）

周敉，赵威，刘阳，等 . 公路桥梁地震设计状况荷载组合分项系数研究［J］. 中国公路学报， 2021 ， 34 （ 2 ）： 317 - 330 .

Zhou M ， Zhao W ， Liu Y ， et al . Parlial coefficient of load combination in seismic design of highway bridge ［J］. China Journal of Highway and Transport ， 2021 ， 34 （ 2 ）： 317 - 330 . （in Chinese）

孙得璋，孙柏涛， George C L . 桥梁多灾害设计荷载系数确定方法探讨［J］. 土木工程学报， 2012 ， 45 （增2 ）： 76 - 79 .

Sun D Z ， Sun B T ， George C L . Method of load factor determination for multi-hazards bridge design ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2012 ， 45 （ Sup2 ）： 76 - 79 . （in Chinese）

李於钱，王力，杜新龙，等 . 极端温度对钢管混凝土格构式高墩抗震性能影响研究［J］. 中国安全生产科学技术， 2023 ， 19 （ 5 ）： 123 - 129 .

Li Y Q ， Wang L ， Du X L ， et al . Study on the impact of extreme temperatures on the seismic performance of concrete-filled steel tubular lattice high piers ［J］. Journal of Safety Science and Technology ， 2023 ， 19 （ 5 ）： 123 - 129 . （in Chinese）

欧祖敏，孙璐，周杰，等 . 基于概率需求的高速铁路无砟轨道板温度荷载取值研究Ⅰ：轴向均匀温度作用［J］. 铁道学报， 2016 ， 38 （ 2 ）： 96 - 104 .

Ou Z M ， Sun L ， Zhou J ， et al . Probability value of temperature loads for ballastless track slab of high speed railway： axial uniform thermal actions ［J］. Journal of the China Railway Society ， 2016 ， 38 （ 2 ）： 96 - 104 . （in Chinese）

虞庐松，刘彪，王力，等 . 高寒环境温度下圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究［J］. 土木工程学报， 2023 ， 56 （ 10 ）： 20 - 31 .

Yu L S ， Liu B ， Wang L ， et al . Experimental study on axial compression performance of CFST stub columns under very-cold ambient temperature ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2023 ， 56 （ 10 ）： 20 - 31 . （in Chinese）

铁路工程抗震设计规范： GB 50111—2006 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2009 .

孙得璋 . 地震和重卡车荷载作用下桥梁多灾害设计理论研究［D］. 哈尔滨：中国地震局工程力学研究所， 2012 .

Sun D Z . Study on multiple hazards design theory for bridge under earthquakes and heavy truck loads ［D］. Harbin ： Institute of Engineering Mechanics， China Earthquake Administration ， 2012 . （in Chinese）

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