不同地震激励下大跨度斜拉桥的地震反应分析

考虑地震波的行波效应、部分相干效应和局部场地效应,建立了不同机制的地震激励下大跨度斜拉桥地震反应的分析方法并以正在建设的主跨1 018 m的香港某大跨度斜拉桥为例,数值仿真了大跨度斜拉桥在确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励下的地震反应。结果表明:与确定性地震波一致激励相比,在确定性地震波行波激励以及考虑空间变化的随机地震动场激励下,斜拉桥的纵向位移反应明显减小,而其主跨跨中竖向位移反应明显增大。由此得出结论:对于大跨度斜拉桥,一致地震激励不能控制其抗震设计,应考虑行波激励和随机地震动场多点激励对其地震响应的影响。     

大跨度斜拉桥随机地震响应分析

为分析地震动空间效应对大跨斜拉桥的地震动响应的影响,采用绝对位移求解的虚拟激励法结合通用有限元软件对大跨度斜拉桥进行多维多点地震动输入的随机地震响应分析,从响应功率谱角度分析了在多维多点作用下结构的地震响应规律,结果表明:1)行波效应对结构位移和内力有利;2)局部场地效应对结构响应的影响与结构边界条件和刚度有关。     

行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响

为研究大跨度斜拉桥地震反应特性及行波效应对其影响,以某大跨度斜拉桥为例,依据D'Alembert基本原理,采用动态时程法计算结构动力位移和内力.选用2条不同频谱特性地震波,考虑不同视波速对大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究行波效应对大跨度斜拉桥的地震反应影响,并与一致激励地震反应结果进行比较.结果表明:随着视波速的增大,各桥塔塔底内力、塔顶位移以及墩底内力的地震响应值有显著变化且趋近于一致激励地震响应;行波效应对主梁顺桥向轴力和塔顺桥向剪力有显著影响;在地震波加速度峰值(0.40g)相同的情况下,由于各条波之间频谱特性的不同,不同视波速输入下结构的地震反应存在一定的差异.     

非一致地震激励下大跨度斜拉桥空间响应分析

基于二维相干非一致激励功率谱模型,采用随机过程理论关于幅值、相位与功率谱的关系式,根据场地地震危险性评价和设计地震动参数合成人工地震波,考虑波动传播效应和多点激励效应,分析了某座跨长江的大跨度斜拉桥在地震激励下的空间非线性响应特性,计算了桥梁结构关键部位在地震力作用下的响应特性,并与一致激励下对应响应量进行比较,认为非一致激励下大跨斜拉桥关键部位的某些响应梁大幅增加,反应了进行非一致响应分析的必要性.     

非一致地震激励下大跨度斜拉桥空间响应分析

基于二维相干非一致激励功率谱模型，采用随机过程理论关于幅值、相位与功率谱的关系式，根据场地地震危险性评价和设计地震动参数合成人工地震波，考虑波动传播效应和多点激励效应，分析了某座跨长江的大跨度斜拉桥在地震激励下的空间非线性响应特性，计算了桥梁结构关键部位在地震力作用下的响应特性，并与一致激励下对应响应量进行比较。认为非一致激励下大跨斜拉桥关键部位的某些响应粱大幅增加。反应了进行非一致响应分析的必要性。     

山区高墩桥梁的多点激励随机响应

为了研究山区高墩桥梁在地震动作用下的特殊抗震性能,基于随机振动理论,研究了场地效应、相干效应及行波效应对高墩桥梁在强地震多点激励下的随机响应规律,及墩高变化对高墩桥梁地震响应规律的影响.研究表明:场地效应对高墩桥梁地震响应影响明显,软场地墩的位移值约为硬场地的12倍,行波效应的影响次之,相干效应的影响最小.场地效应对桥梁的影响大小取决于场地卓越频率是否接近于桥梁自振频率;行波效应是不可忽略的一个重要因素,中场地时桥墩最小的位移值约为最大值的30％,软场地时最小值约为最大值的60％;与场地效应和行波效应相比,部分相干效应对桥墩顺桥向位移影响较小.对于山区高墩桥梁随机地震响应分析,考虑地震动空间效应的多点激励分析是必要的.应对有可能的桥型(不同墩高和墩高差)进行分析,以确定地震力最小的桥型并注意桥梁截面抗力的提升和附加减震措施.     

非一致地震激励下大跨斜拉桥非线性响应计算

基于随机过程理论关于幅值、相位与功率谱的关系式,采用二维相干非一致激励功率谱模型,根据场地地震动参数合成人工地震波,考虑波动传播效应和多点激励效应,分析了某座跨长江的大跨度斜拉桥在地震激励下的空间非线性响应特性,计算了桥梁结构关键部位在地震力作用下的响应特性,并与一致激励下对应响应量进行了比较。认为非一致激励下大跨斜拉桥关键部位的某些响应量大幅增加,反应了进行非一致响应分析的必要性。     

行波效应对超大跨径多塔斜拉桥地震响应的影响

以某跨海工程2×1 500m三塔斜拉桥设计方案为背景,采用非线性时程分析方法,考虑多点激励地震输入,研究了多点激励行波效应对超大跨径多塔斜拉桥的地震响应影响,比较了不同地震视波速和地震动频谱特性对桥梁结构地震响应的影响规律。结果表明,对于超大跨径的多塔斜拉桥,多点激励行波效应对其地震响应有显著影响,行波效应对超大跨径多塔斜拉桥地震响应的影响受地震动频谱特性的影响较大,对于超大跨径多塔斜拉桥的抗震设计仅考虑一致激励输入是不合理的。     

考虑行波效应的大跨度六塔斜拉桥地震响应分析

以嘉绍大桥为例,利用地震作用的时程分析方法,深入研究了考虑行波效应的多点激励作用下,大跨度六塔斜拉桥地震响应特性.研究结果表明:考虑行波效应时大跨度六塔斜拉桥和大跨度双塔斜拉桥的地震响应均小于一致激励作用时的情况,其中六塔斜拉桥在靠近边跨的桥塔和主梁相比靠近跨中部分的地震响应对行波效应更为敏感.同时,刚性铰对多塔斜拉桥地震响应不敏感.     

单索面低塔斜拉板桁组合公铁两用桥地震响应分析

建立了郑州黄河公铁两用大桥主桥第一联单索面低塔斜拉板桁组合桥的三维有限元计算模型,对该桥梁进行了自振特性分析,在此基础上进行该桥的地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,与竖向刚度相比,该桥梁的横桥向刚度相对弱了一些,桥梁第一振型为横桥向弯曲振动;行波效应对桥梁地震响应的影响较大;当地震波峰值加速度不超过0.15 g时,该桥梁的抗震安全性是可以得到保证的。     

多维地震激励作用下大跨度斜拉拱桥的随机响应

以一种新颖钢管混凝土拱桥-斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,通过建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法得到结构的自振特性,并运用随机响应理论分别对该桥在纵向激励、纵＋竖向激励、纵＋横向激励、纵＋竖＋横向激励等4种工况作用下的地震响应与相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥进行了对比分析。分析结果表明,地震横向激励对斜拉拱桥的响应特性有较大的影响,在多维随机地震激励作用下,由于斜拉索的存在使得斜拉拱桥的横向抗震性能优于相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

多点激励下地震动输入模式探讨及有限元软件实现方法研究

进行大跨度结构的地震响应分析时,需要考虑地震动多点非一致激励的影响。基于动力学平衡方程,进一步推导多点激励地震响应分析的位移输入模型和加速度输入模型。进一步提出3种能适用于现有通用有限元软件的多点地震动输入模型的实现方法——大质量法、大刚度法及直接位移法,并细致阐明各种方法的计算原理。最后,以某主跨为850m的悬索桥为工程背景,基于SAP2000软件平台,分别采用不同方法进行多点激励地震响应分析,并简单分析大跨悬索桥在多点地震响应下的响应规律。     

大跨高低塔不对称斜拉桥抗震性能分析与评估

为了研究大跨斜拉桥的两阶段水准设防下的抗震性能,依托某大跨高低塔不对称斜拉桥,通过有限元模型建立了空间有限元模型,采用了反应谱和线性时程对比分析的方法。分析表明地震作用下,主桥的不利截面分别为双塔的塔底截面,其低塔受横向地震效应影响较大,高塔受纵向地震效应影响较大,设计配筋时应根据受力方向优化。     

分层圆弧峡谷SV波地震差动模拟理论与桥梁破坏模式

为了探究局部地形及场地分层因素对地下多点地震动的影响，建立了分层圆弧峡谷模型，并进行了目标场地多点地震动模拟程序的开发和验证。在此基础上，对一跨越该场地的刚构桥进行了考虑多点激励作用下的地震反应分析。具体内容包括：首先，在推导得到SV波入射层状圆弧峡谷地震反应频域解基础上，依据规范谱确定矩阵的峡谷各位置自谱（绝对值），联合自谱和峡谷相干函数得到互谱，进而与自谱共同构造出功率谱矩阵。由此同时体现了峡谷局部场地三大典型物理效应：散射、相干和分层效应，奠定了SV波入射下层状峡谷多点地震动模拟的基础，填补了由于竖向边界条件难以满足而大多受限于SH波入射理论解研究的空白。其次，基于上述结果，编制代码和可视化开发，实现理论方法程序化，并验证其可行性和可靠性。最后，为研究SV波输入下分层和峡谷效应多点激励对结构的影响，针对一峡谷桥梁进行模型建立、修正、多点地震反应计算以及分析比较。结果表明：①分层效应对结构反应影响明显，传统均匀介质的假定所带来的影响不容忽视；②采用传统适用于平整场地多点地震动作为激励，会导致与峡谷地形多点地震反应差别明显，且会低估结构反应；③SV波斜入射多点激励下所产生地震动的空间变异性，会使得地震反应计算结果幅值出现明显增大现象。该理论方法、程序开发可供类似工程场地分析参考。     

双层钢桁梁斜拉桥振型模态及地震响应特征研究

为研究典型双层钢桁梁斜拉桥的振型模态及地震动响应特征,建立了三维精细化有限元模型,并选取1条人工波和4条天然波分别作为输入地震荷载以模拟双层钢桁梁的地震响应过程.结果表明,桥梁整体为长周期结构体系,一阶自振周期为8.11 s,基本振型特征为主梁横弯、主梁纵飘和横飘、反对称横弯.不同地震波作用下桥梁主要结构的位移峰值、内...     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果,以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景,按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型,通过改变塔梁间的连接方式,建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系,选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验,然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大,对于长周期成分丰富,特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动,结构的地震响应较大;千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大;纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变,但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果,对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果较好,而对于有明显速度脉冲的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果相对较差,当地震动峰值加速度PGA为0.4g时,在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下,梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%;对于有明显速度脉冲的地震动,需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

大跨度桥梁抗震设计和振动控制的研究与应用现状

本文介绍了大跨度桥梁抗震设计的现状和所面临的困难 ,指出对大跨度桥梁合理的抗震分析方法应当进行多点激励随机地震反应分析 ,并对地震输入问题、随机地震动场的模拟和地震反应分析方法作了介绍。最后侧重介绍了结构振动控制技术的研究现状及其在大跨度桥梁中的应用。     

独塔斜拉桥的抗震分析及减隔震措施研究

对于大跨径斜拉桥,抗震计算涉及的因素较多,需要根据其自身特点,进行专项研究,以昆阳路闵浦三桥为研究对象,分别采用反应谱法和时程分析法对半飘浮体系独塔斜拉桥的结构地震响应进行对比分析,选取合适的地震波和阻尼参数。在E2地震作用下,采用时程分析法分别对塔梁间纵向约束支座剪坏前后两种不同的受力体系进行分析,结果表明,对支座剪坏前的纵向约束体系,主塔支座承受较大的水平力,而对支座剪坏后的纵向活动体系,主塔塔顶位移和主梁梁端的纵向位移均较大。针对大跨度独塔斜拉桥桥型方案特点,采用减隔震组合体系,不仅可大幅降低塔底纵向受力,同时可将塔顶和梁端的纵向位移控制在合理范围之内,是理想的抗震约束体系。     

地震动空间变异性对大跨刚构桥地震反应的影响

导致地震动空间变异性的原因主要包括几何不相干性效应和行波效应。文章首先根据O.Ramadan等人提出的方法合成地震位移波,然后对沪蓉国道上龙潭河大桥进行了抗震时程计算,对地震动空间变异性各个主要因素的单独影响、综合影响分别进行了系统分析。计算结果表明,与一致激励相比较,地震动的空间变异性对龙潭河大桥在地震作用下的动力反应具有较大的影响。