不同波速对刚构桥地震响应影响分析

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1、2013年2月第2期城市道桥与防洪桥梁结构37不同波速对刚构桥地震响应影响分析文小和，陈丽军(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430023)摘要：地震激励的输入是大跨桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节。大跨度桥梁由于基础间的间距较大因而在进行地震响应分析是应考虑行波效应的影响。结合工程实例，建立了空间有限元仿真模型，并且对模型进行了全桥结构动力分析，得到了该桥基本的动力特性参数，并对其进行了不同波速作用下行波效应的分析，与一致激励下的结果进行了对比，分析结果将为大跨刚构桥的地震设计提供参考。关键词：大跨刚构桥；地震输入；时程分析；行波效

2、应；地震反应中图分类号：U448．55文献标识码：A文章编号：1009—7716(2013)02—0037—03项S，即：1概述㈩近年来，高墩大跨刚构桥得到了迅猛的发展，跨度屡创新高，与其他桥型类似，抗震也是大跨刚由于支承节点随地面一起运动，而不发生自构桥无法回避的问题，地震输入问题是进行结构身振动，故5=0，／／~mU，所以式(3)又可以写成：地震反应分析的前提和基础。到目前为止，桥梁结构地震反应分析方法主要分为两大类：一类是以u=(4)地面运动为确定过程的确定性地震反应分析，一结构的拟静力位移啦由静力平衡条件求得，类是以地震地面运动为随机过

3、程的概率性地震反即从式(2)中略去与动力反应有关的项而得到：应分析。而实际上在地震发生时，许多预应力混凝埘=一Ks66=R6(5)土刚构桥的跨径都在百米以上，而典型的地震波式中：=一K21K~称为拟静力模态矩阵，其力波长为百余米至数百米，此时就需要考虑不同地学意义为由结构支座节点的单位静位移所引起的面支撑点之间的运动相位差，即行波效应问题。本结构非支座节点的拟静力位移。文基于以上理论基础，运用有限元计算软件将式(4)代人式(2)并利用式(5)可以得到结MIDAS／CIVIL实现了考虑不同视波速的行波效应构动力反应的控制方程：作用下广元嘉陵江特大

4、刚构桥的地震反应分析，+“一(尬+)如一(c+C,b)ab(6)并与一致激励下的结果进行了对比，指出对于大对于通常的工程结构，阻尼对上式右端项的跨度刚构桥非一致激励分析的必要性，其结果将贡献很小，可以略去。这样就得到了求解比的为大跨刚构桥的地震设计提供一定的参考。二阶动力学方程：2行波效应下结构的运动方程M~Usa+G+K=一(』l尺+6)6(7)利用式(5)和式(7)可以求得和后，即可分块形式表达的结构的运动方程为：由式(4)求得u，进而可求得任何感兴趣的结构内[nssM肘s~Jius}+[乏CcsbJiUs)+[：Kb6b1f“1,b)={

5、)()力。需要注意的是，若考虑行波效应，式(7)右端各支座处的地震地面运动加速度向量按具有一定时式中：、t2和分别为在地震激励下桥梁结间差(地震波从一个支座传递到另一个支座所需时构支座节点的绝对位移、速度和加速度；和玩间)的同一条地震波加速度记录进行取值。分别为在地震激励下桥梁结构非支座节点的绝对位移、速度和加速度；P^为地震动作用于桥梁结构3有限元模型及其动力特征支座节点的力。3．1工程概况及计算模型由式(1)的前一组方程可以得到：、广元嘉陵江特大桥主桥为105m+200m+105In玩+G矗+K／Z一慨6越e6h6一66(2)预应力混凝土连

6、续刚构桥。上部结构为单箱单室各节点的位移可分为相对动力项d和拟静力变截面箱梁，支点处梁高12．75m，跨中和边跨端收稿日期：2012—09—03部梁高4．1m，梁高从根部12．75m按照1．6次方作者简介：文小和(1974一)，男，湖南郴州人，高级工程师，从事桥梁设计工作。抛物线变化到跨中4．1m，底板厚度由根部1．6in2013年2月第2期城市道桥与防洪桥梁结构39地震输入采用一致激励和非一致激励，其中非况进行对比，分别提取了各墩顶、墩底和主跨跨中一致激励采用行波激励，2种激励都采用大质量法位置的计算结果作为重点考察量值，计算结果见实现。由于

7、只是比较波速的影响，本模型只输入纵表3。向地震波，假定震源出现在1#桥墩左侧，地震波从以上的行波效应作用下结构的内力反应和从1#墩向甜墩传播，考虑到地震波在基岩中的传一致激励下的内力反应的对比中可以发现存在着播速度一般大于500m／s，分别取波速为600、800、明显的滞后现象，在结果中我们可以看出，在波速1000、1200、l400m／s五种情况，依次从1#、2#、比较缓慢时候，滞后现象很明显，随着波速的加3#、4#墩承台底输入地震波，各种波速下承台地震快，这种滞后现象发生好转，考虑行波效应时，纵激励滞后时间见表2。向位移会有增大的趋势，这是

8、不同支座处输入的表2视波波速及各墩墩底激励滞后时间(单位：s)地震波存在相位差而造成的结构内部节点地震响应的平均效应，由计算结果可知，随着视波速的逐渐