随机地震动作用下减隔震支座连续梁桥可靠度分析

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1、随机地震动作用下减隔震支座连续梁桥可靠度分析李雪红，李冰洋，徐秀丽，李枝军59随机地震动作用下减隔震支座连续梁桥可靠度分析李雪红，李冰洋，徐秀丽，李枝军(南京工业大学土木工程学院，江苏南京21OOO9)摘要：为分析减隔震支座连续梁桥的可靠度，采用双过滤地震动模型模拟地震地面加速度功率谱，运用功率谱法进行减隔震支座连续梁桥的动力反应分析，得到各个减隔震支座的响应峰值统计量；以减隔震支座的相对位移作为控制指标，建立极限状态方程，依据Jc法用MATIAB编程计算各减隔震支座的失效概率，并根据串联模式计算减隔震支座连续梁桥的总体失效概率。某4×25m减隔震支座连续梁桥设置板式橡胶支座和

2、铅芯橡胶支座，采用该法进行随机地震动作用下桥梁可靠度分析。结果表明：在I～Ⅳ类场地结构响应的变异系数只与结构本身有关；随着场地类别的逐渐不利，结构响应的离散程度越来越大；铅芯橡胶支座的抗震性能明显优于板式橡胶支座。关键词：连续粱桥；减隔震支座；功率谱法；动力响应；可靠度；有限元法中图分类号：U448．215；U442．55文献标志码：A文章编号：1671—7767(2012)05—0059—041引言式中，{厂()}为给定的外力；、、分别为结构相减隔震连续粱桥一般采取合理有效的减隔震措对于地面的位移、速度和加速度；_『为单位矩阵；M、施以确保其在地震中的安全性，如设置减隔震支座

3、、C、K分别为桥梁的×阶质量、阻尼和刚度矩阵。粘滞阻尼器等。由于其具有造价经济、设计施工技2．2地震动模型术成熟、养护工作量小、整体性好、行车舒适等优点自从Housner在1947年将加速度功率谱密度而被广泛采用。但在近年来国内、外发生的地震中函数假定为白噪声模型后，经过国内、外学者多年的部分桥梁发生了严重破坏，引起了人们的关注]。深入研究，目前已有多种功率谱模型。本文采用文减隔震连续梁桥抗震性能分析主要有反应谱法献[4]提出的一种地震学中低频模拟方法和工程学和时程分析法，随着桥梁抗震理论研究的不断深入，中高频模拟方法相结合的模型来反应地震动的频谱以上方法的不足日益显现，如时程

4、分析法的计算结特性。该模型克服了金井清谱模型地面速度和位移果过于依赖所选取的地面加速度时程曲线，而适当无界的缺点，能利用目前抗震设计所依据的基本参的时程曲线的选择往往也不容易[引。随机振动法用数来确定模型中的参数。该模型的表达式为：于桥梁抗震设计理论上有较大的优越性，可以从概1．4率意义上对反应进行描述，所得到的反应统计值可s(叫)一干L_××用于定量评价结构的动力可靠性，但由于计算较复±笠：r杂，目前相关研究较少，本文通过基于随机振动法的[1一(∞／叫)]+4(∞／叫)。“三维有限元分析，结合减隔震支座连续梁桥随机地式中，S(∞)为功率谱密度函数幅值；叫为幅值对应震响应分析，

5、并根据首次穿越准则进行减隔震连续的频率；和靠分别为场地土的卓越角频率和阻尼梁桥在不同减隔震支座下的整体可靠度分析。比；S。为基岩加速度(白噪声)自谱密度；D和。分别为与地震震级有关的谱参数，根据文献[4]中的2减隔震桥梁的动力模型及地震动模型建议，取D一1／(28u)，∞。一1．83，1／[1+(D)]和2．1减隔震桥梁的动力模型60／(cU+。)分别起到低通滤波器和高通滤波器的减隔震桥梁常见的结构动力学方程可表示为：作用，能较好地反应地震动的频谱特性。{}=[一K一二c]{+[蜘lo，，]3减隔震连续梁桥随机地震动作用下的峰值响应(i)随机振动是以概率理论为基础，随机振动分析

6、收稿日期：2011—11—23基金项目：国家自然科学基金项目资助(51108234)；江苏省自然科学基金项目资助(BK2011803)作者简介：李雪红(1974一)，女，副教授，1997年毕业于河海大学水工结构专业，工学学士，2000年毕业于河海大学水工结构专业，工学硕士2003年毕业于河海大学水工结构专业，工学博士(E—mail：lixuehongnj@163．com)。60世界桥梁2012，40(5)也称为功率谱密度分析(PSD)，功率谱密度是结构式中，R和S，为各减隔震支座位移容许变形值及各对随机动力荷载响应的概率统计，是对随机变量均支座位移的最大响应值。依据参考文献[3

7、]及相关规方差的度量。随机振动分析的结果最终要通过响应范，板式橡胶支座的一．Hi、一o．2，铅芯橡胶表现出来，因此在施加功率谱密度激励后，应用随机支座的一HJz、，一0．15，R，。为板式橡胶，振动理论，利用单自由度系统lH(_厂)l的传递函数和支座和铅芯橡胶支座变形的容许值，HH，为板式自相关函数得到频谱响应，如式(3)_E所示：橡胶支座与铅芯橡胶支座的厚度，。为板式橡胶支座与铅芯橡胶支座厚度的变异系数。s(／)一IR(r)P州dr由于功能函数中的R，、S，分别服从对数正态分一}H(，)l