地震动空间效应对大跨度桥梁非线性地震响应的影响

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1、第7卷第4期震灾防御技术Vol.7,No.42012年12月TechnologyforEarthquakeDisasterPreventionDec.,2012黄信，黄兆纬，胡雪瀛，蔡浩良，齐麟，刘涛，王传奇，2012．地震动空间效应对大跨度桥梁非线性地震响应的影响．震灾防御技术，7（4）：384—391.地震动空间效应对大跨度桥梁非线性1地震响应的影响1）1）1）1）黄信黄兆纬胡雪瀛蔡浩良1）1）2）齐麟刘涛王传奇1）天津市建筑设计院，天津3000742）孟菲斯大学，美国田纳西38152摘要由于大跨度桥梁的桥墩间距离较大，其地震响应分析应考虑地震动输入的空间效应。本文建立了

2、多点激励下大跨度桥梁地震响应分析方法，采用损伤塑性本构模型模拟混凝土材料特性，考虑地震动空间效应对大跨度连续刚构桥进行非线性地震响应分析，从而分析地震动空间效应对大跨度桥梁地震响应的影响。研究表明：考虑行波激励或多点激励时桥梁地震响应较一致激励而言有所差异，考虑地震动空间效应时可能会夸大或减小桥梁结构的动力响应；多点激励时桥梁地震响应会随视波速的改变而变化。由此得出结论，对于大跨度桥梁地震响应分析应合理的考虑地震动空间效应。关键词：大跨度桥梁地震作用地震动空间效应损伤塑性模型引言桥梁地震响应分析方法主要有概率分析方法和确定性分析方法（刘光栋等，1996；林家浩等，2001；范

3、立础等，2001）。概率分析方法是把具有统计性质的地震动作用到结构上求出结构的反应，其建立在地面运动统计特征的基础上，不受任意选择的某一个输入地震波的控制；但由于其数学处理复杂、计算量大，现有研究往往把复杂的实际结构简化成较少自由度的简单结构加以分析。确定性分析方法是以地震动为确定过程的地震反应分析方法，包括反应谱法和动力时程分析法。反应谱法使用简单，但尚难用于多点激励分析，同时对于自振周期超过5s的桥梁结构或当结构在强震作用下进入塑性阶段时则不能直接应用。动力时程分析法主要依据现有地震加速度记录求出结构动力响应，可以分析结构在地震作用下弹性和弹塑性阶段的内力变化，而随着大型

4、有限元软件的发展，现有桥梁地震响应分析主要采用动力时程分析法。动力时程分析法会随输入地震波的不同而有所差异。对于大跨度桥梁结构而言，桥墩之间距离较大，强震发生时行波效应、相干效应以及局部场地效应的影响，会导致地基各点的振动幅值和相位存在较大差异，为合理对大跨度桥梁进行地震响应分析，应考虑地震［收稿日期］2012-07-02［作者简介］黄信，男，生于1983年。博士。从事工程结构抗震设计与研究。E-mail:huangxin1395602@163.com4期黄信等：地震动空间效应对大跨度桥梁非线性地震响应的影响385动输入的空间效应（李忠献等，2003；Dumanogluid等

5、，2003；Lou等，2005；Dameron等，1997；孙建梅，2005；史志利，2003）。行波效应是由于地震波传播速度有限，当支座间距离很大时，必须考虑地震波到达各个支座的时间差。部分相干效应是由于不均匀场地中地震波的反射和折射，以及震源的不同位置传到不同支座的地震波的叠加方式不同，各个支座所受的激励并不完全相干。局部场地效应是因为不同支承处场地条件不同，它们影响地震地面运动的振幅和频率成分的方式不同。同时，对于混凝土桥梁结构而言，地震响应分析中还应考虑材料的非线性（Lee等，1998；黄信等，2010）。本文考虑地震动输入的空间效应，建立多点激励下大跨度桥梁地震响应

6、分析方法，编制了考虑地震动空间效应的地震动场模拟程序，采用损伤塑性本构模拟混凝土的材料特性，对某大跨度连续刚构桥进行非线性地震响应分析，研究地震动空间效应对大跨度桥梁地震响应的影响，从而为大跨度桥梁抗震设计提供依据。1大跨度桥梁动力响应分析方法1.1多点激励下桥梁结构动力方程对于大跨度桥梁结构，多点不同步地震作用下桥梁结构运动方程与一致地震激励下的运动方程不同，此时桥梁结构的动力方程采用分块矩阵形式表示（李忠献等，2003；Dumanogluid，2003；Lou等，2005；Dameron等，1997）：MMXXCCKKX0sssb

7、sssssbsssbs++=（1）MMbsbbXXbbCCbsbbKKXbsbbbFb式中，X、X和X分别表示地震作用下桥梁结构支座节点的绝对位移、速度和加速度向量；bbbX、X和X分别表示地震作用下桥梁结构非支座节点的绝对位移、速度和加速度向量；Fsssb表示地震作用下桥梁结构支座节点的力。1.2考虑地震动空间效应的地震动场的模拟考虑地震场中两测点k、l，假设它们在地震波传播方向的距离为d，地震波的主要圆频率为ω，相干函