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1、第15卷第6期云南交通科技Vol.15.No.61999年12月TheCommunicationScienceandTechnologyinYunnanDec1999桥梁地震响应的计算方法和比较宁晓骏董明(云南工业大学建工系,昆明,650051)摘要对各种桥梁地震响应的计算方法进行了简要的回顾和介绍,引用了当前桥梁地震响应研究的一些最新成果,对大跨度悬索桥的地震响应计算的特殊性作了详细说明。最后对这些计算方法进行了分析和比较并提出应注意的一些问题。关键词桥梁,地震响应,反应谱,时程响应分析1引言率
2、在激励的卓越频率(能量集中的频带)内,将会大地震是一种破坏性非常严重的灾害,如激起结构的巨大反应,亦就是共振现象。所以当1999年9月21日在台湾发生的76级地震就地震动频谱集中于低频时,长周期结构将会产生导致数千人丧生,大量结构物倒塌,经济损失十巨大位移反应;而当地震动频谱集中于高频时,分惊人。事实证明,在目前的科技条件下,准确刚性结构将会产生巨大加速度反应。高频分量预报地震是非常困难的,所以对结构物作好抗震随距离增加的衰减较低频分量大,故远距离处的措施具有更为重要的意义。桥梁作为陆地交通地震动频率将以低频为主。地震过程中常用的重要的组成
3、部分,不仅是人们日常生活和社会经频谱有三种:傅立叶谱、反应谱和功率谱。在进济发展所必需,更是震后救灾、恢复重建不可缺行桥梁抗震计算中,常用的是后两种。少的交通工程。因此研究桥梁在地震中的动力地震动持时对结构物也有重大影响,这是因响应规律,提高桥梁在地震中的抵抗力具有极其为结构物的破坏有积累效应,另外长周期结构需重要的意义。要较长的激振时间才能达到最大值的缘故。由于地震波在传播过程中将产生反射、折射122地震动特性和干涉,空间各点的地震动是不同的,它们之间地震是地层内部积累的能量突然转换和释的相关性既可用协相关矩阵表示,也可以用谱描放
4、,并以波动形式向外扩散传播的过程。地震动述。是地震波引起的地表附近土层的振动,其三要素在桥梁抗震计算中,需要根据桥梁结构的实为振幅、频谱和持时,它们与震源机制、震级大际情况,合理地选择地震动参数,使所用的地震小、传播途径以及场地土层特性密切相关。激励模型满足要求。地震动振幅可以是地震动加速度、速度、位移三者之一的峰值、最大值或某种意义下的有效3桥梁地震响应的计算方法值。地震动强弱的度量通常以加速度振幅的大桥梁地震响应的计算方法是随着地震工程小来衡量。学的发展以及对结构动力行为认识的深入而逐地震动频谱反映了地震动能量在频率轴上步发展和完善的。
5、它的发展过程可以划分为三的分布,即地震动能量的构成。当结构的自振频个阶段,即静力理论阶段、反应谱阶段和动力理收稿日期:1999-10-09论阶段。第6期宁晓骏董明桥梁地震响应的计算方法和比较3331静力理论目前,大多数国家对重要、复杂、大型的结构1900年,日本的大房森吉教授提出静力理都建议采用动力时程分析法。动力时程分析法论,该理论认为结构物各部分运动与地震动完全就是把地震强迫振动的激振地震加速度时程一致,结构物最大加速度等于地震动最大加速直接输入,对结构
6、进行时程反应分析。动力时程度。1916年,佐野利器根据静力理论提出震度反应分析法能够描述建筑结构在地震波入射下法,认为结构物所受的地震作用可以简化为作用的动力响应过程,可以充分考虑地震动的幅值、于结构上的水平等效力,即F=kW,其中k为地频谱和持时三要素的影响。震系数(地震动最大加速度与重力加速度之比),在采用动力时程分析法计算桥梁的地震响W为结构物重量。30年代美国在旧金山同时修应时,对桥梁结构的建模一般用有限元法。有限建的两座著名悬索桥SanFranciaco-Okland元法可以详细考虑桥梁的实际结构,对桥梁的不Bridge和Golde
7、nGateBridge就采用了静力理论同部分可以使用不同的单元来较准确地模拟,还进行抗震设计,前者取地震系数k为0075,后能够考虑土基础结构的相互作用问题。者取地震系数k为01。345232反应谱理论4大跨度悬索桥的地震响应的特殊性1943年,M.A.Biot提出了反应谱的概念,悬索桥是一种柔性大跨度结构,其结构行为给出了世界上第一个弹性反应谱,即一个单质点具有不同于一般土木结构的特殊性,主要表现为弹性体系对应于某一个强震记录情况下,体系的如下几个方面:周期与最大反应(加速度、相对速度和相对位移)(1)超长的周
8、期的关系曲线。根据他的研究,当固有周期大于一般结构的周期在2秒以内,高耸结构的周03秒时,加速度反应和固有周期成反比关系。期多在5、6秒之内。而1000m左右跨度
