多点地震激励下大跨度桥梁动力可靠度研究.pdf

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25NO．32008年9月lJ．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008多点地震激励下大跨度桥梁动力可靠度研究刘怀林，赵岩2(1．重庆交通科研设计院，重庆400067；2．大连理工大学工程力学系，辽宁大连116024)摘要：动力可靠度理论已经有了很大进展，但是在工程中却尚未获得广泛应用，结构动力响应功率谱计算的复杂性是造成这一状况的重要原因。本文将虚拟激励法引入大跨度桥梁抗震可靠度分析。用随机振动虚拟激励谱分析突破以往计算效率低下的瓶颈，在理论卜

2、是精确的算法，并能方便地处理地震地面运动变化产生的空间效应。研究结果表明，基于虚拟激励法进行大跨度桥梁动力可靠度分析是一条有前景的途径。关键词：空间效应；功率谱；抗震可靠度；虚拟激励法中图分类号：U441．3；TU3l1-3文献标示码：A文章编号：1672—7037(2008)03—0l13—04工程结构设计正从传统的确定性方法转向概国内学者对于桥梁抗震可靠度问题也进行了率性方法，表现为从以往忽略荷载、结构抗力实深入研究。柳春光，林皋和洪峰【1lJ根据随机振动际存在随机性的定值概念转向合理计入其随机性理论和可靠性理论，考虑了桥墩

3、单元参数不确定的非定值概念，长期以来主要依靠经验确定的安性和桥梁上部结构摩擦因素，建立了桥梁单元的全系数转向应用概率理论定量给出一定基准期内可靠度计算方法，进一步考虑桥梁工程系统各单结构的可靠度指标IJJ。这种结构设计思想方法上元失效相关性而给出了整体系统的可靠性分析方的重大改变是和国内外学者多年来在可靠度领域法。陈英俊【l】对结构动力可靠度理论在最近几十所进行的研究工作密不可分的。年的发展进行了评述，讨论了桥梁结构在动力激上世纪40年代，Rice[61首次研究了结构动力励作用下的安全度和可靠性评估，并与首超失效反应与某一固定界

4、限的交差问题，给出了一定时问题作了比较，提出铁路桥墩在地震作用下损伤间内交差次数及其期望的数学表达，为基于首次评估的实验方法。超越破坏基理的动力可靠度理论奠定了基础。在在计算结构抗震可靠度的过程中，随机振动这之后，结构动力可靠度基础理论获得了较快的谱分析是关键的一个环节。以往由于结构响应功发展，并且在桥梁抗震工程的实际应用中得到了率谱计算方法的复杂性，往往只能采用十分简化更多的尝试。Ghosn和ChenL7借鉴坎特伯雷大学的模型；对于大跨桥梁的抗震分析，还需要考虑Park和Priestley的实验和分析工作，将失效概率地面运动空

5、间变化效应，也即多点不均匀随机激定义为桥墩位移延性能力概率不小于设防地震水励。许多著名学者对这类问题进行了深入研究，平下位移延性需求，进行了随机地震荷载作用下普遍认为随机振动法是分析的有效途径，但对于公路桥桥墩的可靠度评估。Fu和Moosa[8]基于结具体计算上的困难却仍感到难于应付【"。无疑构功能设计研究了公路桥抗震设计和相关可靠度这种瓶颈大大限制了大跨度桥梁抗震可靠度理论评估标准。Lupoi1，Franchin1和Schotanus将的深入研究及其工程应用。虚拟激励法Il是线性Cornell等人对钢结构地震风险评估的概率统计

6、方随机振动分析的高效算法，并且可以很方便地处法推广应用于钢筋混凝土桥梁体系，考虑了地震理地面运动空间效应。载荷激励下具有参数不确定结构抗震可靠度分析本文用虚拟激励法进行大跨度桥梁随机地震问题。FranchinlL1叫计入非线性行为和参数不确定响应计算，在此基础上进行动力可靠度分析，为性，应用一次可靠度理论进行了结构抗震可靠度动力可靠度理论实际应用于复杂工程结构进行了分析算法研究，并将该方法用于连续梁桥体系。一次有益的探索。收稿日期：2008—03—05作者简介：刘怀林(1978一)，男，河南固始人，副研究员，硕士，研究方向为桥梁

7、结构抗震，skylhlin@163．com。基金项目：国家自然科学基金(50608012)：西部交通科技项目基金(2004318874020)。华中科技大学学报(城市科学版)2008年应、行波效应及部分相干效应。1多点激励运动方程及响．应功率谱L二_功率谱矩阵ISmm(、)l是非负定Hermitian矩阵，而相干系数矩阵[R]是非负定实对称矩阵，如对于承受非均匀地面运动的离散化结构，假一果【R】阵的秩为r(rN)，则可进行如下分解定结构有Ⅳ个支座，相对]于●●●地j球中心m静止的绝对坐标系，结构运动方程可写=：成=：下面的l】分

8、块形式】、●●●Jr●●●f●●●[R]=【Q】【Q】(8)L=一j其中，[Q】是Nxr的实矩阵。将(8)式代入(4)式，有]●，，●●J(9)r，●●，、●1[S()]=【】[BIr其中式中，{)代表支座的地面强迫位移，{Xs)代表所有非支座节点位移，代表地面