多点激励下拱桥模型振动台试验及数值模拟研究1 - 震灾防御技术.pdfVIP

第4 卷 第2 期 震灾防御技术 Vol. 4, No. 2 2009 年6 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention June., 2009 闫维明，许广，任晓强，樊珂，2009. 多点激励下拱桥模型振动台试验及数值模拟研究. 震灾防御技术，4 （2 ）：150—157. 多点激励下拱桥模型振动台 试验及数值模拟研究1 1) 1) 2) 1) 闫维明 许 广 任晓强 樊 珂 1）北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 100124 2 ）长春市政工程设计研究院，长春 130033 摘要 对多点激励下大跨度桥梁的抗震性能研究，目前主要集中在理论和数值模拟方面，缺乏振 动台试验数据的验证。本文通过对一座拱桥模型的多点激励振动台试验和相应的数值模拟分析， 在一定程度上揭示了拱桥在一致激励、考虑行波效应和衰减效应的多点激励下的反应特点。同时， 本文的数值模拟结果与试验结果也得到了较好的吻合。 关键词：拱桥 多点激励 振动台试验 大跨度桥梁 引言 大跨度桥梁由于跨度比较大，其受到的地震激励会因为行波效应等因素而产生明显的空 间变异性，因此，相对于一致激励，多点激励是更符合大跨度桥梁实际情况的地震动输入方 式。目前，对多点激励下大跨度桥梁的研究主要集中在理论方面；由于试验设备等条件的限 制，迄今仍鲜有试验证明（潘旦光等，2001 ）。但理论的方法是对实际情况的一种抽象和概括， 其结果还需要用试验的方法予以验证，这是科学研究和学科发展的必然之路。本文作者将 2 台电磁振动台联动，采用正弦波激励，对某拱桥的缩尺模型进行了多点激励试验研究和数值 模拟分析。 1 拱桥模型振动台试验 1.1 拱桥原型简介 某大跨度中承式钢管混凝土拱桥，主跨 120m，矢高30m，矢高比1/4，拱轴线为二次抛 物线；桥面系位于1/3 矢高处，桥面净宽10m；拱肋断面为等高度哑铃形截面，高2m 。拱肋 钢管直径800mm，厚度12mm；缀板高400mm ，厚10mm；拱肋灌注C40 混凝土；桥面系以 1 基金项目 国家自然科学基金资助项目（项目编号，北京市教育委员会科技计划重点项目（项目编号：200910005002 ） [收稿日期] 2008-12-11 [作者简介] 闫维明，男，生于1960 年。教授，博士生导师。主要从事工程抗震、减震与结构健康监测研究。 E-mail: yanwm@bjut.edu.cn 2 期 闫维明等：多点激励下拱桥模型振动台试验及数值模拟研究 151 上拱肋设6 道水平横撑，由直径900mm，厚14mm 的钢管组成；桥面以下拱肋设两道剪刀撑， 由直径800mm，厚12mm 的钢管组成，两剪刀撑之间的水平横撑由直径1000mm，厚10mm 的钢管组成；横撑和剪刀撑中均不灌注混凝土。 1.2 拱桥模型 : 根据原型资料和试验设备限制条件，确定拱桥模型比为1 100，即Sl=1/100 。考虑到如此 小的比例，无法进行相同材料的缩尺钢管混凝土模型制作，而且基于试验目的只是考察结构 的弹性性能，也没有必要按照完全相同的材料进行缩尺，所以采用钢材代替钢管混凝土，截 面刚度参考《钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:90 ）》（哈尔滨建筑工程学院，1992） 中介绍的方法进行折算，而横撑和剪刀撑则直接按照比例缩尺。同时考虑到市场材料规格制 约的因素，模型中拱肋采用直径8mm，厚度1mm 规格的钢管，而支撑统一采用直径6mm， 厚度1mm 规格的钢管。拱轴线方程为：