行波效应对大跨度刚构桥地震反应的影响研究.pdfVIP

3王文涛．刚构～连续组合梁桥．北京：人民交通出版社，1997 4范立础．预应力混凝土连续梁桥．北京：人民交通出版社，1988 5金增洪编译．混凝土桥梁的温度差设计．联邦德国桥梁规范汇编．北京：交通部公路规划设计院，1997 行波效应对大跨度刚构桥地震反应的影响 张茜张伟刘健新 (长安大学公路学院) 摘要地震输入问题一直是工程结构抗震研究所关注的焦点。大跨度桥梁结构各地面支承距离 较大、延伸较长，进行地震反应分析时应考虑各支承处地震波的不同(多．最激励)以及地震波有限波速传 播所引起的行波效应。本文以洛河特大桥为例，进行了基于多点激励与行波效应下的动态时程地震反应 分析，并比较了考虑多点激励与行波效应对该桥各项地震响应的不同影响。 关键词桥梁地震反应 时程分析 多点教励行波效应连续刚构桥 一、删 百 地震动以波的形式向四周传播，在传播过程中，不仅有时问上的变化特性，而且存在着明显的空间变 化特性。地震动的这种空间变化特征主要表现为以下3个方面：①部分相干效应，由地震波在地层的不 同介质中的折射、反射和散射以及由一个延伸的震源到达时不同的叠加所产生；②行波效应，由在不同站 点处地震波到达时间的差异所产生；③局部场地效应，由不同站点处局部土壤条件的差异所产生。基于 以上的地震动的特点，对一个桥梁结构进行地震反应分析的首要问题即就是地震动的输入问题，对于跨 度比较小的桥梁结构，忽略地震动的空间变化特性是能够满足其抗震设计要求的，但对于大跨度桥梁结 构受地震动空间变化特征的影响，不同支承处地震波的振幅和频率是不同的，因此大跨度桥梁合理的地 震动输入方法考虑地震动场点的振动相关性(多点激励方式)，同时考虑由于地震动的波传播特性使得其 到达各桥墩基础有一定的时间差(行波效应)的方式进行地震反应分析。 目前，桥梁结构地震反应分析方法可以分为两大类：～类是以地面运动为确定过程的确定性地震反 应分析，一类是以地震地面运动为随机过程的概率性地震反应分析。确定性分析方法主要包括动力反应 谱法和动态时程分析法，在工程实践中有广泛的应用。概率性分析方法主要是指随机振动方法，该法建 立在地面运动统计特征的基础上，提供了对响应的统计度量，而不受任意选择的某一个输入的控制。通 常认为随机振动分析方法计算量很大，难度较高，故不利于工程实用。本文认为对于大跨度桥梁地震反 应分析的一种实用合理的方法是考虑行波效应的动态时程分析法，基于此种分析方法对一大跨度连续刚 构桥——洛河特大桥，进行了多点激励与考虑行波效应的多点激励的地震反应分析，并比较了两者的结 果。 二、多点激励与行波效应的运动方程 根据达朗伯(D7A|embert)原理，桥梁结构(包括基础)在地震作用下的振动微分方程为 [M]{a}+[c]㈥+[K]{a}_一[肘]{a目} 坐标系下的加速度、速度和位移；{5。}为动坐标系原点的加速度时程。 地震时，桥梁结构各支承点随地基运动，而结构本身则不受外荷载作用。现以下标g表示结构的支 承处自由度(q个)，以下标s表示结构的非支承处自由度(Ⅳ个)。谯桥梁的地震反应分析中，一般采用 集中质量矩阵，则式(1)可改写为： c：， f孕最]篷)+[乏芝]睦)+【乏乏]琏)=一【々最]{；：) [K。，]分别是相应的质量、阻尼和刚度矩阵；{§。}、{a；}、{8。}分别为结构支承处自由度在动坐标系下的加 速度、速度和位移，[M。]、[C。]、[盖。]分别是相应的质量、阻尼和剐度矩阵。 现在，对于大跨度桥梁的地震响应分析，多采用将地震加速度时程直接输入，对结构进行地震时域分 析，即时程分析方法。时程分析多采用在时域内逐步积分的方法。在利用数值方法逐步积分时，把反应 的删程划分为短的、相等的时段，对于每一个对段，按照线性体系来计算其反应。 因此，将式(2)写成增量的形式，则有： [繁9‰o．1 cs， T。△A划丸I+【：：乏]{：翔+【：：乏]