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地震波作用下弧形峡谷多跨连续桥的动态响应

摘要

随着我国经济和交通运输需求的快速提升，在西部多山或高原地区，大量交通建

筑基础设施相继建成并投入使用，而桥梁作为广泛应用于连通山区峡谷等复杂地形的

重要基础设施，更是最关键的交通枢纽之一。地震是我国西部地区面对的主要自然灾

害之一，这对大跨桥梁在复杂地形环境下的抗震性能提出更高的要求，因此，采用有

限元隐式动力学方法研究峡谷地形大跨桥梁的动态响应问题具有重要的意义。

本文构建了弧形峡谷地形及多跨桥梁的数值模型，应用黏弹性人工边界和地震动

输入方法对弧形峡谷多跨连续桥在不同地震波源类型、不同入射角度和不同入射波频

率因素影响下的力学行为进行数值模拟；在简化了土-结构相互作用下，将地形地表地

震动时程作为桥墩支承点处的地震动输入，分析了峡谷地形效应对多跨连续桥地震响

应的影响。

数值结果显示峡谷场地会对不同类型的地震波产生不同程度的地形效应，对地表

及峡谷表面地震动的影响明显；随入射角度的增加，峡谷地形地表对地震波的散射更

加复杂，迎波面一侧的地表地震动在入射波频率的变化下始终大于背波面一侧。峡谷

桥梁的主梁及墩顶的动态响应对入射角度和入射波频率反应敏感，不同入射角度下主

梁节点位移的最大值和危险位置均有差异。综合对比分析弧形峡谷多跨连续桥在地震

横波（SV波和SH波）及纵波（P波）作用下的动态响应问题以及考虑到混凝土桥梁抗

压不抗拉的性质，以平面内剪切波（SV波）和纵波（P波）入射下的瞬态响应为依据

加强其抵抗性能够提高峡谷桥梁的安全性。本文研究结果，可为考虑地形效应的大跨

桥梁结构抗震设计提供理论参考。

关键词：多跨连续桥；峡谷地形效应；多点输入激励；人工边界；动态响应

地震波作用下弧形峡谷多跨连续桥的动态响应

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChineseeconomyandtransportationdemand,inthe

mountainousorplateauareasinthewest,alargenumberoftransportationinfrastructurehas

beenbuiltandputintouse,andbridges,asanimportantinfrastructurewidelyusedin

connectingmountainousvalleysandothercomplexterrain,areoneofthemostcritical

transportationhubs.EarthquakeisoneofthemainnaturaldisastersinwesternregionofChina,

whichproposeshigherdemandsfortheseismicactionoflong-spanbridgesincomplexterrain

environment.Therefore,itisofgreatsignificancetousethefiniteelementimplicitdynamics

methodtostudythedynamicresponseoflongspanbridgeincanyonterrain.

Inthispaper,anumericalmodelofarcuatedcanyontopographyandmulti-spanbridgeis

constructed,andthemechanicalbehaviorofarcuatedcanyonmulti-spancontinuousbridge

undertheinfluenceofdifferentseismicsourcetypes,differentincidentanglesanddifferent

incident