地震動空間效應(yīng)對大跨度橋梁非線性地震響應(yīng)的影響

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1、第7卷第4期震災防御技術(shù)Vol.7,No.42012年12月TechnologyforEarthquakeDisasterPreventionDec.,2012黃信，黃兆緯，胡雪瀛，蔡浩良，齊麟，劉濤，王傳奇，2012．地震動空間效應(yīng)對大跨度橋梁非線性地震響應(yīng)的影響．震災防御技術(shù)，7（4）：384—391.地震動空間效應(yīng)對大跨度橋梁非線性1地震響應(yīng)的影響1）1）1）1）黃信黃兆緯胡雪瀛蔡浩良1）1）2）齊麟劉濤王傳奇1）天津市建筑設(shè)計院，天津3000742）孟菲斯大學，美國田納西38152摘要由于大跨度橋梁的橋墩間距離較大，其地震響應(yīng)分析應(yīng)考慮地震動輸入的空間效應(yīng)。本文建立了

2、多點激勵下大跨度橋梁地震響應(yīng)分析方法，采用損傷塑性本構(gòu)模型模擬混凝土材料特性，考慮地震動空間效應(yīng)對大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋進行非線性地震響應(yīng)分析，從而分析地震動空間效應(yīng)對大跨度橋梁地震響應(yīng)的影響。研究表明：考慮行波激勵或多點激勵時橋梁地震響應(yīng)較一致激勵而言有所差異，考慮地震動空間效應(yīng)時可能會夸大或減小橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)；多點激勵時橋梁地震響應(yīng)會隨視波速的改變而變化。由此得出結(jié)論，對于大跨度橋梁地震響應(yīng)分析應(yīng)合理的考慮地震動空間效應(yīng)。關(guān)鍵詞：大跨度橋梁地震作用地震動空間效應(yīng)損傷塑性模型引言橋梁地震響應(yīng)分析方法主要有概率分析方法和確定性分析方法（劉光棟等，1996；林家浩等，2001；范

3、立礎(chǔ)等，2001）。概率分析方法是把具有統(tǒng)計性質(zhì)的地震動作用到結(jié)構(gòu)上求出結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，其建立在地面運動統(tǒng)計特征的基礎(chǔ)上，不受任意選擇的某一個輸入地震波的控制；但由于其數(shù)學處理復雜、計算量大，現(xiàn)有研究往往把復雜的實際結(jié)構(gòu)簡化成較少自由度的簡單結(jié)構(gòu)加以分析。確定性分析方法是以地震動為確定過程的地震反應(yīng)分析方法，包括反應(yīng)譜法和動力時程分析法。反應(yīng)譜法使用簡單，但尚難用于多點激勵分析，同時對于自振周期超過5s的橋梁結(jié)構(gòu)或當結(jié)構(gòu)在強震作用下進入塑性階段時則不能直接應(yīng)用。動力時程分析法主要依據(jù)現(xiàn)有地震加速度記錄求出結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)，可以分析結(jié)構(gòu)在地震作用下彈性和彈塑性階段的內(nèi)力變化，而隨著大型

4、有限元軟件的發(fā)展，現(xiàn)有橋梁地震響應(yīng)分析主要采用動力時程分析法。動力時程分析法會隨輸入地震波的不同而有所差異。對于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)而言，橋墩之間距離較大，強震發(fā)生時行波效應(yīng)、相干效應(yīng)以及局部場地效應(yīng)的影響，會導致地基各點的振動幅值和相位存在較大差異，為合理對大跨度橋梁進行地震響應(yīng)分析，應(yīng)考慮地震［收稿日期］2012-07-02［作者簡介］黃信，男，生于1983年。博士。從事工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與研究。E-mail:huangxin1395602@163.com4期黃信等：地震動空間效應(yīng)對大跨度橋梁非線性地震響應(yīng)的影響385動輸入的空間效應(yīng)（李忠獻等，2003；Dumanogluid等

5、，2003；Lou等，2005；Dameron等，1997；孫建梅，2005；史志利，2003）。行波效應(yīng)是由于地震波傳播速度有限，當支座間距離很大時，必須考慮地震波到達各個支座的時間差。部分相干效應(yīng)是由于不均勻場地中地震波的反射和折射，以及震源的不同位置傳到不同支座的地震波的疊加方式不同，各個支座所受的激勵并不完全相干。局部場地效應(yīng)是因為不同支承處場地條件不同，它們影響地震地面運動的振幅和頻率成分的方式不同。同時，對于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，地震響應(yīng)分析中還應(yīng)考慮材料的非線性（Lee等，1998；黃信等，2010）。本文考慮地震動輸入的空間效應(yīng)，建立多點激勵下大跨度橋梁地震響應(yīng)

6、分析方法，編制了考慮地震動空間效應(yīng)的地震動場模擬程序，采用損傷塑性本構(gòu)模擬混凝土的材料特性，對某大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋進行非線性地震響應(yīng)分析，研究地震動空間效應(yīng)對大跨度橋梁地震響應(yīng)的影響，從而為大跨度橋梁抗震設(shè)計提供依據(jù)。1大跨度橋梁動力響應(yīng)分析方法1.1多點激勵下橋梁結(jié)構(gòu)動力方程對于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，多點不同步地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)運動方程與一致地震激勵下的運動方程不同，此時橋梁結(jié)構(gòu)的動力方程采用分塊矩陣形式表示（李忠獻等，2003；Dumanogluid，2003；Lou等，2005；Dameron等，1997）：??????MM????XX??CC?????KKX???0?sssb

7、sssssbsssbs????????++=??????（1）??????MMbsbb????XX??bbCCbsbb?????KKXbsbb?b??Fb?式中，X、X?和X??分別表示地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)支座節(jié)點的絕對位移、速度和加速度向量；bbbX、X?和X??分別表示地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)非支座節(jié)點的絕對位移、速度和加速度向量；Fsssb表示地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)支座節(jié)點的力。1.2考慮地震動空間效應(yīng)的地震動場的模擬考慮地震場中兩測點k、l，假設(shè)它們在地震波傳播方向的距離為d，地震波的主要圓頻率為ω，相干函