城市曲线桥梁地震反应分析的研究意义及进展

目 尚无较系统和深入 的工作 。李 国豪 在 １８ 前 ９４年 用有限单元法进行 曲线桥 梁的地震反应分析 ， 出 提
了一种节点为 ８自由度 的曲线梁单元 ， 并将计算结
果与直线梁单元模拟的计算结果进行了比较。李国
豪 、ｅ ｓ Ｈ ｉ 等在 １９ ｎ ９６年对 曲线桥的地震响应进行 了 研究 ， 点研 究 了 曲线 桥上 部结 构 的有 效计 算模 型 。 重 在建立主梁 的计 算模型时 ， 考虑弯扭 耦合、 质量偏 心、 自由扭转和翘 曲扭转等 因素。袁万城等在 １９ ９６ 年对一座曲线桥梁进行 了线性和非线性空间地震反 应分析 ， 采用时程分析法分析 了行波效应对 曲线桥 梁 的影 响 。 比较 了点 铰支 撑 曲线 桥梁 和一 般支 撑 曲
性测试。在 １９ ，９ ９ ２０ ９ ３ １９ ，００年 ，ｕｅ ｋ在 大量 总 Ｚｒｉ ｃ
最不利方向作用时桥梁结构中任意一点或任意一个 等在 ２ ０ 年用有限元法分析了不同曲率半径、 同 ０２ 不 支承形式对 曲线桥梁的动力 特性影 响， 并运用反应 谱法和时程分析法探讨了曲线桥梁中地震力输入方 向及地震反应的振型组合 和空间组合 的方法 问题 ，
计和建造提供规范性的指导 。Ｈ ｉ ｒ 在 １９ ｅｅ ｎｅ ９９年收
各方面的研究 尚未进行严格有效 的统计 ， 也没 有形 桥梁简化为支承在多个弹性支座上的刚性曲线梁桥
１８ ６
４ ２ 对植 ．
甘
肃
科
技
第２ ７卷
的绿色景观， 还可以给广大市民创 造出一个更适合
可在景园人 口、 桥头、 建筑 的人 口等对称种植 ２ 株红叶李 ， 作为起景或 突出中心点 的作用。可采用 ２株大小完全相 同的对称方式种植 ， 也可采用非对
Ｒ ｙ ｉ — Ｒｔ方法来计算高墩 曲线桥梁 的模态及 ａｌｇ ｅｈ ｉ ｚ 地震反应。Ａ ｄｌ—Ｓｌ ｂｅ ａ ｍ在 １８ 年进行 了曲线桥 ａ ９８
梁的地震反应试验 ， 过试验测试 了曲线桥梁 随时 通
究主要集中于曲线桥梁 的动力特性计算 、 时程分析 和构造方面的问题 ， 没有针对设计 中广 泛使用 的反 应谱方法的适用范围提出具体 的建议 ， 以致对设计
通过全桥有限元模 型分析得到准确的设计信息 ， 同
中特别提到了通过三维有 限元全桥模型分析 ， 功 成 设计了麻萨诸塞州 的第一座高架立交桥 ， 阐述了设 计上的重大改进和进行此类分析带来 的经济效益 。 同年 ； ｙａｈ ａ ａ Ｈ ａｓｉ ｗ 研究考察了不 同类型的支座对曲 ｋ 线桥梁地震反应的影 响， ｔ ｋ 分析 了在水平地 震 Ｏｕ ａ ｓ 激励下 曲线桥梁的附加滑动行为。进行 了支座破坏
第 ２ 卷 第 ｌ 期 ７ ２
２ １ 年 ６月 ０１
甘肃科技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ
正２ ７
Ｄ ２ ． １ Ｉ
． ， 玑
０ １ ２ １
城 市 曲线 桥 梁 地 震 反应 分 析 的研 究 意 义 及 进 展
ｔ ｏ ｎ的曲线桥梁记 录到 了 比较 完整 的加速 度记录。
他们利用三维有限元模型 ， 了伸缩缝 和支座 的 考虑
非线性 ， 分析了曲线桥 梁在相继 的两次 强震 中的响 应 。同时讨论了多点地震输入与一致地震输入 的区 别 。Ｚ ａｇ １９ 年通过对 曲线梁桥 的论述 ， 出 。 ｈｎ 在 ９ ８ 指 桥梁规范中关于曲线梁桥 的设计条文有 限， 有必要
侯文杰
（ 甘肃省 远大路业集 团有 限公 司 ， 甘肃 兰州 ７０３ ） ３００
摘
要： 从城市曲线桥梁在交通网络和抗震救灾中的作用， 阐述了城市曲线桥梁地震反应分析的研究意义。同时对
曲线桥 梁地震反 应分析 的研究进展进行 了概述 。 关键词 ： 曲线桥梁 ； 震反应分析 ； 究意义 地 研
Ｓｎ ｍ ｎｏ ａ ｅ ａｄ 大地震 、９ ９年美 国 Ｌ ｍ ｒ ｔ 大 地 ｆ １８ ｏ ａＰｉ ａ ｅ
库县南部地震、０ ８ ２０ 年汶川 大地震等 ， 对桥 梁地震 反应分析的变革起 了极大的推动作用 。 ． 在国外方 面， Ｓ Ｔｅｇ和 Ｊ Ｐ ｅ Ｗ． ． ｓ ｎ ． ｅ ｎ在 ｌ７ ９５
究城市 曲线桥梁结构在地震 中的破坏模式和薄弱环 节， 提高城市 曲线桥梁的抗震 能力 ， 使城市曲线桥梁
市造成 了非常惨重的生命财产损失。究其原 因很重
要的一点就是由于城市交通网络 中的桥梁遭到严重
破坏 ， 致使震区交通生命线中断 ， 给抗震救灾工作造 成了巨大 困难 ， 使震 区的次生灾害加 重导致 了损失
线 桥梁 的地 震反 应 的 曲别 。同年 秦权 等对 一座 曲线
是按等效直线桥梁设计 的曲线桥梁在振动 中柔度会
更大 。Ｄ ｓ ｅｅ ｅ ｏｈｓ和 Ｆｎｅ 在 １９ ｒ ｅｖｓ ９７年 分析计 算 了 １９ ９２年 ６月 １ ８日美 国加 州 Ｌ ｎｅ 和 Ｂｇ ｅｒ地震 ａｄｒ ｉＢ ａ
为曲线桥梁抗震分析的发展指明了方向。聂利英等 在 ２０ ０４年考虑墩柱非线性及橡胶支座和滑板支座 碰撞 的影 响， 完整的对上海萃庄立交桥 中的一段 曲 线桥进行了抗震性能评估 。王丽在 ２０ ０５年将城市 模型 ， 提出了地震反应 的简化分析方法 ， 系统地总结 和分析了各种 因素对 曲线桥 梁动力反应 的影响规 律 出了频率和振型的计算公式 ， 给 汇总编制了相应
称的方式种植大小不同的红叶李， 相互均衡、 彼此响 应。２ 种种植方式产 生的效果不 同， 可按 造景构 图 需要使用。
着城市交通的命 脉。在城市中由于受周 围环境 、 道 路线型等方面的制约和要求 ， 互通和枢纽 的应用越
１６ ０
甘
肃
科
技
第 ２ 卷 ７
对 １７ 年破坏的一座 曲线桥梁进行 了振动台模型 ９１
试 验 和计 算 分 析 。 在 １８ ９ ５年 ， ｈｎ Ｃ ｅｇ研 究 了 运 用
集和整理了关于 曲线桥梁抗震设 计方 面的主要文 献， 进行 了比较全面的文献 总结工作 。但是这些研
缺乏实际的指导意义 。 国内从事桥梁抗震研究的科研单位 已经做 了大 量的桥梁抗震方面的研究分析工作 ， 但是关 于曲线 桥梁的动力特性及抗震设计 方面的研究起步较晚 ，
间变化 的剪力和弯矩。Ｊ ｅ， ． ． ＢｕｅＭ Ｄ 在 ａ ｓＡ Ｒ ， ｒ ． ． ｍ ｃ
１９ ９３年通过用激振器（振动装置 ） 在桥轴线上的场 地输入地震波 ， 对一座曲线箱梁桥进行了现场试验 ， 对试验数据识别后 ， 得到了该 曲线桥梁的动力特性。 Ｊ ｅ， ． ．Ｂ ｃ Ｄ 更具意义 的工作是 ， ａ ｓＡ Ｒ ， ｒ ｅＭ． ． ｍ ｕ 在得
到曲线桥梁 的动力特性后 ， 运用 了有 限元计算程序 ＳＰ Ａ ４对该桥梁进行 了有限元计算 ， 运用试验结果对 计算进行了参数的校正 ， 从而得到了正确建模参数 ，
这对以后 的桥 梁分析计算起 到 了倡导性作 用。在 １９ ９ ５年 ，ｈｎ 对不同的建模、 Ｃ ｅｇ 分析方法 、 跨度、 土结 相互作用、 斜度等因素对 曲线桥梁地震 反应 的影 响 进行 了研究 。Ｓ ｇ 在 １９ 年通过研究得到按照曲 ｉｈ ｎ ９６ 线桥与直线桥梁模型分别进行分析 ， 明显 的区别 最
首次进行了一座位于十字路 口上高架曲线桥梁的抗 震试验 。Ｄ ｖ ｗｉｉ ｌ和 Ｋ ｗ ａ ａ １７ ａｄ Ｕ ａ ｉ ｎｓ ａ ｈｌ 在 ９９年分别 ｗ
延伸长度上都在快速增长 。 市交通系统 在社会发 城
展中的作用越来越重要 ， 社会的生产 、 生活高度依赖
于交通设施 。城市桥梁作为城市交通 的咽喉 ， 掌握
坏。桥梁作为重要 的社会交通基础设施 有投资 震 、９４年美 国 Ｎ ｒ ｒ ｇ 大 地震、９ ５年 ＿本 兵 具 １９ ｏ ｉｅ ＆ ｄ １９ 日
年率先建立了桥梁分析模型 ， 对长、 大跨度的桥梁进
行了非线性抗震分析。并开发出了计算曲线和直线
桥梁的计算程序 同时对 １７ ９ １年 ＳｎＦｍａｄ 地 ａ ｅ ｎ ｏ 震中破坏的一座桥梁进行 了模 拟分析计算 ， 主要研 究了伸缩缝和桥墩动力反应的计算方法 ， 曲线桥 对 梁的抗震设计提出 了一些建议。Ｃ ｅｎ 在 ｌ７ ． ｄｅ ９６年 ， ｄ
来越多 ， 因此高架道路以及立交工程 的兴建越来越
广泛 。睹线桥梁由于其线形美观 、 功能卓越等优势 ，
在现代城市交通网络中得到了广泛应用 。与直线桥 相 比， 曲线桥不仅对地形 、 地貌 的适应性较强 ， 而且
能满足城市立交工程对线型和造型的需要。同时也 能满足现代人们的审美视觉要求 ， 具有 曲线结构线 形平顺、 流畅 、 明快 、 意境生动的美学价值 ， 是现代交 通工程中的一种重要桥型。城市立交和高架桥 已经 成为大中城市的主要交通动脉 ， 铁路、 公路在国民经 济和居 民 日 常生活活动 中发挥着非 常重要 的作用。 因此 ， 对于城市曲线桥梁进行地震反应分析 ， 充分研
在地震时最大限度地减少破坏 ， 在地震 中能起到安 全疏散、 避难的作用 ， 震后能够确保生命线工程畅通 及抗震救灾的交通需要具有非常重要的意义 。
２ 曲线桥 梁地震反应分析 的研究进展
近年来发生的多次大地震 ， 例如 １７ 年的美 国 ９１
十秒 ， 最多 １ 分多钟。地震通过地震波释放 巨大 的 能量 ， 因而发生地震 时会对桥梁结构产生 巨大 的破 大、 公共性强 、 维护管理难 的特点。同时又是抗震防 灾、 危机管理系统 的重要组成部分 ， 是抗震救灾和灾 后恢复中的交通咽喉 。 伴 随着城市现代化建设 的快速发展 ， 会和人 社 口财富趋于向城市高度集中。特别是随着我国交通 建设事业的迅速发展 ， 城市桥梁无论在数量上还是
加剧 。２０ 年 ５月 １ ０８ ２日四川省汶川发生 了 ８级大
地震 ， 受灾人 口 ２０ ００万人 ， 死亡 ５万多人。震 区的 百花大桥和绵竹市 回澜立交等曲线梁桥遭受到严重 破坏 ， 给灾后救援活动带来了巨大困难 。
地震灾害具有 突发性和毁灭性 ， 地震是一种 突 发式的强震动 ， 一般从 地震开始 到结束仅几秒 到几
中破坏 的一 座 曲线 桥梁 的地 震 反应 。这 座 位 于 Ｃｌ ｏ —
立交桥进行 了非线性地震 反应分析 ， 果表明曲线 结 桥的抗震设计 同时应考虑地震波主分量沿纵向及横 向作用 。朱东生等在 ２０ ００年研究 了不规则桥梁 的 地震波输入方向的确定 的问题 ， 对如何 寻找最不利 的地震方向进行了研究。得到了对于不规则桥梁 ， 只需沿结构水平面内任意两个不重合的方向输入地 震反应谱。通过两次反应谱 分析 ， 便能得到地震沿
的计算 图表， 供初步设计参考 。 （ 下转第 １８页） ６
时进行 曲线箱梁 的弯 剪和扭转试验。他还在文章 截面上 的最大反应的方法 。朱特 的非线性并用 弹塑性梁柱单元模 拟桥墩 ， 同时计人
结前人对水平 曲线钢梁桥 的研究基础上 ， 指出对 于 成可用的有价值的数据库 系统 ， 同时还 强调研究 的 成果太少 ， 远没有足够资料和依据编 制完善 的曲线 桥梁抗震设计规范 ， 以不能为实 际曲线梁桥的设 所
中圈分 类号 ：４ ２ ｕ ４
１ 城 市曲线桥梁 地震反应分析 的研 究 意义
近年来金球发生 了多次大地震 ， 例如 １７ ９６年的 中 国唐 山 大 地 震 、９９年 的美 国 Ｌｍ Ｐｉａ大 地 １８ ｏ ａ ｒｔ ｅ 震、９４的年美 国 Ｎ ｒ ｒ ｇ １９ ｏ ｉ ｅ大地震 、９ ５年 的 日 ＆ ｄ １９ 本 阪神大地震 、９９年的台湾集集 地震、０ ８ 的 １９ ２０ 年 中国汶川大地震等 ， 其中多次地震发生在城市 ， 给城