大跨度斜拉桥多点激励作用下结构地震响应分析
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第 １ ３卷 第 １ ０期
２ ０１ ３生
中 国
水
运
ＶｏＩ ．１ ３ Ｏｃ ｔｏ ｂｅｒ
Ｎｏ ．１ Ｏ ２ ０１ ３
１ ０ 月
Ｏｈ ｉ ｎａ Ｗａｔ ｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｐ ｏｒ ｔ
大跨度斜 拉桥 多点激励作用下结构地震响应分析
何 友娣 ，李龙 安 ，阮怀 圣
（ 中铁 大 桥 勘 测 设 计 院 集 团 有 限公 司 ，湖 北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ）
摘
要 ：对 于 跨 度 比较 小 的 桥 梁 结构 ，采 用一 致 激 励 进 行 分 析 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 间变化特征的影响较 大，因此大跨度桥梁合理的地震动输 入方式是考虑多点激励 方式进行地震 反应 分析 。文中以某拟建桥主跨 ７ ０ ０ ｍ 斜拉桥为例 ，采用动态 时程分析法计算结构在 多点激励下的地 震响应 ，并和一致
地 震 时 的地 面 运 动 是 一 个 复杂 的 时 间一 空 间 过程 ，以 前 的
抗震设计 研究往往 把注意力放在 地震动的时变 特性 上 ，而对
地 震 动 的 空 间 变 化 特性 考 虑 较 少 。因 此对 于 跨 度 比 较小 的桥 梁 结 构 ，忽 略 地 震 波 的 空 间 变 化 特性 ，采 用一 致激 励 进 行 分 析 是 能 够 满 足 其 抗 震 设 计 要 求 的 ，但 对于 大 跨 度桥 梁 结 构受
本 文 以 某 大 桥 为 例 ，分 析 大 跨 度 桥 梁 在 多 点 激 励 作 用 下 的地 震 响 应 。该 桥 跨 径布 置 为 ６ ０ ＋ １ ７ ６ ＋ ７ ０ ０ ＋１ ７ ６ ＋ ６ ０ ｍ 双 塔 混 合 梁 斜 拉 桥 ， 中跨 主 梁 为 钢 箱 梁 ，过 渡 跨 主 梁 为 砼 主 梁 ，
图 １ 结构 有 限元 模 型 三 、行 波 效 应 的 影 响
非一致地震 动输 入的确定性 方法主要是通过在不 同支承 点输 入不同的地 震波 或以某条 波为基准在不 同点进行相位调
整 （ 即 行 波 法 ） 来考 虑地 震 动 的 空 间变 化 特 性 。行 波 法 假 定 地 震 波 沿着 地 面 按 一 定 的 速 度 传播 ，波 形保 持 不 变 ， 只 出现
其主塔为Ｈ型塔 ， 主塔 自承台顶以上塔高 １ ８ ６ ｍ。 采 用有 限元 程序Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 软件 ，建立空间有限元模型进行计算分析。
在 大 跨 度 桥 梁 结 构 的 地 震 反应 分析 中有 着 广 泛 的应 用 。设 已 知 地 面 上点 ｋ的地 震 动 加速 度 时程 为 玩（ ｆ ） ， 则 沿 波 的传 播 方 向
上 另外 一点 ， 的加 速 度 时程 为 ：珥（ ｆ ） ＝ 嘶（ ｆ — ｄ ／ ｖ ） ，其 中 ， ｖ是
场地效应两种 因素对结构抗震的影 响。
wenku.baidu.com
地震 动空间变化特征的影响 ，不 同支承处地震波的频谱 特性 是不 同的 ，因此大跨度桥梁合理的地 震波输 入方法 是考 虑地
震 动 场 点 的振 动 相 关性 ，即 多 点 激 励 Ｉ １ ｌ 方 式 ， 同 时 ，依 据 规 范＿ ２ Ｊ ５ ． １ ． ３ 条 的规 定 ：“ 桥址存在地 址不连续或地形特征可能 造 成 各 桥 墩 的 地 震 动 参 数 显 著 不 同 ，以 及 桥 梁 一 联 总 长 超 过 ６ ０ ０ ｍ 时 ，宜考 虑地 震 动 的空 间变 化 ” 。 目前大 跨 度桥 梁 考虑 多 点激 励对 结 构 的地 震 响应 影 响研 究 比较 多 ，工程 界 普遍 认为 一 致激 励 不能 控 制抗 震 设计 ，也不 符
中 图分 类号 ：Ｕ ４ ４ １ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）１ ０ — ０ ２ ５ ０ — ０ ３
一
、
引言
地 土类 为中硬 土 ，两岸工程地质差异较大 ，场地 的局部效应
也 不能 忽 略 。 因 此 ， 本桥 抗 震 分 析 主 要 考 虑 行 波 效 应 及 局 部
地 震波 传播 的视 波 速 （ ｍ／ ｓ ） ，ｄ是点ｋ 到点 ， 的距 离 （ ｍ） 。 本桥 行 波 效 应 的计 算 利 用 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 程序的 “ 多支 座 激 振 ” 功 能 进 行 行 波 效 应 分析 ，计 算 时假 设 地 震 波 是 沿着 整 体 坐 标 正 向传 播 ，则 先 到 达 Ｚ ３主 塔 的 时 问纵 桥 向 定义 为 ０ ， 竖 向也 定义 为零 ；而 到 达 Ｚ ４ 主塔 的 时 间纵 向定 义 为 相应 视 波 速对 应 的 时 间差 ，竖 向定义 为 零 ，即 竖 向 不考 虑行 波 效 应 。 考 虑 地 震 波 传 播 速 度 的各 种 可 能性 以及 研 究 的需 要 ， 本
激 励 下 的地 震 响 应 计 算 结 果 进 行 了 比较 ，结 果 表 明 ：结 构 的 地 震 位移 响应 随视 波 速 的增 大 而 增 大 ，并逼 近 一 致 激 励
的计算结果 ，考虑行波效应会减小大跨度斜拉桥 的位移 ，但考虑局部场地条件存在差异 时，位移响应明显 比一致激
励 大 ，得 出 的结 论 可 为 大 跨 度斜 拉 桥 抗 震 设 计 提供 一 定 的参 考 。 关键 词 ：行 波 效 应 ；局 部场 地 效 应 ； 多点 激 励
合实 际情况，认为大跨度斜拉桥抗震性能的准确评价应该考虑 地震动空间变化 的影响【 ３ 】 ， 本文结合某实桥 ， 探讨行波效应及
局部 场 地效 应 两种 因素对 大 跨度 斜拉 桥结 构 抗震 的影 响规律 。
二 、 工程 实例
时间上滞后 ，不考虑振幅的衰 减 ，并且将地震波 的传播速度 视 为常数。行波法是最早采用的多点激励地震动输入 方法 ，
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Ｏｈ ｉ ｎａ Ｗａｔ ｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｐ ｏｒ ｔ
大跨度斜 拉桥 多点激励作用下结构地震响应分析
何 友娣 ，李龙 安 ，阮怀 圣
（ 中铁 大 桥 勘 测 设 计 院 集 团 有 限公 司 ，湖 北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ）
摘
要 ：对 于 跨 度 比较 小 的 桥 梁 结构 ，采 用一 致 激 励 进 行 分 析 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 间变化特征的影响较 大，因此大跨度桥梁合理的地震动输 入方式是考虑多点激励 方式进行地震 反应 分析 。文中以某拟建桥主跨 ７ ０ ０ ｍ 斜拉桥为例 ，采用动态 时程分析法计算结构在 多点激励下的地 震响应 ，并和一致
地 震 时 的地 面 运 动 是 一 个 复杂 的 时 间一 空 间 过程 ，以 前 的
抗震设计 研究往往 把注意力放在 地震动的时变 特性 上 ，而对
地 震 动 的 空 间 变 化 特性 考 虑 较 少 。因 此对 于 跨 度 比 较小 的桥 梁 结 构 ，忽 略 地 震 波 的 空 间 变 化 特性 ，采 用一 致激 励 进 行 分 析 是 能 够 满 足 其 抗 震 设 计 要 求 的 ，但 对于 大 跨 度桥 梁 结 构受
本 文 以 某 大 桥 为 例 ，分 析 大 跨 度 桥 梁 在 多 点 激 励 作 用 下 的地 震 响 应 。该 桥 跨 径布 置 为 ６ ０ ＋ １ ７ ６ ＋ ７ ０ ０ ＋１ ７ ６ ＋ ６ ０ ｍ 双 塔 混 合 梁 斜 拉 桥 ， 中跨 主 梁 为 钢 箱 梁 ，过 渡 跨 主 梁 为 砼 主 梁 ，
图 １ 结构 有 限元 模 型 三 、行 波 效 应 的 影 响
非一致地震 动输 入的确定性 方法主要是通过在不 同支承 点输 入不同的地 震波 或以某条 波为基准在不 同点进行相位调
整 （ 即 行 波 法 ） 来考 虑地 震 动 的 空 间变 化 特 性 。行 波 法 假 定 地 震 波 沿着 地 面 按 一 定 的 速 度 传播 ，波 形保 持 不 变 ， 只 出现
其主塔为Ｈ型塔 ， 主塔 自承台顶以上塔高 １ ８ ６ ｍ。 采 用有 限元 程序Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 软件 ，建立空间有限元模型进行计算分析。
在 大 跨 度 桥 梁 结 构 的 地 震 反应 分析 中有 着 广 泛 的应 用 。设 已 知 地 面 上点 ｋ的地 震 动 加速 度 时程 为 玩（ ｆ ） ， 则 沿 波 的传 播 方 向
上 另外 一点 ， 的加 速 度 时程 为 ：珥（ ｆ ） ＝ 嘶（ ｆ — ｄ ／ ｖ ） ，其 中 ， ｖ是
场地效应两种 因素对结构抗震的影 响。
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地震 动空间变化特征的影响 ，不 同支承处地震波的频谱 特性 是不 同的 ，因此大跨度桥梁合理的地 震波输 入方法 是考 虑地
震 动 场 点 的振 动 相 关性 ，即 多 点 激 励 Ｉ １ ｌ 方 式 ， 同 时 ，依 据 规 范＿ ２ Ｊ ５ ． １ ． ３ 条 的规 定 ：“ 桥址存在地 址不连续或地形特征可能 造 成 各 桥 墩 的 地 震 动 参 数 显 著 不 同 ，以 及 桥 梁 一 联 总 长 超 过 ６ ０ ０ ｍ 时 ，宜考 虑地 震 动 的空 间变 化 ” 。 目前大 跨 度桥 梁 考虑 多 点激 励对 结 构 的地 震 响应 影 响研 究 比较 多 ，工程 界 普遍 认为 一 致激 励 不能 控 制抗 震 设计 ，也不 符
中 图分 类号 ：Ｕ ４ ４ １ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）１ ０ — ０ ２ ５ ０ — ０ ３
一
、
引言
地 土类 为中硬 土 ，两岸工程地质差异较大 ，场地 的局部效应
也 不能 忽 略 。 因 此 ， 本桥 抗 震 分 析 主 要 考 虑 行 波 效 应 及 局 部
地 震波 传播 的视 波 速 （ ｍ／ ｓ ） ，ｄ是点ｋ 到点 ， 的距 离 （ ｍ） 。 本桥 行 波 效 应 的计 算 利 用 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 程序的 “ 多支 座 激 振 ” 功 能 进 行 行 波 效 应 分析 ，计 算 时假 设 地 震 波 是 沿着 整 体 坐 标 正 向传 播 ，则 先 到 达 Ｚ ３主 塔 的 时 问纵 桥 向 定义 为 ０ ， 竖 向也 定义 为零 ；而 到 达 Ｚ ４ 主塔 的 时 间纵 向定 义 为 相应 视 波 速对 应 的 时 间差 ，竖 向定义 为 零 ，即 竖 向 不考 虑行 波 效 应 。 考 虑 地 震 波 传 播 速 度 的各 种 可 能性 以及 研 究 的需 要 ， 本
激 励 下 的地 震 响 应 计 算 结 果 进 行 了 比较 ，结 果 表 明 ：结 构 的 地 震 位移 响应 随视 波 速 的增 大 而 增 大 ，并逼 近 一 致 激 励
的计算结果 ，考虑行波效应会减小大跨度斜拉桥 的位移 ，但考虑局部场地条件存在差异 时，位移响应明显 比一致激
励 大 ，得 出 的结 论 可 为 大 跨 度斜 拉 桥 抗 震 设 计 提供 一 定 的参 考 。 关键 词 ：行 波 效 应 ；局 部场 地 效 应 ； 多点 激 励
合实 际情况，认为大跨度斜拉桥抗震性能的准确评价应该考虑 地震动空间变化 的影响【 ３ 】 ， 本文结合某实桥 ， 探讨行波效应及
局部 场 地效 应 两种 因素对 大 跨度 斜拉 桥结 构 抗震 的影 响规律 。
二 、 工程 实例
时间上滞后 ，不考虑振幅的衰 减 ，并且将地震波 的传播速度 视 为常数。行波法是最早采用的多点激励地震动输入 方法 ，