多点激励下桥梁的地震动响应

多点激励下桥梁的地震动响应研究摘要：桥梁是重要的交通枢纽，一旦发生破坏将会造成重大的经济损失，严重影响人民的生命财产安全。同时，地震是一种自然灾害，时刻威胁着人们的生命财产安全。为此，本文基于四川地区某一多跨连续梁混凝土桥，利用有限元软件开展数值模拟，研究了一致性激励和非一致性激励作用下桥梁的地震响应,结果表明：（1）、不论一致性激励还是非一致性激励作用下，桥面均存在较大的地震动响应；（2）、非一致性激励作用下桥面的地震动加速度较一致性激励作用下的大。

关键词：桥梁；地震；一致性；非一致性

abstract: the bridge is an important transportation hub, and once produce destruction will can cause significant economic losses, the serious influence people’s lives and property security. at the same time, the earthquake is a natural disaster, the time is affecting people’s life and property security. therefore, this article is based on the sichuan region across a more concrete continuous beam bridge, and by using the finite element software in numerical simulation, studies the consistency of inconsistent incentive effect on the incentive and under seismic response of the bridge, and the results show that: (1), whether or not the consistency incentive consistency excitation, the bridge

deck there are larger seismic response; (2), the consistency of the bridge together under incentive effect on the earthquake acceleration is under the action of consistency incentive.

keywords: bridge; the earthquake; consistency; the consistency

中图分类号：k928.78文献标识码：a 文章编号：

引言

20世纪以来，全球处于地震频发的时期，如1999年土耳其的伊兹米特地震，2008年的5.12汶川地震以及2011年的3.12日本海啸等等。近几十年的震害调查结果显示[1~3]，地震会造成桥梁的大面积损坏、倒塌等破坏现象。因此研究地震作用下桥梁的地震动响应是一件迫在眉睫、必须要完成的工作。

目前，在桥梁地震分析中常用的方法主要是一致性激励即所有的支墩采用相同的地震动加速度、同步的输入，而地震动场在空间、时间上又具有较大的差异性特别是对于大跨度或特大跨度桥梁来

讲上述现象则会更加的明显，这就势必造成采用一致性激励的计算结果与实际计算结果存在较大的差别。因此，在进行大跨度桥梁地震稳定性计算时需要考虑行波效应、场地效应等方面的影响。综合以上分析，本文将采用地震波非一致性激励和一致性激励两种地震波输入方式开展桥梁地震稳定性的研究，将所得结果进行对比，

进而得出两种地震波输入方式下桥梁地震响应的差异性。

多点激励下体系大质量法的基本理论

多支撑激励分析的大质量法通过在支撑点的激励方向附加一个虚拟的大质量块来获得结构的地震响应。大质量法是通过对质量矩阵对角元的充大数实现的，将大质量mⅱ附加在结构质量ms的支撑上，本文将去结构质量的10000000倍，使得结构的质量远远小于质量块的质量。然后，利用大质量块得惯性力将地震动施加在整个体系上。则桥梁结构在任意时刻的动力平衡方程为：

---------------------------（1）

式中，和分别表示系统的结点加速度和结点速度向量。m、c、k 和f（t）分别表示系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和结点的荷载向量。

工程背景

该多跨连续梁桥所处地理位置比较优越，地形平坦开阔，地面高程为472~483m，相对高差为3~8m。自上而下共覆盖了全新人工填土、粉质粘土、松软土、中砂、卵石土以及泥岩等地层。其中全新粘土约0~1.5m厚，粉质粘土约2.5~3m厚，松软土约1~1.5m厚，中砂约3~5m厚，卵石土约7~10m厚。同时，该多跨连续梁桥采用4 x 12m混凝土材料现浇而成，并且桥面宽10m，总宽度为12.8m。桥墩为独立桩基础，且桥墩直径为1.2m，长10.2m，桩基直径为1.3m，长23.2m。

数值分析

数值分析模型

本文利用有限元软件midas/gts对桥梁进行数值模拟，模型具体的几何尺寸和截面的几何特性依据施工图纸确定。midas/gts中存在实体和构件两种单元建模型方式。为了尽可能真实的模拟桥梁的力学性能，本文采用实体建模。桥面、桥墩两者均采用钢筋混凝土材料，选用线弹性模型。为了能够真实的反映桥面与桥墩之间的相互作用，本文采用刚性接点来模拟。由于该桥墩下部的桩基础为端承桩，侧摩阻力较小，所以本文只考虑了泥岩对其提供的桩端阻力，忽略了各个土层提供的侧摩阻力。为了模拟上部结构与土体之间的相互作用，本文通过在桥墩底部施加水平、竖向弹簧来模拟，具体数值分析模型见图1。

土体参数及地震波的输入

本文忽略竖向地震荷载的作用，只施加水平方向的地震波，并且选取el centro地震波进行加载，该地震波地震动峰值加速度为0.5503g，持续时间为37.82s，具体时程曲线见图3。同时为了研究一致性激励与非一致性激励两者作用下桥梁地震响应的差异性，本文采用下述公式对不同支墩上施加的地震波进行计算，已考虑行波效应的影响。

图1数值模型图2el centro 地震波时程曲线

数值计算结果

静力计算结果