近、远场地震下深水桥梁地震响应特性研究
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近年来发生的几次著名大地震大多集中在近 断 层 区 域 ，近 场 地 震 具 有 方 向 性 效 应 、明 显 的 速 度 脉冲、上盘效 应 。 ［７］ 夏 春 雨 研 ［８］ 究 了 铁 路 高 墩 大 跨刚构桥梁在远场地震动和近场脉冲型地震动下 的地震 响 应 特 性。 Ｍａｌｈｏｔｒａ 等［９］对 影 响 结 构 反 应的参数进 行 研 究，得 出 较 大 的 犘犌犞（地 震 速 度 峰值）／犘犌犃（地 震 加 速 度 峰 值）比 值 对 结 构 反 应 影响 显 著 的 结 论。 李 爽 等 基 ［１０１１］ 于 Ｏｐｅｎｓｅｅｓ对 近场脉冲性地震动和远场地震动进行对比分析研 究，得出峰值速 度 和 地 震 动 能 量 密 度 能 较 好 地 估
收 稿 日 期 ：２０１９０６０３
计结构wenku.baidu.com 坏 程 度。 王 炎 等 用 ［１２］ 远 场 地 震 叠 加 三 角函数型速度脉 冲 的 方 法 模 拟 近 场 地 震 波，研 究 速 度 脉 冲 波 形 、出 现 位 置 、脉 冲 时 间 对 结 构 地 震 破 坏的影响。
在以上研究的 基 础 上，本 文 以 深 水 大 跨 连 续 刚 构 桥 为 分 析 对 象 ，建 立 墩水 相 互 作 用 的 有 限 元 模 型 ，研 究 动 水 压 力 对 桥 墩 地 震 响 应 的 影 响 ，对 比 分析了近场、远场 地 震 作 用 下 动 水 压 力 对 深 水 桥 墩地震响应的影 响 规 律，以 期 为 深 水 桥 梁 的 抗 震 结构设计提供参考。
为了对比分析 近 场、远 场 地 震 作 用 下 深 水 桥 墩 地 震 响 应 的 差 异 ，地 震 动 记 录 的 选 取 原 则 为 ：桥 梁结构所 在 的 场 地 为ＩＩＩ类 场 地；所 在 地 震 震 级 犕＞６．０级；近 场 记 录 所 在 站 台 断 层 距 离 不 大 于 １５ｋｍ，具有明显的长 周 期 脉 冲；远 场 记 录 的 断 层 距离大于１５ｋｍ。选取的近场远场地震动 记 录 见 表１。地震记 录 的 加 速 度、部 分 地 震 记 录 的 速 度 时 程 见 图 １～ 图 ３。
总 第 ２９６ 期 ２０１９ 年 第 ５ 期
交 通 科 技 ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１７５７０．２０１９．０５．０１７
ＳｅｒｉａｌＮｏ．２９６ Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１９
近、远场地震下深水桥梁地震响应特性研究
张 洁１ 曾 金 明２
与 静 水 不 同 ，处 于 深 水 中 的 桥 墩 ，在 地 震 的 作 用 下 会 发 生 变 形 和 振 动 ，同 时 引 起 水 的 振 动 ，水 的 振动又以一定的 流 速 反 作 用 于 桥 墩，从 而 改 变 桥 墩的 振 动 和 变 形。Ｎ．Ｗ．Ａｎｔｈｏｎｙ［１］以 竖 直 圆 柱 体 为 对 象 ，考 虑 水 的 影 响 ，研 究 了 几 何 尺 寸 和 材 料 特性对动 水 压 力 的 影 响。Ｌｉａｗ 等 基 ［２］ 于 辐 射 波 浪理论提出了圆形截面柱体的动水压力解析解； Ｍｏｒｉｓｏｎ等 对 ［３］ 尺寸较小的圆 柱 体 提 出 了 著 名 的 Ｍｏｒｉｓｏｎ方 程；高 学 奎 等 进 ［４］ 一 步 在 Ｍｏｒｉｓｏｎ 方 程的 基 础 上，分 析 深 水 桥 墩 的 地 震 响 应。 黄 信 等 采 ［５］ 用 Ｍｏｒｉｓｏｎ方程和辐射波浪理论分析了动 水压力对桥墩地震响应的影响。张志荣等 对 ［６］ 高 墩大跨连续刚构 桥 的 抗 震 设 计 进 行 研 究，证 明 墩 身采用抗震结构设计能满足要求。
７０
地震类型 地震记录
近场地震动 远场地震动
ＹＰＴ０６０ ＤＳＮ２７ ＴＴＲ００８ ＥＬＣ０００ ＷＢＡ０００ Ａ０１０４０
张 洁 曾 金 明 ：近 、远 场 地 震 下 深 水 桥 梁 地 震 响 应 特 性 研 究
表 １ 近 场 远 场 地 震 动 记 录
地震事件
“Ｋｏｃａｅｌｉ＿Ｔｕｒｋｅｙ” “Ｔｏｔｔｏｒｉ＿Ｊａｐａｎ” “Ｄａｒｆｉｅｌｄ＿ＮｅｗＺｅａｌａｎｄ” “ＥｌＣｅｎｔｒｏＡｒｒａｙ ＃９” “Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ０１” “Ｍｏｒｇａｎ Ｈｉｌｌ”
１ 工 程 实 例 及 地 震 动 的 选 取
１．１ 工 程 实 例 主跨为９５ｍ＋１８０ｍ＋９５ｍ 预应力混凝土连
续刚构箱梁，上部结构为单箱 双 室 变截 面 箱梁，箱 梁高度及箱梁底板厚度按 １．８次 抛物 线变 化。主 桥桥墩墩身采用双肢矩形空心墩，肢间净距７．０ｍ。 １．２ 地 震 动 的 选 取
（１．武 昌 工 学 院 城 市 建 设 学 院 武 汉 ４３００６５； ２．中 交 第 二 公 路 勘 察 设 计 研 究 院 有 限 公 司 武 汉 ４３００５６）
摘 要 以深水大跨连续刚构桥为分析对象，建 立 墩水 相 互 作 用 的 有 限 元 模 型，研 究 动 水 压 力 对 桥墩地震响应的影响，对比分析了近 场、远 场 地 震 作 用 下 动 水 压 力 对 深 水 桥 墩 地 震 响 应 的 影 响 规 律。结果表明：随着水深的增大，桥 墩 结 构 的 自 振 周 期 有 所 增 大；同 时 考 虑 桥 墩 内、外 域 水 的 结 构 自振周期的增幅大于仅考虑外域水；附 加 质 量 比 越 大，动 水 压 力 对 结 构 自 振 周 期 及 结 构 动 力 响 应 影响越 大；随 着 水 深 的 增 加，近、远 场 地 震 作 用 下 桥 墩 地 震 响 应 值 均 有 增 加 的 趋 势，但 近 场 地 震 作 用下桥墩结构的地震响应明显大于远场；近场地震作用下动水 压 力 对 桥 墩 地 震 响 应 值 的 影 响 大 于 远 场 地 震 ，并 且 随 着 水 深 的 增 加 ，差 异 越 明 显 。 关键词 深水桥梁 近场地震 远场地震 动水压力 地震响应 中 图 分 类 号 Ｕ４４２．５＋５
收 稿 日 期 ：２０１９０６０３
计结构wenku.baidu.com 坏 程 度。 王 炎 等 用 ［１２］ 远 场 地 震 叠 加 三 角函数型速度脉 冲 的 方 法 模 拟 近 场 地 震 波，研 究 速 度 脉 冲 波 形 、出 现 位 置 、脉 冲 时 间 对 结 构 地 震 破 坏的影响。
在以上研究的 基 础 上，本 文 以 深 水 大 跨 连 续 刚 构 桥 为 分 析 对 象 ，建 立 墩水 相 互 作 用 的 有 限 元 模 型 ，研 究 动 水 压 力 对 桥 墩 地 震 响 应 的 影 响 ，对 比 分析了近场、远场 地 震 作 用 下 动 水 压 力 对 深 水 桥 墩地震响应的影 响 规 律，以 期 为 深 水 桥 梁 的 抗 震 结构设计提供参考。
为了对比分析 近 场、远 场 地 震 作 用 下 深 水 桥 墩 地 震 响 应 的 差 异 ，地 震 动 记 录 的 选 取 原 则 为 ：桥 梁结构所 在 的 场 地 为ＩＩＩ类 场 地；所 在 地 震 震 级 犕＞６．０级；近 场 记 录 所 在 站 台 断 层 距 离 不 大 于 １５ｋｍ，具有明显的长 周 期 脉 冲；远 场 记 录 的 断 层 距离大于１５ｋｍ。选取的近场远场地震动 记 录 见 表１。地震记 录 的 加 速 度、部 分 地 震 记 录 的 速 度 时 程 见 图 １～ 图 ３。
总 第 ２９６ 期 ２０１９ 年 第 ５ 期
交 通 科 技 ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１７５７０．２０１９．０５．０１７
ＳｅｒｉａｌＮｏ．２９６ Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１９
近、远场地震下深水桥梁地震响应特性研究
张 洁１ 曾 金 明２
与 静 水 不 同 ，处 于 深 水 中 的 桥 墩 ，在 地 震 的 作 用 下 会 发 生 变 形 和 振 动 ，同 时 引 起 水 的 振 动 ，水 的 振动又以一定的 流 速 反 作 用 于 桥 墩，从 而 改 变 桥 墩的 振 动 和 变 形。Ｎ．Ｗ．Ａｎｔｈｏｎｙ［１］以 竖 直 圆 柱 体 为 对 象 ，考 虑 水 的 影 响 ，研 究 了 几 何 尺 寸 和 材 料 特性对动 水 压 力 的 影 响。Ｌｉａｗ 等 基 ［２］ 于 辐 射 波 浪理论提出了圆形截面柱体的动水压力解析解； Ｍｏｒｉｓｏｎ等 对 ［３］ 尺寸较小的圆 柱 体 提 出 了 著 名 的 Ｍｏｒｉｓｏｎ方 程；高 学 奎 等 进 ［４］ 一 步 在 Ｍｏｒｉｓｏｎ 方 程的 基 础 上，分 析 深 水 桥 墩 的 地 震 响 应。 黄 信 等 采 ［５］ 用 Ｍｏｒｉｓｏｎ方程和辐射波浪理论分析了动 水压力对桥墩地震响应的影响。张志荣等 对 ［６］ 高 墩大跨连续刚构 桥 的 抗 震 设 计 进 行 研 究，证 明 墩 身采用抗震结构设计能满足要求。
７０
地震类型 地震记录
近场地震动 远场地震动
ＹＰＴ０６０ ＤＳＮ２７ ＴＴＲ００８ ＥＬＣ０００ ＷＢＡ０００ Ａ０１０４０
张 洁 曾 金 明 ：近 、远 场 地 震 下 深 水 桥 梁 地 震 响 应 特 性 研 究
表 １ 近 场 远 场 地 震 动 记 录
地震事件
“Ｋｏｃａｅｌｉ＿Ｔｕｒｋｅｙ” “Ｔｏｔｔｏｒｉ＿Ｊａｐａｎ” “Ｄａｒｆｉｅｌｄ＿ＮｅｗＺｅａｌａｎｄ” “ＥｌＣｅｎｔｒｏＡｒｒａｙ ＃９” “Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ０１” “Ｍｏｒｇａｎ Ｈｉｌｌ”
１ 工 程 实 例 及 地 震 动 的 选 取
１．１ 工 程 实 例 主跨为９５ｍ＋１８０ｍ＋９５ｍ 预应力混凝土连
续刚构箱梁，上部结构为单箱 双 室 变截 面 箱梁，箱 梁高度及箱梁底板厚度按 １．８次 抛物 线变 化。主 桥桥墩墩身采用双肢矩形空心墩，肢间净距７．０ｍ。 １．２ 地 震 动 的 选 取
（１．武 昌 工 学 院 城 市 建 设 学 院 武 汉 ４３００６５； ２．中 交 第 二 公 路 勘 察 设 计 研 究 院 有 限 公 司 武 汉 ４３００５６）
摘 要 以深水大跨连续刚构桥为分析对象，建 立 墩水 相 互 作 用 的 有 限 元 模 型，研 究 动 水 压 力 对 桥墩地震响应的影响，对比分析了近 场、远 场 地 震 作 用 下 动 水 压 力 对 深 水 桥 墩 地 震 响 应 的 影 响 规 律。结果表明：随着水深的增大，桥 墩 结 构 的 自 振 周 期 有 所 增 大；同 时 考 虑 桥 墩 内、外 域 水 的 结 构 自振周期的增幅大于仅考虑外域水；附 加 质 量 比 越 大，动 水 压 力 对 结 构 自 振 周 期 及 结 构 动 力 响 应 影响越 大；随 着 水 深 的 增 加，近、远 场 地 震 作 用 下 桥 墩 地 震 响 应 值 均 有 增 加 的 趋 势，但 近 场 地 震 作 用下桥墩结构的地震响应明显大于远场；近场地震作用下动水 压 力 对 桥 墩 地 震 响 应 值 的 影 响 大 于 远 场 地 震 ，并 且 随 着 水 深 的 增 加 ，差 异 越 明 显 。 关键词 深水桥梁 近场地震 远场地震 动水压力 地震响应 中 图 分 类 号 Ｕ４４２．５＋５