河谷地形對多支撐大跨橋梁地震反應影響.pdf

1、受不規(guī)則地形影響,地震波在河谷地形中的傳播與平坦場地相比有很大不同。因此,河谷地形地震動分布在小尺度空間上并非一致,呈現(xiàn)出明顯的差異性,有必要評估這種差異對多支撐大跨橋梁地震反應的影響。
　　 本文回顧了局部場地及地形因素對地震波傳播的影響及大跨橋梁地震反應考慮局部地形影響的有關研究,由此引出了研究河谷地形因素對地震波傳播影響的重要性及其對跨河工程抗震分析與設計的重要意義,介紹了本文的研究目的和主要任務。
　　 基于5.

2、12汶川地震山梁及河谷地形效應的震害調查和自貢西山公園地形效應觀測臺陣強震動記錄分析,介紹了具有工程意義的小尺度空間內,局部場地及地形因素對地震動空間分布影響的間接證據(jù)和直接證據(jù)。歸納總結了5.12汶川地震山梁和河谷的地震地形效應,分析了西山公園地形效應觀測臺陣強震動記錄的基本特征。
　　 以二維河谷地形為例,分析了均勻粘彈性半空間上河谷地形對地震波的散射。分別將具有不同頻譜特征的3條強震動記錄視為SH波和SV波形式入射,考慮不

3、同入射角度,分析了河谷地形地震動分布特征。結果表明:從河谷兩側角點到河谷底部,PGA和PGD基本呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,但受局部地形因素的影響,這種變化并非簡單的單調性變化；入射方向對河谷場地各點地震動分布有重要影響:與入射波垂直或近似垂直的一側PGA明顯大于河谷另一側。斜入射情形下,河谷各場點間的相對位移差動(任選參照點)明顯大于垂直入射情況。入射波的頻譜特征對河谷各場點的反應有顯著影響,高頻分量豐富的地震波放大比較明顯,這種高頻放大在一

4、定程度上受河谷局部地形特征影響。
　　 系統(tǒng)地回顧了多點激勵時程分析的基本方法,指出了傳統(tǒng)大質量法、位移輸入法、大剛度法采用Rayleigh阻尼時的誤差來源、適用條件和計算精度,基于嚴格理論推導分別提出了修正方法。結果表明:采用Rayleigh阻尼假定時,大質量法和大剛度法不適用于多點激勵分析,位移輸入不適用于一致激勵分析,否則會造成顯著的誤差。大質量法和位移輸入法誤差與Rayleigh阻尼的質量相關系數(shù)有關,大剛度法與Rayl

5、eigh阻尼的質量相關系數(shù)和剛度相關系數(shù)都有關系。本文提出了基于地震動加速度修正的改進大質量法和基于地震動位移修正的改進大剛度法,與原方法相比該改進方法大大地提高計算精度,總體誤差控制在2％以下,可以滿足工程結構抗震分析的需要。
　　 以兩座不同結構形式的大跨橋梁為例,考慮河谷地形影響,分析了多點激勵下,大跨橋梁地震反應特點,并與一致激勵情況進行了比較。結果表明:地形效應對大跨橋梁地震反應具有重要影響。受入射波頻譜特征、入射角度

6、及自身結構形式的影響,結構地震反應表現(xiàn)復雜。對于橋型布置對稱,橋墩高差很小的連續(xù)剛構橋而言,河谷地形效應總體上沒有使橋梁關鍵部位遭受不利反應；而橋墩高差明顯的剛構橋,當考慮河谷地形SV波斜入射時,關鍵部位遭受不利反應的可能性大大增大?？紤]SH波入射下河谷地形的影響時,兩重橋型地震反應表現(xiàn)復雜,與一致激勵相比,難以發(fā)現(xiàn)規(guī)律性?？傮w而言,SV波入射時,地形效應對結構地震反應的影響比SH波入射時更顯著,尤其是SV波斜入射時,結構地震反應非常復

7、雜,關鍵構件內力有可能大大增加,不可忽視。
　　 以一連續(xù)剛構橋為例,分析了不同的視波速下,橋梁的地震反應特點并與地形效應作了比較。結果表明,較低的視波速使得行波效應對連續(xù)剛構橋呈現(xiàn)出不利的影響,尤其是對主梁和橋墩頂部內力而言。但行波效應相比地形效應,仍不能完全控制結構的最不利響應。地形效應的影響依然應當受到重視。
　　 為研究多點激勵作用下,大跨橋梁擬靜力反應和動力反應的特征和規(guī)律,提出并驗證了一種基于DM和改進LMM

8、的大跨結構多點激勵分析擬靜力反應項和動力反應項的分離方法。以一座大跨連續(xù)剛構橋多點激勵分析為例,研究了其擬靜力反應項、動力反應項的基本特點,揭示了大跨結構遭受多激勵時的復雜反應過程及其特征。結果表明:結構的擬靜力反應與各支撐輸入的地震動位移差動密切相關,對于連續(xù)剛構橋,位移差動越大,擬靜力內力越大。斜入射情形下,結構的擬靜力反應遠大于垂直入射情況；而動力反應除了在主梁軸力偏大外,其它內力總體上小于垂直入射情況。結構的擬靜反應內力在垂直入

9、射情況除了主梁軸力外,總體上遠小于動力反應內力,其峰值約為動力反應內力峰值的10％-20％:而在斜入射情況下,擬靜反應內力相比動力反應是一個不可忽視的量,甚至還大于動力反應內力。擬靜反應對總反應的貢獻,在斜入射時明顯變大。結構的動力反應主要地震動的頻譜特征有關,對于周期較長的剛構橋,長周期分量豐富的地震動使得結構的動力反應明顯增強。
　　 多點激勵作用下,橋梁地震反應的復雜性與擬靜力項和動力項的相互作用過程有關。結構的總反應大小