随机地震动场多点激励下宽幅大跨桥梁结构地震响应研究

为了研究随机地震动场多点激励作用下宽幅大跨桥梁结构的地震响应,基于二维相干模型,考虑地震波非平稳性合成桥址各支承点的人工地震加速度时程波,采用多项式拟合法在时域内对各支承点处的人工合成加速度波进行校正,并对校正前后加速度波的响应谱进行比较校验;随后以某大跨自锚式悬索桥为例,利有限元软件中线性时程分析模块,将所合成的加速度地震波施加于结构,对比研究一致激励与随机地震动多点激励下宽幅大跨桥梁结构的地震响应。分析表明,考虑二维相干和地震波非平稳性合成的各支承点地震加速度时程波可采用多项式拟合法进行基线漂移现象的校正,同时应对修正前后加速度波的反应谱进行比较校验;对于大跨且横桥向支承点相距较远的桥梁结构应考虑横桥向地震波的非一致性。     

四渡河大跨悬索桥空间地震响应分析

非一致激励输入对大跨结构响应有着较大影响。本文以四渡河悬索桥为背景,首先根据该桥动力特性对规范反应谱进行调整,基于修正反应谱并考虑相位非平稳性合成地震动位移;然后编制了调索程序来确定有限元模型的初始平衡构型;采用时程法,分别分析了在纵桥向、横桥向以及竖向的非一致激励(行波输入、多点输入)下的悬索桥地震响应。计算结果表明,纵向非一致激励输入增大了悬索桥的地震响应,横向、竖向非一致激励输入的影响有增有减。     

地震动空间效应对大跨度桥梁非线性地震响应的影响

由于大跨度桥梁的桥墩间距离较大,其地震响应分析应考虑地震动输入的空间效应。本文建立了多点激励下大跨度桥梁地震响应分析方法,采用损伤塑性本构模型模拟混凝土材料特性,考虑地震动空间效应对大跨度连续刚构桥进行非线性地震响应分析,从而分析地震动空间效应对大跨度桥梁地震响应的影响。研究表明:考虑行波激励或多点激励时桥梁地震响应较一致激励而言有所差异,考虑地震动空间效应时可能会夸大或减小桥梁结构的动力响应;多点激励时桥梁地震响应会随视波速的改变而变化。由此得出结论,对于大跨度桥梁地震响应分析应合理的考虑地震动空间效应。     

近场地震动对大跨刚构桥影响的分析

利用4个台站记录到的近场和远场地震动,研究了钢筋混凝土大跨刚构桥在近场脉冲型地震动横向激励下的反应,并与在远场地震动激励下的反应进行了比较;分析了大跨度桥梁在2种类型地震动作用下的反应特性。结果表明:在相同加速度峰值的地震动作用下,横向激励时,近场脉冲型地震动引起的桥梁反应,均比非脉冲型地震动引起的桥梁反应显著。近场脉冲型地震动激励下,桥梁反应均有较大的增加,对不同的结构部位,其影响规律相似。长周期速度脉冲效应会对大跨桥梁结构产生大的位移冲击,应当重视近场地震动中长周期速度脉冲效应对长周期及柔性结构的影响。     

地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

多点激励下LRB隔震桥梁地震反应分析

研究了地震地面运动多点激励，即空间变化效应对装有铅芯橡胶支座（Lead Rubber Bearing）的连续梁桥地震反应的影响。首先，利用三角级数法生成了拟合规范反应谱的多点人工地震动时程；然后利用非线性时程分析法数值仿真并比较了某五跨LRB隔震连续梁桥在一致激励、仅考虑地震动行波效应、仅考虑地震动部分相干效应、同时考虑行波和部分相干效应以及同时考虑行波、部分相干和局部场地土效应等七种工况下结构的减震效果。行波效应和部分相干效应对铅芯橡胶支座隔震桥梁影响不大，而局部场地土效应对该类桥梁的地震反应分析影响很大，应该引起重视。     

大跨曲线桥多点激励下的地震响应分析

用相位谱表征地震动频率的非平稳特性,用相干函数表征地震动空间变化的不相干效应,采用随频率变化的等效相速度代替随意给定的视波速表征地震动的行波效应,生成了具有强度和频率非平稳特性的多点地震动。将这种考虑时间和空间变化的地震动在水平方向作用于5跨高墩连续刚构曲线桥桥墩基础处,计算了墩顶位移及墩底内力,分析了大跨曲线桥多点输入中不相干效应和行波效应对结构响应的影响。结果表明考虑地震动空间变化特性的墩顶位移峰值多数显著大于一致激励。相干性显著增大了激励方向墩底的动内力,但对拟静力位移差动产生的内力有时增大有时减小,两者叠加后的总内力峰值多数大于一致激励。     

海底地震动作用下近海桥梁地震响应研究

以某近海大桥引桥段连续梁桥为工程背景,建立考虑海底地震动特性和腐蚀效应的近海桥梁地震反应分析模型。采用增量动力分析方法分析腐蚀效应以及海底地震动作用对近海桥梁地震响应的影响。研究结果表明:腐蚀效应与海底地震动作用都会不同程度影响近海桥梁结构的抗震性能。其中:腐蚀效应会增大近海桥梁的破坏指标,降低最大墩底剪力和弯矩值,从而降低桥梁的抗震性能;海底地震动作用会增大近海桥梁的破坏指标及最大墩底剪力、弯矩值;在2种因素耦合作用下,桥梁的抗震性能将会进一步降低。     

大跨度桥梁结构多级地震响应研究

大跨度桥梁结构在地震发生时其支承点受到的地震动激励均不相同,使得在多级地震中其桥梁结构对于地震的响应程度也不同。通过分析多级地震作用下,水中结构的运动引起桥梁墩部周围水体辐射波浪运动对桥梁结构的影响,分析大跨度桥梁墩-水耦合边界。基于反应谱理论,计算大跨度桥梁结构承受的地震力最大值,得出多级地震响应曲线,以分析其多级地震响应;并以某地六跨桥为例,以多级地震下桥梁的位移、剪力、弯矩等响应时程为指标进行分析,得出有效结论。     

一种合成多点地震动时程的方法

给出了一种合成多点地震动时程的方法，这个方法只要对功率谱密度矩阵作振型分解。用平稳随机过程理论推导了合成公式中幅值与迟滞相干矩阵分解的关系，而相位角是确定的。     

随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析方法

地震输入问题一直是工程结构抗震研究关注的焦点。对大跨度桥梁结构，考虑随机地震动场的多点激励而进行地震反应分析较为合理。本文结合大跨度桥梁抗震设计，系统地介绍了随机地震动场的模型以及随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析的方法。     

随机地震动场多点激励下大跨度连续刚构桥的地震反应分析

本文基于随机地震动场的功率谱模型和多点地震激励，建立了大跨度桥梁在随机地震动场多点激励的地震反应分析方法，并数值模拟了某四跨预应力混凝土连续刚构桥的地震反应，考虑了行波效应、部分相干效应和局部场地效应等因素的影响，并与确定性地震一致激励下的计算结果进行了比较。对工程建设具有参考意义。     

大跨度空间网格结构多维多点随机地震反应分析

本文建立了三维正交地震动多点激励下大跨度空间网格结构的随机地震反应分析方法,依据现行抗震设计规范的有关规定,确定了平稳随机地震动功率谱密度的模型参数。数值仿真分析了一柱距80m的正方形平板网架分别在一维地震动或三维地震动的一致激励、行波激励和考虑部分相干效应的随机激励下的地震反应。结果表明:考虑地震动的空间效应会很大程度地改变结构杆件的内力,其中控制杆件的内力增幅达到30%;地震动的行波效应对结构杆件内力的影响比随机地震动的部分相干效应的影响更大;三维地震作用比一维地震作用下结构杆件的内力大。由此得出结论,对于大跨度空间网格结构,必须进行多维多点地震激励下的随机地震反应分析。     

桥梁的多点激振效应和非线性作用

推导了考虑大应变大位移的几何非线性有限元列式。通过影响矩阵讨论桥梁在多点激振下的非线性地震响应，并用算例比较一致输入和多点激振下的线性和非线性响应，讨论地震动输入方式和结构参数对地震响应的影响。由分析结果可知非线性和多点激振对结构响应影响较大，多点激振的影响随结构形式和尺寸的不同而不同。     

多点激励下大跨度斜拉桥地震反应分析

大跨斜拉桥是交通运输的枢纽工程,一旦在地震中遭到破坏,将会造成巨大的直接和间接经济损失.由于大跨斜拉桥的跨度大,在地震中地震波到达不同桥墩的时间存在差异,这会对大跨斜拉桥的地震反应产生很大影响.因此,对大跨斜拉桥在多点输入下的反应开展研究,对进行正确有效的抗震设计,确保其抗震安全性具有非常重要的意义.本文分析了多点激励下大跨度斜拉桥的地震反应,并与一致激励下大跨度斜拉桥的地震反应进行了对比,研究了多点激励对大跨度斜拉桥地震反应的影响.     

行波效应对铁路大跨长联连续刚构桥地震反应的影响

介绍了多点激励下结构运动方程的求解方法。以某大跨度铁路连续刚构桥为工程背景,用有限元软件MIDAS建立了结构有限元模型,选取地震波波速为主要参数,对某铁路大跨长联连续刚构桥进行了考虑行波效应的时程反应分析,并与一致激励下的结果进行了对比。结果表明:考虑行波效应后,跨中截面的弯矩增大,而墩底截面的弯矩减小。在梁部结构的抗震设计中应考虑行波效应的影响。     

多点激励下自锚式斜拉-悬吊协作体系桥地震反应分析

考虑地震动的空间变化效应,对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥进行了随机地震反应分析。研究了P波、SH波和SV波作用下该协作体系内力和位移峰值响应的特点,对比分析了均匀一致地面动和多点非一致地面运动对其地震反应的影响,计算中由于虚拟激励法的引入,计算效率获得极大的提高。结果表明行波效应和部分相干效应对该类超大跨径桥梁地震反应有相当大的影响。     

Vertical seismic behaviour of suspension bridges

The vertical response of suspension bridges to multi-support seismic excitations is investigated. A frequency-domain random-vibration approach is utilized to take into account not only the differences in ground motion inputs, but also the correlation among the various input motions. The earthquake response of the Golden Gate Suspension Bridge, California, is analysed. The ground motion inputs were taken from an array of time histories recovered from the Imperial Valley, California, earthquake (M_L = 6.6) of 15 October 1979. Mean square displacement, stress and cable tension responses are obtained. An estimation of the expected peak response is made by comparing existing methods to the results of a time-domain analysis; it was found that a peak factor of 3.5 times the r.m.s. response is a good estimate of the expected peak response for this multiple-input seismic problem.     

Earthquake performance assessment and retrofit investigations of two suspension bridges in Istanbul

This paper presents the results from earthquake performance assessment and retrofit investigations for Fatih Sultan Mehmet and Bosporus suspension bridges, with main span lengths of 1090 and 1074 m in Istanbul. In the first part of the study, sophisticated three-dimensional finite element model of two suspension bridges were developed and the results of the free vibration analysis were presented. The models contain detailed structural components of the bridges and geometric non-linearity with cable sagging and stress stiffening, cumber of the deck and set-back of the towers. These components affect the natural frequencies and the corresponding mode shapes of the bridges. In the second part of the study, the seismic performance evaluation of two suspension bridges was undertaken. For performance assessments, non-linear 3-D finite-element time history analysis of with multi-support scenario earthquake excitation was used. Displacements and stresses at critical points of the bridges were investigated. Their earthquake performance under the action of scenario earthquake (site-specific ground motion that would result from the Mw=7.5 scenario earthquake on the Main Marmara Fault) were estimated and comparison with actual design data were also presented. Although both suspension bridges were originally designed for much lower earthquake loads they exhibited satisfactory performance. Finally, suggestions for retrofit need were made and retrofit design with hysteretic dampers for the Bosporus suspension bridge was calculated.