地震动空间变异性对千米级斜拉桥结构随机地震反应的影响

基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为背景,对超大跨度斜拉桥在随机地震荷载作用下的动力响应展开研究,详细分析地震动空间变化特性对千米级斜拉桥结构动力响应的影响.研究结果表明:相干效应对主梁纵向弯矩影响比较大,尤其是中跨部位;而局部场地效应相对影响较小.对于主梁轴力而言,行波效应影响较为显著,主梁轴力的最大值增大约70%之多,但对竖向剪力并无突出影响.与一致激励比较,行波效应使得跨中竖向位移均方根增大约74%,相干效应为60%,而局部场地效应为13%.对于不同的内力和位移响应,地震动空间变化特性的影响程度和规律不尽相同,必须区别对待,具体问题具体分析.     

地震动空间相干效应对大跨度斜拉桥随机地震反应的影响

随着斜拉桥跨度的增大,地震动空间效应对结构地震反应的影响成为新的研究课题.基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为背景,分析地震动空间相干效应对大跨度斜拉桥地震响应的影响规律.研究表明:考虑地震动相干效应后,结构的内力和位移响应明显增大,且相干效应对主梁和索塔内力与位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析.由此得出结论,对大跨度斜拉桥进行随机地震响应分析时,必须考虑地震动的空间相干效应.     

考虑地震动局部场地效应的大跨度斜拉桥随机地震响应分析

基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为例,研究了局部场地效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响。结果表明:与一致激励相比,局部场地效应对结构的内力和位移影响显著;场地效应对主梁、索塔内力和位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析。     

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。     

大跨度多塔斜拉桥随机地震响应分析

以嘉绍跨江大桥为工程背景,采用ANSYS有限元软件建模对随机地震动作用下大跨度多塔斜拉桥的结构动力响应进行了数值分析。结果显示,三维一致激励下各跨主梁位移响应规律基本一致,但各塔塔底内力差别较大;各塔塔底内力受该塔塔梁约束条件影响较大;同时各塔间塔梁约束方式对塔底内力存在相互影响。此外分析了行波效应对动力响应的影响,表明不同波速对结构地震响应影响较大,且随视波速变化结构响应存在一定的规律性。     

埋地管道-场地地震反应振动台试验研究的场地响应

基于多子台台阵系统,北京工业大学于近期开展了多点地震动输入、不同场地条件下埋地管道振动台试验。试验中连续体模型箱固定于3个振动台台面上,相邻台面上的箱体能在水平双方向(纵向、横向)相对运动;3个振动台相互独立,通过分别对3个振动台输入各自的加速度记录实现了多点地震动输入。本文针对其中的横向水平地震激励作用下的场地响应进行研究,分析了一致和非一致地震作用下有无埋地管线时的场地地震响应规律。试验结果表明,非一致激励作用将增大场地土体的相对位移,致使相邻地震动输入点间场地土体受到剪切作用;随着输入地震动强度的增加,场地土体的一阶固有频率持续降低,阻尼比不断增大;非自由场的阻尼比、一阶固有频率等参数略大于自由场。     

模型储罐三维地震反应振动台试验研究

针对立式钢制模型罐,进行了三维地震激励和一维地震激励振动台的动响应试验研究。结果表明:储罐在三维地震动激励下的反应与一维激励相比,加速度反应、罐壁的应变反应、储罐提离反应具有较明显的放大效应。位移反应在不同地震激励下,其放大效应不同,El Centro波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移放大明显,Taft、天津波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移有放大也有缩小,幅度均不大。由罐壁测点加速度功率谱分析表明:一维激励其峰值频率区域较为集中,主峰突出,能量主要集中于低频区;在三维地震激励下,频率峰值区域明显拉长,峰值点模糊,频率成份十分丰富,表现出多主峰的特点。     

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。     

钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应影响分析

为揭示河谷场地"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"地震响应规律,以京昆高速公路"干海子特大桥"为工程背景,建立其三维有限元动力计算模型;采用有限元与间接边界积分方程耦合法(FEM-IBIEM耦合法)进行场地反应计算,并通过多点激励(改进LMM法)方式进行地震动输入,研究行波效应、局部场地效应对其地震响应影响,并和一致激励进行比较,结果表明:该类桥梁低墩较高墩对地震动更敏感,且在墩高突变区域最为明显;较一致激励和高墩和对应梁跨,行波效应增大其墩底轴力、跨中下弦杆和斜腹杆轴力,但减小其它量测值;低墩和对应梁跨,行波效应减小其墩底弯矩、墩顶位移和跨中位移;较一致激励和行波效应,局部场地效应显著增大了大多桥墩和梁跨的位移和内力,且对墩高突变处低墩、梁跨的放大作用最为明显,因此对于河谷场地中"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"抗震设计,特别是墩高突变区的低墩和梁跨,必须重点考虑局部场地效应的影响。     

三塔长跨斜拉桥振动台试验研究

多塔长跨斜拉桥受力复杂,采用轻质结合梁时结构地震响应更具特点.本文以某主跨为616m的三塔结合梁斜拉桥为工程背景,制作动力缩尺模型进行三台阵振动台试验.在单向一致激励振动台试验的基础上,进行多维激励、多点激励振动台试验,并与数值分析结果进行比较验证.试验结果表明:此结构的基本振型为中塔纵弯与主梁竖弯的耦合振动.纵向一致地震作用下,主塔及主梁均会有较大的地震响应;横向一致地震激励下,中塔地震响应较边塔更为不利.多点激励振动台试验表明,行波效应使得各构件地震响应不同程度增大;最后,通过多维地震激励下试验结果验证了规范中方向组合计算方法的准确性.     

大跨度钢管混凝土拱桥在多维多点地震激励作用下的平稳随机响应

采用虚拟激励法计算了大跨度钢管混凝土拱桥在纵向、竖向、横向、三维多点激励作用下的均方响应,在此基础上探讨了各方向激励及三维激励的多点输入效应对钢管混凝土拱桥地震响应特性的影响。结果表明纵向和竖向激励的多点输入效应对结构响应有明显影响,而横向激励的多点输入效应可忽略。     

地震动位移峰值对斜拉桥地震反应的影响

根据同一加速度反应谱拟合了加速度峰值相同、速度峰值相同、位移峰值不同的两组地震动时程。以大跨斜拉桥的三维模型为例，在以上两组时程的激励下，应用有限元立法，对斜拉桥的地震反应进行了分析。计算结果表明：在弹性阶段，地震动位移峰值时斜拉桥的动力响应影响不明显；但当结构进入弹塑性阶段时，在位移峰值较大的一组地震动激励下，桥梁的墩底弯矩和塔顶位移会有更大的响应。     

非对称单侧混合梁斜拉桥多点激励地震响应分析

以一座主跨为820 m的双塔非对称单侧混合梁斜拉桥为研究对象,对其进行动力特性分析。运用相对运动法进行多点激励地震响应计算,分析行波效应对塔顶、主梁、塔底等关键位置动力响应的影响,同时对比分析入射角方向（即斜拉桥两侧相对方向）对其动力响应的影响。结果表明：与一致激励分析结果相比,多点激励使得主塔内力结果偏小,而使得主梁内力结果偏大;不同入射角地震激励对非对称大跨度斜拉桥的内力也会产生较大影响,内力变化可达20%。因此,在进行该类型非对称混合梁斜拉桥设计中,应考虑非一致激励效应和地震动输入方向的影响因素。     

场地局部效应对地下管线的影响

将实际地震动看作非平稳随机过程,地震动不仅具有时域非平稳性,而且具有频域非平稳性。SMART-1台阵地震记录分析结果已证实,地震时地面上各点在同一时刻的地震动时变自功率谱存在一定的差异。时变自功率谱的差异对地下连续管线的影响还不十分清楚。利用随机振动理论中的虚拟激励法计算了均匀介质中地下连续管线纵向和横向的地震响应,给出了场地局部效应对均匀介质中地下连续管线的影响。分析结果表明,场地局部效应对均匀介质中地下连续管线地震反应的影响很小。因此,实际计算时可忽略场地局部效应。     

考虑场地效应的非一致激励下桥梁地震响应特点分析

本研究拟从常规桥梁（跨径不超过150m且桥长不超过600m）出发,考虑局部场地效应,对某工程场地的地震反应进行三维动力有限元分析。将计算得到的地表地震动作为桥梁桥墩处的非一致输入,然后再通过有限元时程分析计算得到桥梁的地震反应。通过与一致激励及考虑行波效应激励的地震反应计算结果进行比较,得出以下结果:由于局部场地条件对地震动的频谱、峰值加速度都有影响,与一致激励相比,考虑局部场地的非一致激励对于桥梁的下部结构反应影响较小,而对于上部结构响应影响明显;考虑行波效应的非一致激励对于桥梁地震响应有减弱效果。研究结果表明,仅考虑行波效应引起的地震动非一致性开展桥梁地震响应分析并不具备保守性。     

多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析某大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致和非一致激励作用不同地震工况下的空间地震响应。研究结果表明:非一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值出现在拱脚和边墩附近;地震波组合输入较其单向输入拱脚轴力和面内弯矩最大分别可达1.28和8.32倍;非一致输入较一致激励作用拱脚轴力和面内弯矩分别可达2.5和8.4倍;地震波横向输入较纵向输入横向位移峰值比可达2.4倍,纵向输入较横向输入纵向位移峰值比可达2.6倍;结构的支座形式对结构构件地震响应结果也有一定影响;建议大跨度钢桁拱桥抗震设计应充分考虑地震波的空间和时间效应。     

大跨度斜拉桥地震响应非线性时程分析

以有限元分析理论为基础,结合某大跨度斜拉桥工程实例,利用ANSYS软件建立有限元模型,通过修正后的El Centro波分别考虑横向、竖向及纵向输入,采用时程分析方法对其进行地震反应分析.计算分析表明:考虑几何非线性后,结构的内力和位移响应明显增大,且对主梁和索塔内力与位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析.同时表明该桥抗震性能良好,地震荷载不控制设计.由此得出结论,对于斜拉桥这类柔性体系, 不可忽视结构几何非线性的影响.     

大跨度斜拉桥近断层地震响应及减震效果分析

历次震害表明,近断层地震对大量土木工程结构造成了灾难性的破坏。为了研究大跨度斜拉桥的近断层地震响应规律及其减震装置的减震效果,选取3条典型近断层地震波作为地震输入,利用MIDAS CIVIL软件对大跨度斜拉桥的近断层地震响应进行了分析,并对其减震效果进行了探讨。结果表明:大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而大幅度增大,其中速度脉冲效应的影响非常显著;减震措施对纵向近断层地震作用下的减震效果要好于横向地震作用下的效果,且PGV/PGA值越大,减震效果越小。在近断层地震作用下,斜拉桥在考虑减震措施后仍具有较大的梁端位移,需引起足够的重视。     

地震动的空间变异性对多支承结构的影响

导致地震动空间变异性的原因主要在于：几何不相关性效应、行波效应、局部场地条件效应。利用时程分析的方法分析了单跨框架结构和美国Las Vegas市区内某24跨立交桥的简化模型，对地震动空间变异性三个主要因素的单独影响、综合影响分别进行了系统分析。结果表明地震动的空间变异性改变了一致激励下结构的动力反应，并且引入了一致激励情况所不存在的拟静力反应，对结构的总反应具有很大的影响。与较激励的情况相比，结构的反应可能增大，也可能减小，这依赖于结构上截面位置、场地条件和所采用的地震动时程样本。     

大跨度弦支穹顶结构多维多点随机地震响应分析

采用虚拟激励法,以一大跨度弦支穹顶结构—济南奥体中心体育馆为研究对象,考虑结构静力初始状态的影响,分析大跨度弦支穹顶结构多点激励随机地震响应。研究结果表明：大跨度弦支穹顶结构受行波效应与部分相干效应影响显著,考虑地震动空间变化效应使径向杆、环向杆、环索及竖向撑杆控制构件内力增幅约分别达到了50%、39%、27%及150%;其中结构不同类型、不同位置构件提升程度不同,需对具体响应具体分析;考虑地震动多维输入相比单维输入增大达到30%;行波效应与部分相干效应对结构轴力响应的影响程度存在差异;单独考虑行波效应和部分相干效应不能得到结构的最不利响应。由此得出结论：为确保大跨度弦支穹顶结构的安全,必须根据场地条件选取多种可能的地震波视波速,同时考虑部分相干效应的影响进行多维多点随机地震响应分析。