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。     

拱桥在竖向地震波输入下的行波共振现象

以某大跨公路拱桥为例讨论了行波作用对拱桥地震反应的影响机理.采用有限元程序计算分析了该拱桥在竖向地震动行波输入和一致输入下的动力反应,通过结果对比反映出行波地震反应并不简单随波速单调变化的现象.经过分析进一步提出了行波共振的概念,阐述了行波共振效应的产生机理.数值分析结果表明了考虑行波效应对大跨拱桥地震反应分析的重要性.     

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。     

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。     

地震动差动作用下大跨度空间网壳结构的反应分析

选取100m跨度的双层柱面网壳结构为研究对象,采用时程分析法,分别进行了结构在单向和三向地震行波输入作用下的反应分析,并针对多种视波速情况进行了研究,考查了地震动不同输入情况下结构杆件内力的分布特点,对其进行了对比分析,为大跨网壳结构的抗震设计提供了理论依据。研究表明,考虑行波效应会使结构部分构件内力有一定程度的提高,多维地震作用比单维地震作用下结构的杆件内力大。由此得出结论：对于大跨度空间网壳结构,应该进行多维非一致输入下的地震反应分析;为保证抗震安全,应对可能出现的地面视波速进行全面分析。     

地震动差动下高压输电塔-线体系的纵向反应

考虑地震波以有限波速传播时所引起的地震行波效应,基于建立的高压输电塔-线体系空间有限元模型,利用在多点输入下考虑几何非线性的动力时程分析法,研究了体系纵向地震作用下的反应特性,并和一致地震动输入下的反应情况进行比较。结果表明:行波输入既可以增加又可以降低输电塔的地震反应,这与行波波速、地震动性质、输电塔档距以及输电塔-线体系中导(地)线的松紧程度有关;行波输入使导(地)线跨中竖向位移增加十分明显,但使导(地)线跨中纵向位移减小,同时行波输入使导(地)线的轴力增加十分明显。由此得出结论:高压输电塔-线体系地震反应受行波波速影响很大,考虑地震行波效应的影响是十分必要的。     

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.     

行波激励下大跨度连续刚构桥的地震反应分析

地晨输入问题一直是工程结构抗震研究所关注的焦点。大跨度桥梁结构各地面支承距离较大、延伸较长，进行地震反应分析时应考虑地震波有限波速传播所引起的行波效应。本文基于行波激励下大跨度桥梁地震反应分析的方法，对某一大跨度的四跨预应力混凝土连续刚构桥进行了行波激励下地震反应的数值模拟，并与一致地震激励下的计算结果进行了比较，对该四跨预应力混凝土连续刚构桥的工程建设具有直接的指导意义。     

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。     

行波效应对大跨刚构连续桥梁半主动控制影响分析

给出了地震动行波输入下大跨刚构连续桥梁的半主动控制分析方法,在桥梁支座部位设置磁流变阻尼器,对一座五跨刚构连续桥梁进行了不同视波速行波输入下的半主动控制计算分析. 结果表明,行波效应对该大跨刚构连续桥梁的无控制地震反应、半主动控制地震反应和减震效果均有显著影响,对主梁和桥墩均会在较低视波速地震行波输入时表现出不利影响,并且使半主动控制减震效果明显降低. 因此,在确定半主动控制系统的参数时应考虑地震行波效应的影响以确保控震效果.      

长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥多维地震反应分析

结合长联大跨连续梁桥的特点,以1座(65+123+156+123+10×90+55)m长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥为背景,建立了全桥三维有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了地震动输入模式、地震动强度、摩擦摆支座参数对该桥内力、位移和能量响应的影响。研究结果表明:(1)长联大跨连续梁桥布置摩擦摆支座,可有效延滞固定墩顶有效主梁质量效应,实现全桥协同抗震。大部分地震能量可通过支座滞回耗能散耗,大幅降低了该桥固定墩地震能量耗散需求。(2)长联大跨连续梁桥减隔震设计中,建议采用水平单向+竖向地震组合进行内力设计,采用三向地震组合进行位移设计。(3)强震作用下,支座摩擦因数取0.029~0.034时该桥隔震性能最优。     

Traveling wave effect on the seismic response of a steel arch bridge subjected to near fault ground motions

In the 1990s, several major earthquakes occurred throughout the world, with a common observation that near fault ground motion (NFGM) characteristics had a distinct impact on causing damage to civil engineering structures that could not be predicted by using far field ground motions. Since then, seismic responses of structures under NFGMs have been extensively examined, with most of the studies focusing on structures with relatively short fundamental periods, where the traveling wave effect does not need to be considered. However, for long span bridges, especially arch bridges, the traveling wave (only time delay considered) effect may be very distinct and is therefore important. In this paper, the results from a case study on the seismic response of a steel arch bridge under selected NFGMs is presented by considering the traveling wave effect with variable apparent velocities. The effects of fling step and long period pulses of NFGMs on the seismic responses of the arch bridge are also discussed.     

超大跨度斜拉桥考虑行波效应的地震动随机响应研究

斜拉桥地震反应不同于其它桥型,具有明显的空间耦合效应.利用有限元理论对苏通长江公路大桥的空间抗震性能进行分析,重点研究行波效应对结构响应的影响,并与一致激励计算的结果进行比较,为大跨度斜拉桥抗震分析采用随机方法提供了一定的参考依据.研究结果表明,行波效应对斜拉桥结构内力有显著的影响,大跨度斜拉桥抗震性能分析必须考虑行波效应.而行波效应的影响与结构自身动力特性、视波速、构件位置及研究响应类型(位移与内力)相关.     

行波效应对铁路大跨连续刚构桥地震反应的影响

介绍了模拟地震地面运动的大质量法,推导了大跨度桥梁考虑行波效应的分析模型及解析方法。以大准黄河特大桥为工程背景,选取墩身刚度、地震波视波波速及不同的地震记录为主要参数,进行了考虑行波效应下铁路大跨连续刚构桥的时程反应分析,并与一致激励下的结果进行了对比。系统总结了此类桥梁在行波效应激励下的地震反应特点。本文分析方法和结果对同类桥梁的设计与研究具有一定的参考价值。     

Effects of ground motion spatial variability on the response of cable-stayed bridges

In order to extend our knowledge of the performance of long-span bridges under earthquake loading the effects of spatial variability of ground motion on the structural response of cable-stayed bridges are studied; the result can be useful to practising bridge engineers. The multiple-support excitation analysis is described, and two three-dimensional models representing the modern and future trends in cable-stayed bridge design are utilized to shed some light on salient features of the seismic response characteristics of these modern bridges. In addition, models of steel- and concrete-design alternates of an existing bridge are considered. Differential ground motion records (obtained from dense instrument arrays) are used as synchronous and non-synchronous support motions; in addition, non-dispersive seismic waves travelling along the bridge are considered. The bridge response to non-uniform ground motion is compared to its response to uniform input. An overview of the unique dynamic characteristics of these cable-supported bridges is also presented. Finally, the study, which was used in the seismic design of several existing cable-stayed bridges in U.S. and Canada, indicates that the response quantities may increase substantially from the non-uniform input ground motion, especially for more rigid bridges and for bridges having different dynamic properties of the local soils at the supporting points, but the degree of increase depends upon the specific problem, in particular upon the aspects of span length, rigidity and structural redundancy. Thus, the response to non-uniform input ground motion should be examined for these bridges.     

考虑河谷场地效应的大跨CFST拱桥地震响应分析

本文对某特大跨上承式铁路钢管混凝土拱桥建立“V”型河谷场地有限元动力计算模型,结合时空解耦的时域动力有限元方法,研究“V”型河谷场地效应对其地震响应的影响,并考虑地震入射角、行波速度及地震动峰值等因素对场地效应的影响。结果表明:海拔高且坡度均匀的地形使地震波在反射过程中能量增大,海拔较低且坡度下陡上缓的地形使地震波在反射过程中能量减少,“V”型河谷场地效应使大部分钢管混凝土拱圈截面内力测量值放大作用明显;“V”型河谷场地地形效应与地震波的入射角、行波速度及加速度峰值等因素均有关联,且CFST拱肋面外受弯抗震性能受行波速度的影响较大。因此,钢管混凝土拱桥抗震设计中应注意场地地形效应及行波速度的影响。     

近断层地震动对上承式拱桥动力响应的影响

为了揭示近断层地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的动力响应特点,以西南山区某上承式拱桥为背景,用OpenSEES平台建立了全桥非线性动力分析模型,探讨了近断层地震动的输入方式、脉冲效应和竖向地震动等三个关键因素对桥梁动力响应的影响规律。研究结果表明:地震输入方式对拱圈地震响应的影响较小,但对拱上立柱地震响应的影响很大,尤其是拱顶附近的短立柱,在抗震分析中,建议偏安全地采用三向地震输入方式;脉冲效应对拱桥地震响应的影响非常大,会导致拱圈、拱上立柱和桥面板地震响应大幅增加,桥面板残余平面转角甚至增大6倍以上;竖向地震动对拱圈轴力和面内弯矩、拱上立柱纵向弯矩和剪力的影响很大,拱顶处的面内弯矩放大倍数最大可达2.95,总体来说,采用规范所建议的方法考虑竖向地震是偏保守的。     

多点激励下拱桥竖向地震反应的简化计算方法

以某大跨公路拱桥为例,通过对拱桥在三种行波输入模式下地震反应的对比计算,提出了拱脚行波输入的简化输入方式;利用拱桥结构的对称性特点,提出了多点输入下半拱叠加的简化计算方法。经验证,这一计算方法具有良好的计算精度,可将较为复杂的拱桥多点输入地震反应计算问题,转化为工程技术人员熟悉的一致输入下地震反应计算问题。