近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析EI北大核心CSCD

为研究近断层脉冲效应和土-结构相互作用(SSI效应)对大跨斜拉桥地震响应的影响规律,以苏通大桥斜拉桥为研究对象,采用系统化的集总参数模型表征地基土的动力特性,建立了考虑SSI效应的结构动力数值计算模型,计算分析了破裂前方效应脉冲、滑冲效应脉冲和无脉冲三组近断层地震动作用下结构的地震响应。计算结果表明:相对于塔底固结模型,SSI效应降低了斜拉桥自振频率,并改变了高阶振型的产生次序;近断层地震动作用下,SSI效应可增大主塔位移响应,对其内力有削弱作用,并可降低纵桥向激励时主梁的位移和内力响应,但横桥向激励时,脉冲效应地震动作用下SSI效应明显增大了主梁的响应;脉冲效应地震动引起斜拉桥地震响应明显高于无脉冲地震动,滑冲效应主要影响纵桥向激励时主塔响应以及纵桥向(或横桥向)激励下主梁响应,破裂前方效应对横桥向激励下主塔响应影响更加显著。研究成果可为大跨斜拉桥在近断层地震动作用下的抗震设计提供借鉴。     

考虑波速影响的斜拉桥非一致激励地震响应研究

为研究地震波传播速度对大跨度斜拉桥地震响应的影响,以某主跨跨长406 m的双塔钢箱梁斜拉桥为研究对象,建立动力有限元模型。对非一致地震激励输入方法进行理论分析,对比研究了相对运动法、大刚度法和大质量法的计算特点。通过对视波速无穷大时非一致激励法与一致激励法的计算结果进行对比,校验地震动输入方法的正确性。在此基础上,分别选择天津地震波、El Centro地震波和汶川地震波,根据软土区和岩石区地震波传播特点,对视波速在50~4 000 m·s^-1之间的不同波速工况进行计算。结果表明:波速对斜拉桥地震响应有显著影响,软土区视波速对结构影响更加突出,对位于深厚软土区的大跨度斜拉桥进行行波效应分析时,需要关注结构的内力和位移响应,而岩石区仅需关注结构的内力响应。     

考虑界面滑移效应的组合梁自振频率计算的修正折减刚度法

为建立考虑界面滑移效应的组合梁自振频率实用计算方法,将静力折减刚度法与基于Euler梁模型的理论解析结果进行对比,揭示了静力折减刚度法计算组合梁自振频率的局限性。提出了组合梁自振频率计算的修正折减刚度法,拓展了静力折减刚度在动力计算中的适用范围,且有效统一了考虑滑移效应的组合梁静、动力分析中刚度的计算。基于4根跨度3.8m的简支钢-混凝土组合梁的模态试验结果,对修正折减刚度法进行了验证,结果表明：相比于静力折减刚度法,修正折减刚度法在组合梁自振频率计算中的适用范围更广,且计算精度更高;修正折减刚度法的计算精度与解析公式较为接近,且该方法是通过对广为接受的静力折减刚度法进行修正而得到,相比于解析方法更易被工程设计人员接受。     

近断层地震动空间分布特征对斜拉桥地震响应影响

为研究近断层地震动空间分布特征对斜拉桥地震响应的影响规律,以台湾集集地震近断层地震动为研究对象,根据台站与断层的空间相对位置,将 近场波分为破裂前方区域(Forward District,FD)、破裂区域(Middle District,MD)和破裂后方区域(Backward District,BD)三类波,对其进行频谱分析 表明,MD区域和FD区域地震动低频成分显著而BD区域高频成分显著。以某主跨为406m的斜拉桥为依托工程,对三个区域地震动作用下地震响应规律进行对比 研究,计算结果表明三个区域地震响应规律和量值均有显著差异,不同区域结构动力响应与地震动特征参数相关程度迥异。MD区域塔顶纵向位移较BD区域增 加3.03倍,塔底弯矩和剪力增加1.0倍;FD区域塔顶纵向位移较BD区域增加1.06倍,塔底弯矩和剪力较BD区域却分别下降了35.5%和32.2%。基于上述结果, 建议对于位于破裂区域的结构进行抗震设计时,须同时提高强度与变形需求,采用PGV及PGA作为结构动力响应参数的评估指标,还应选择合理地震动方向; 对于破裂前方区域,结构动力响应受输入能和PGA影响显著,须重点控制结构的变形;对于破裂后方区域,应着重提高结构的强度需求,首选断层距及PGV作 为地震动输入的控制参数。