地震作用下大跨高墩梁桥减隔震技术分析的新探讨

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1、地震作用下大跨高墩梁桥减隔震技术分析的新探讨摘要：本文结合近几年来，我国部分地区相继发生的强烈地震，尤其是汶川地震和玉树地震，对大跨高墩梁桥的强烈破坏作用进行了分析，通过对桥梁地震响应的分析方法做了简要的回顾和比较,对大跨度桥梁的地震响应分析特点做了详细说明,对进一步研究提出一些看法。关键词：大跨度；桥梁;地震响应;减隔震；反应谱分析；时程反应分析；静力分析1前言　　地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一，我国是世界上地震活动最强烈的国家之一，根据中国地震局的预测，目前我国大陆已进入了第五个地震活跃期。近几年来，一些国家和我国部分地区相继发生了强

2、烈地震，造成很大的损失。1976年唐山大地震，为7.8级，71座大、中型桥梁、160座小型桥梁、1000余个道路涵洞塌陷裂。遭受震害的铁路桥梁占总数的39.3%，其中严重破坏的占遭受震害的铁路桥梁的45%，致使京山铁路中断。2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川8级强震突然袭来。此次地震中公路交通设施损坏严重,共有19条高速公路、159条国省干线公路、7605条农村公路受损,损毁公路里程47277km,毁坏桥梁5560座,隧道110座。2010年4月14日7点49分，中国西北部青海省玉树藏族自治州玉树县发生7.1级地震。截止到2010

3、年4月20日为止，沿途倒塌房屋随处可见，道路损毁严重，很多路段裂缝明显，最宽处达20厘米左右，正在建筑的桥梁也因为地震成了危桥。玉树结古镇环城路两座大桥梁板错位，路面出现10公分宽裂缝，交通中断。桥梁作为生命线工程的重要组成部分，一旦在地震中发生破坏，会造成巨大的经济损失和社会损失。近年来，桥梁地震震害所带来的教训是深刻的。2常用桥梁减隔震分析方法　　目前，世界各国桥梁隔震设计规范中，隔震桥梁的分析方法主要有反应谱法、非线性时程法和非线性静力法等。　　(1)反应谱分析方法　　弹性反应谱分析方法主要适用于桥形规则的隔震桥梁，即采用隔震设计后，地震

4、响应基本由隔震振型控制的桥梁。　　隔震桥梁的弹性反应谱分析方法同普通桥梁的反应谱分析过程是不同的，具体体现在:①由于隔震装置的非线性特性，必须借助于等效线性化模型才能进行分析;②借助于等效线性化模型进行分析，在分析前无法确定隔震支座在地震作用下发生的位移值，而其等效线性化模型中的等效刚度、等效阻尼比参数均依赖于该位移值，所以整个分析过程是一个迭代过程;③普通桥梁的反应谱分析一般均假设结构各振动周期阻尼比为5%，但对于隔震桥梁，由于整个体系耗能能力不再均匀分布，隔震装置处的耗能能力大，而由其它构件所耗能量相对较少。因此，隔震桥梁各振动周期对应阻尼

5、比是不相同的，基本周期的阻尼比一般较大，约10%~20%，有时甚至更高。这就要求在反应谱分析过程中不但要考虑不同振动模态采用不同的阻尼比，还要考虑不同的阻尼比对弹性反应谱的修正。所以，隔震桥梁的反应谱分析方法比普通桥梁要复杂得多。　　(2)非线性动力时程分析方法　　桥梁结构在罕遇地震作用下，出于经济考虑，一般都允许结构发生弹塑性变形，即结构发生有限损伤，但不允许发生倒塌。从目前使用比较广泛的隔震装置类型来看，其力学特性大多数是非线性的，再考虑到桥墩、连接装置等的非线性，要把握隔震结构在罕遇地震作用下的动力响应特性，比较合理的方法是采用非线性动力

6、时程分析方法。桥梁隔震研究比较先进的国家，其规范中对非线性动力时程分析方法都作了相应的规定。　　同非隔震桥梁相比，隔展桥梁的分析模型有许多不同的特点。第一，对于隔展桥，连接构件包括位移限制装置(如挡块)和在相邻桥面板伸缩缝间设置的连接单元等，对结构响应的影响较大，在设计时应对这些连接构件给予仔细考虑。第二，采用隔展设计后，在设计地震作用下，墩因受隔震装置的保护，不发生非弹性变形(如全保护隔震设计)，因此可用线性单元来描述。第三，由于采用包括桥面梁质量的低频模态隔震，墩的振动类似于底部嵌固顶不受约束的独立结构的振动。因此，有必要考虑桥墩质量和桥墩

7、自身的振动模态。第四，桥面梁虽然常可以模拟成线弹性单元，但应仔细考虑其质量分布和高阶振动模态。此外，同普通桥梁相比，隔震桥梁的非线性动力时程分析中，还需要对减隔震装置的模型进行特殊考虑。　　(3)非线性静力分析　　此方法是基于结构在预先假定的一种分布侧向力作用下，考虑结构中的各种非线性因素，逐步增加结构的受力，直到结构中形成机构为止。在这个分析过程中，可以得到结构的力与变形的全过程曲线。尽管侧向分布力是一种静力荷载，但整个分析过程可以近似地反映结构在地震作用下某一瞬间的动力响应。这里要注意的是，单纯的PUSH一OVER分析并不能直接得到结构的地

8、震响应，而需要与弹性反应谱法、非弹性反应谱法等相结合才行，现在应用比较普遍的是能力谱方法。3桥梁减隔震应用分析　　地震时，作用在桥梁下部结构的惯性力荷