高墩大跨连续刚构桥地震反应的行波效应研究

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1、第2O卷第2期湖南工程学院学报VO1．20．No．22010年6月JournalofHunanInstituteofEngineeringJune2010高墩大跨连续刚构桥地震反应的行波效应研究潘强，方诗圣，程晓东(1．合肥工业大学土木与水利学院，合肥230009；2．安徽省高速公路试验检测科研中心，合肥230601)摘要：运用大型结构分析程序Midas／civiI在地震波作用下，对某一实际高墩大跨连续刚构桥的地震反应的行波效应进行了时程分析的数值模拟，分析了高墩大跨连续桥在顺桥向地震波作用下不同的相位差的行波效应，以及行波效应

2、对桥梁高低墩墩差产生的影响．结果表明：行波效应对高墩大跨连续桥的影响很大，桥梁高低墩墩差越大行波效应越明显，高墩大跨连续桥在抗震设计时应考虑行波效应．关键词：高墩大跨连续桥梁；有限元法；动态时程分析；行波效应；地震反应中图分类号：U442．5文献标识码：A文章编号：1671一ll9X(20lO)02-0082-04近年来，在我国西部高烈度地震区出现了很多高墩大跨结构桥梁，高墩大跨连续梁桥抗震设计是1计算方法结构设计的重要部分，分析其地震反应是该类桥梁设计中重要的环节．许多大跨刚构桥跨径都在100动态时程分析的振动方程为：In以上

3、，而典型的地震波波长为百余米至数百米．[明{x)+[C]{X)+[K](X}一(P)(1)此时，就必须考虑不同地面节点之间的运动相位差，即行波效应问题．在实际工程的结构地震反应分析如果以x，，x分别表示在地震激励下桥梁结构中，地震输入方法常用的是一致激励法，只考虑它们非支承节点的加速度、速度和绝对位移向量，、随时间的变化．这种假定仅对于小跨度桥梁来说适e、K表示相应的质量、阻尼和刚度矩阵；墨，Xb，用[10]．综合高墩大跨结构桥梁抗震研究甚少，大跨，分别表示在地震激励下桥梁结构支承节点的加结构桥梁地震反应的研究比较普遍，例如，黄

4、小国速度、速度和绝对位移向量，则式(1)可以表示为以等[3利用大型结构分析程序ANSYS／TRANSI～下形式：ENT，对地震波三向正交分量独立作用和联合作用下大跨连续刚构桥的地震反应的行波效应进行了时[麓+量+程分析的数值模拟，分析了大跨连续刚构桥在各向振动分量的作用，以及各向振动不同相位差的行波效应；李衷献等[4]基于行波激励下大跨度桥梁地震主)一()反应分析的方法，对某一大跨度的四跨预应力混凝经过一系列公式转换得出：土连续刚构桥进行了行波激励下地震反应的数值模[]{}+[](}+[K]()=一[]拟．张亚辉等[5分析了地震

5、波视波速对体系极值响应的影响，并讨论了动态相对位移和拟静位移分量ER]{x}(3)对体系极值响应的贡献．本文基于以上理论基础，分式(3)就是考虑多点激励和行波效应的桥梁结构的析了高墩大跨连续刚构桥地震反应的行波效应特性运动方程，ER]称为考虑行波和多点激励的地震动以及行波效应对桥梁高低墩墩差的影响．影响矩阵．当把影响矩阵ER]换为单位矩[刀的时候，式(3)就是不考虑多点激励和行波效应的桥梁结收稿日期l2009一l1—14作者简介：潘强(1983一)，男，硕士研究生，研究方向：城市道路与桥梁．第2期潘强等：高墩大跨连续刚构桥地震反

6、应的行波效应研究83构的运动方程3．[睦1iI“2工程概况j嘲"髑睦盥T衄峨—■渊某大桥位于大别山地带，大桥长480．37m，设计为4墩两台共5跨变截面预应力混凝土连续刚构桥(56+114+l40+ll4+50—474m)，2号、05l0：5∞304。惦∞55∞时间(杪)3号墩为双柱矩形薄壁空心墩，高度为82rn和78图2EI—Centro地震波in，属于高墩施工，1号、4号墩为单柱矩形薄壁空心4基本特性动力分析墩高40ITI，桥梁位于半径R一3200In的圆曲线和直线段上．箱梁梁体均采用C50混凝土．箱梁截面分析和认识大跨度高

7、墩梁桥的动力特性是进行设计为单箱单室，2号、3号主墩根部梁高8ITI，1地震反应分析和抗震设计的基础[7’．该桥前1O阶号、4号根部梁高为6m，跨中和边跨现浇段梁高为振型见表1．3．0m，箱梁顶板宽11．8糍m)蠖，底震板宽6．5In，翼缘板表1前lO阶结构自振特性悬臂长2．651TI；箱梁底m下缘按1．泔8次抛物线线形变化．箱梁横桥向顶板设2的横坡，底板水平；该桥纵坡为2．2．3全桥有限元模型以及地震动的输入本桥连续刚构的计算模型按平面刚架体系计算，采用有限元分析方法．在计算模型中，主桥连续刚构共分为228个单元，其中预应力箱

8、梁分为1435计算与分析个单元，全桥有限元模型如图1所示．5．1行波效应在高墩大跨梁桥的影响本文假设地震波自左向右顺桥向传播，从最左端1号墩依次向右传播至2号墩、3号墩、4号墩，计算地震波传播速度分别为200m／s，400m／s，600m／s，1200m／s，本