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九江长江大桥在多点多维地震激励下的反应分析

第28 卷第9 期《振动与冲击》Vol. 28 No. 9

摘要：拟建的九江长江公路大桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥,全长1 432m,主跨长达768m,应对其进行地震动多点激励分析。首先针对当前被普遍认可的适用于多点激励的位移输入模型中存在的容易但不容忽视的问题介绍了提出的无质量刚性元法,然后基于拟合《公路工程抗震设计规范》反应谱方法生成桥位区的随机非平稳空间地震动场,最后对此大桥进行了多点激励下的地震反应分析。结果表明:纵向激励下,考虑多点输入减小了索塔的底部剪力、底部弯矩和塔顶的节点位移;三向激励下,考虑多点输入可增加也可降低索塔的底部剪力和底部弯矩,剪力最大增加近10%;考虑多点输入增加了塔顶的节点位移,最大增加近100%;考虑多维激励均比仅考虑纵向激励的反应大。由此可看出,对于大跨度斜拉桥地震反应分析,须考虑地震动的多维多点激励。
关键词：地震;差动;斜拉桥;多点激励;规范反应谱
中图分类号：TU311. 3    文献标识码：A     文章编号：

Abstract：The earthquake-induced ground motion is characteristized by comp licated variation in space and time and may be different at dissimilar supports of structures. Relevant sdudies have shown that it is necessary to consider the effects of multi-support excitations for structures, especially for large span structures. The J IUJ IANG Yangtze River highway bridge is a double-tower double-cable-side steel-box-beam cable stayed bridge, with 1432 m full length and 768m main span length. Here, the presented spring impedance method for a current disp lacement inputmodelwas firstly introduced. Spatially variable ground motion time histories were generated by the method of the reponse-spectrum-compatible artificial ground, then the responses of the highway bridge under uniform excitation and multip le support excitations were studied by adop ting the time history analysismethod. From the analysis results, it was found that considering multi-support could decrease the seismic response of the cable tower’s shear force, moment and disp lacement under longitudinal excitation, and the seismic design was favorable for cable stayed bridge; considering multi-support could increase or decrease the seismic response of the cable tower’s shear force andmoment under multi-dimensional excitation, the maximum of shear force might be increased about 10%; considering multi-support could increase the seismic response of the cable tower’s disp lacement under multi-dimensional excitation, the maximum of disp lacementmight be increased about 100%;the response of considering multi-dimensional excitation was larger than that considering longitudinal one only. A conclusion was given that the multi-support and multi-dimensional earthquake excitationsmust be considered in the seismic analysis of the longspan cable stayed bridge.
Key words：earthquake; cable stayed bridge; multip le support excitation; code response spectrum

引言
九江长江公路大桥桥区位于扬子准地台的九江台陷内,桥型为双塔双索面钢箱梁斜拉桥,全长1 432 m,桥梁跨径组合为126 m + 216 m + 768 m + 216 m + 126m,拉索选用低松弛270级钢绞线,索塔与索塔横梁采用C50混凝土,结构模型如图1和2所示,其中图2中的1和6、2和5、3和4依次分别表示过渡支撑、辅助支撑和索塔支撑;经钻探、物探以及资料的综合分析,桥位区的上、中部土层为中硬土,下部各风化岩为坚硬岩石,工程场地类别属Ⅱ类;根据国家标准《中国地震动参数区划图》(GBl8306 - 2001) ,九江地区位于地震动峰值加速度在0. 05g (相当于Ⅵ度)分区内。考虑公元409 - 1972年共发生35次有感地震,且在2005 年11月26日发生了江西九江～瑞昌5. 7级地震,震中烈度为VⅡ度,震中区有大量房屋毁坏,造成了严重的人员伤亡和财产损失,同时考虑到公路大桥建设的重要性,该工程的抗震设防烈度设为7度。
实际地震地面运动具有复杂的时空变异性(例如:行波、相干和局部场地效应) ,这一性质对结构尤其是对大跨结构的动力反应影响更为明显[ 1 - 4 ] ,大跨结构在抗震设计中应考虑多点激励的影响[ 5 - 8 ] 。因此,应当考虑九江长江公路大桥在地震动多点激励下的差动效应。
本文首先针对当前常被用于多点分析的位移输入模型存在的不容忽视的问题,介绍了无质量刚性元法,然后基于拟合规范反应谱法生成非平稳空间地震动场,最后对九江长江公路大桥进行了多点激励下的地震反应分析,并将分析结果与一致激励下的结构反应作以对比, 旨在能够提高该大桥在地震作用下的安全性。

结论
本文根据九江长江公路大桥的场地土生成了目标场地随机非平稳地震动,然后对大桥进行了地震动激励下的动力反应分析,根据以上计算结果可总结如下:
(1) 纵向多点激励对于大桥索塔剪力和弯矩存在一定影响:与纵向一致相比,在某种程度上降低了桥塔的剪力和弯矩,说明考虑纵向一致激励对于设计偏于保守;而对于塔顶位移,纵向多点激励在某种程度明显大于纵向一致激励的反应,则不容忽视。
(2) 三向多点激励对于大桥索塔剪力、弯矩存在一定影响;与三向一致相比,在某种程度既有降低了又有增大了桥塔的剪力,但降低了弯矩,说明考虑三向多点是必要的;而对于塔顶位移,与行波波速关系较大,当波速较小时,三向多点激励在某种程度明显大于三向一致激励的反应, 随着波速的增大, 趋近于三向一致。
(3) 三向多点激励下大桥索塔剪力、弯矩和塔顶位移均大于纵向多点激励,从而可得对于该工程考虑多维是十分必要的。

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