随机地震动场多点激励下宽幅大跨桥梁结构地震响应研究

发布时间：2019-12-06 06:55

【摘要】：为了研究随机地震动场多点激励作用下宽幅大跨桥梁结构的地震响应,基于二维相干模型,考虑地震波非平稳性合成桥址各支承点的人工地震加速度时程波,采用多项式拟合法在时域内对各支承点处的人工合成加速度波进行校正,并对校正前后加速度波的响应谱进行比较校验;随后以某大跨自锚式悬索桥为例,利有限元软件中线性时程分析模块,将所合成的加速度地震波施加于结构,对比研究一致激励与随机地震动多点激励下宽幅大跨桥梁结构的地震响应。分析表明,考虑二维相干和地震波非平稳性合成的各支承点地震加速度时程波可采用多项式拟合法进行基线漂移现象的校正,同时应对修正前后加速度波的反应谱进行比较校验;对于大跨且横桥向支承点相距较远的桥梁结构应考虑横桥向地震波的非一致性。
【图文】：

支承点,单位,位置

整数）；鐖ｍｋ为随机相位角，满足［０，２π］上的均匀分布，且当ｍ≠ｒ或者ｋ≠ｓ时，鐖ｍｋ与鐖ｒｓ相互独立。通过数学变形可得到幅值和相角与功率谱之间的关系（详细推导见文献［１］），那么只要已知需要合成的各点功率谱就可得到各点地震动时程样本。１．３桥址处各支点地震动加速度时程本文以桃花峪黄河大桥主桥为例。该桥为双塔三跨自锚式悬索桥，主跨跨径为４０６ｍ，边跨为１６０ｍ，包含风嘴在内桥面共宽３９ｍ，目前居同类桥型世界第一；各支承点位置见图１所示，其中Ｘ为纵桥向、Ｙ为横桥向，假设地震波的传播方向从１点到６点。图１大桥各支承点位置示意（单位：ｍ）Ｆｉｇ．１Ｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｐｏｉｎｔｓ（Ｕｎｉｔ：ｍ）大桥桥址区地震动反应谱特征周期为０．４５ｓ，根据该桥地震安评报告可知，其地震烈度为Ⅶ度，工程场地土为中软场地土，，５０年超越概率１０％的水平地震动加速度峰值为１６３．８ｇａｌ。依据上述方法，可以得到各支点地震加速度时程曲线。２加速度时程曲线的修正及校验２．１加速度时程曲线修正人工合成地震动的过程中，往往会导致速度和位移的计算结果严重偏离基线，即速度和位移时程第４１３９卷第１期李杰，等：随机地震动场多点激励下宽幅大跨桥梁结构地震响应研究

时程图,支承点,零线漂移,地震波

在地震波结束时不为零，甚至会很大，这就是地震波的基线漂移现象。因此在用这样的地震波时程曲线做地震响应分析之前需要对其进行必要的修正，以排除因基线漂移现象给计算结果造成的影响。修正地震波基线漂移的方法有三种：一是在频域内根据地震波的频谱特性将不合适的频率过滤掉；二是多项式拟合法［１７］；三是将前两种方法结合使用。本文采用多项式拟合法在时域内对各支承点处的人工合成加速度波进行校正［１７］，然后对修正后的加速度波进行二次积分，得到图２中虚线（为修正后各支承点处地震波位移加速度时程曲线）。由图２可以看出，修正后位移时程曲线的基线均回归零点，消除了零线漂移现象。因此，采用多项式拟合法可以有效地消除地震记录或者人工波积分后速度时程、位移时程的零线漂移现象。图２支承点１的位移时程Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙｏｆｓｕｐｐｏｒｔｐｏｉｎｔ１２．２加速度时程曲线的校验虽然经过上述方法的修正很好地解决了位移零线漂移的情况，但并不意味着此方法的正确性，因为对地震波进行修正还有一项重要原则，就是修正过程中不能对原地震时程频谱特性改变过大，否则修正结果可能是不可靠的。根据此原则对本文拟合后的地震波时程数据在频域内进行校核，如图３（限于篇幅仅给出支承点１的反应谱）所示，比较了修正前后加速度波的反应谱（阻尼比取０．０２，周期从０．０２～４ｓ）。从图３中可以看出，修正前后地震波的反映谱偏差非常小，表明校正后的结果是合理可信的。２．３多点地震动加速度时程曲线经过上述方法修正后，图４

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