多點(diǎn)激勵(lì)下非規(guī)則高墩曲線橋梁地震響應(yīng)試驗(yàn)研究

程麥理　李青寧　閆磊　尹俊紅

摘要：根據(jù)結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)相似理論和大跨結(jié)構(gòu)多點(diǎn)激勵(lì)理論，以某非規(guī)則鋼筋混凝土高墩曲線連續(xù)梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，建立縮尺比為1：20的橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停芯吭摲且?guī)則曲線橋梁模型在地震波多點(diǎn)激勵(lì)作用下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律。研究表明：隨著地震波強(qiáng)度等級(jí)增大，非規(guī)則曲線橋梁結(jié)構(gòu)一階頻率下降速度先快后慢，阻尼基本呈線性增加；非規(guī)則曲線橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)具有明顯的空間性；局部地形效應(yīng)對(duì)曲線橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有放大作用；不同頻譜地震波對(duì)非規(guī)則曲線橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響各異，且差別較大。因此，在非規(guī)則高墩曲線梁橋結(jié)構(gòu)抗震分析中應(yīng)考慮多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)的影響。

關(guān)鍵詞：曲線橋梁；非規(guī)則；多點(diǎn)激勵(lì)；局部地形效應(yīng)；振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

引言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)和西部大開(kāi)發(fā)計(jì)劃戰(zhàn)略的實(shí)施，中國(guó)橋梁建設(shè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。曲線橋梁以優(yōu)美的流線構(gòu)型，靈活多變的線路布置，在工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)曲線橋梁結(jié)構(gòu)的曲率過(guò)大時(shí)，曲梁內(nèi)力將存在嚴(yán)重彎扭耦合，使得結(jié)構(gòu)平面布置表現(xiàn)為非規(guī)則性。在山區(qū)中，由于地勢(shì)起伏，曲線橋梁相鄰橋墩或一聯(lián)內(nèi)的橋墩高度往往存在較大差異，結(jié)構(gòu)在豎向剛度分布不均勻，導(dǎo)致曲線橋梁結(jié)構(gòu)呈豎向不規(guī)則。對(duì)豎向和平面不規(guī)則的曲線橋梁結(jié)構(gòu)在進(jìn)行地震響應(yīng)分析時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形較復(fù)雜，計(jì)算困難。

劉晶波用有限元法結(jié)合修正的透射人工邊界，研究了P波、SV波和Rayleigh波傳播時(shí)局部不規(guī)則地形對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的影響，研究表明局部孤突地形對(duì)地震波有放大效應(yīng)。根據(jù)已掌握的地震現(xiàn)場(chǎng)資料顯示，50 m范圍內(nèi)大跨結(jié)構(gòu)的支承點(diǎn)處接收的地震激勵(lì)可能有較大差異。受局部地形效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)地震激勵(lì)的影響，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析時(shí)，應(yīng)考慮局部場(chǎng)地效應(yīng)的作用。由于局部地形效應(yīng)對(duì)地震波幅值、頻譜和相位的改變，使得大跨度空問(wèn)結(jié)構(gòu)在各支承點(diǎn)處接收的地震激勵(lì)存在差異。文獻(xiàn)對(duì)多點(diǎn)激勵(lì)下大跨度橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)與地震波的輸入方式和橋梁支承點(diǎn)的場(chǎng)地特性有密切關(guān)系。

文獻(xiàn)通過(guò)建立高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁實(shí)體模型，進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究多點(diǎn)激勵(lì)下高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁的地震響應(yīng)。王蕾等利用北京工業(yè)大學(xué)地震模擬振動(dòng)臺(tái)臺(tái)陣系統(tǒng)，研究了考慮局部地形效應(yīng)和多點(diǎn)激勵(lì)作用下曲線橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律。樊珂等利用小型聯(lián)動(dòng)地震模擬振動(dòng)臺(tái)臺(tái)陣系統(tǒng)對(duì)某鋼管混凝土拱橋進(jìn)行了多點(diǎn)激勵(lì)研究。王艷等對(duì)大跨曲線預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的自振特性和抗震性能進(jìn)行了研究。劉保綱通過(guò)對(duì)箱梁進(jìn)行內(nèi)力和變形分析，研究了翹曲扭轉(zhuǎn)對(duì)曲線橋梁主梁變形的影響。

為研究局部地形效應(yīng)對(duì)非規(guī)則高墩曲線梁橋地震響應(yīng)的影響，本文設(shè)計(jì)并制作了縮尺比為1：20的非規(guī)則高墩曲線梁橋結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＝Y(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本原理，建立地震模擬振動(dòng)臺(tái)擴(kuò)展系統(tǒng)，利用該擴(kuò)展系統(tǒng)完成了多點(diǎn)激勵(lì)下非規(guī)則高墩曲線梁橋地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)加速度荷載等級(jí)、動(dòng)力輸入因數(shù)和1#橋墩位移響應(yīng)的關(guān)系，局部地形效應(yīng)對(duì)非規(guī)則曲線橋梁結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)的影響，不同地震波的地震響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行研究，以期得到對(duì)局部地形復(fù)雜的非規(guī)則曲線橋梁抗震設(shè)計(jì)有價(jià)值的結(jié)論。