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多点激励下大跨高低墩连续拱桥地震响应分析 本文通过随机地震动场的模拟，分别从一致激励、多点激励及考虑墩高差的多点激励三个不同的地震动输入方式对某高低墩连续拱桥进行地震响应分析的比较，总结高低墩连续拱桥在抗震设计时如何选择地震动的激励方式。 关键词：随机地震动场，一致激励，多点激励，墩高差 地震是一种不可预测的自然灾害，具有突发性、作用大、持时短等特性.中国位于环太平洋地震带和亚欧地震带之间，属于最活跃的地震区之一，历史上的多次地震都给人民带来很多生命和财产损失.桥梁结构是交通工程的生命线，是公路、铁路运输的关键设施.地震后桥梁结构一旦破坏[1]，就会产生严重后果，且修复困难、周期长、费用大，因此提高桥梁结构抵御地震的能力十分必要。随着西部大开发的大力发展，也促进了西部地区的交通快速发展。公路、桥梁大量修建给西部发展提供必要的条件。由于西部多山区，沟谷，山区地形复杂，山高坡陡，修建跨越沟谷，山头的桥梁成为首要解决的任务。因为这些桥梁要跨过河谷或深沟，所以这些桥梁表现为上部结构一般为连续刚构或多跨连续梁的特点，而下部相邻桥墩墩高则相差悬殊，本文对存在墩高差的桥梁进行了一致激励，多点激励和考虑墩高差的多点激励，以此来确保抗震设计的安全性。 1.随机地震动合成理论 1.1 一致地震动输入理论 随机地震动合成的方法可以分为两大类：地震学方法和地震工程学方法[2]。地震学方法侧重物理过程以及震源机制的模拟，它是以弹性位错理论以及格林函数为基础。该方法适用于长周期的地面运动，对高频地震波的研究还处在发展阶段。地震工程学方法总体说是统计学方法，它是以地震动参数统计分析以及随机过程理论为基础，忽略地震波产生传播过程。地震工程学方法对于中、高频地震波是有显著优点的，它可以涵盖地震动的主要特点。但因为该方法是建立在经验统计的基础上的，会受到地震记录的局限性，尤其是低频波记录失真严重，导致该方法不太适用于低频地震波的模拟。该方法可以分为两类：一是拟合目标反应谱法，二是拟合加速度峰值与特定频率法[3-4]。 1.2 ???点地震动输入理论 多点地震动输入是指在随机地震动合成时考虑地面的空间变化（如局部场地效应、行波效应以及相干效应等）的影响[5]。 多点地震动输入是由目标反应谱拟合，通过目标功率谱和相干函数，生成适用于不同类别场地的地震波。主要有Houser 模型[6]，Kanai.Tajimi模型[7]，欧进萍-牛荻涛模型[8]，胡幸贤-周锡元模型[9]，Clough-Penzien功率谱模型[10]，杜修力-陈厚群模型[11]。相干函数模型主要有Harichandran-Vanmarcke相干函数模型[12]，Hao Hong相干函数模型，屈铁军-王君杰-王前信相干函数模型。 1.3 考虑墩高差的多点地震动输入理论 桥梁的墩高差对桥梁的抗震性能的影响主要体现在桥墩多处地层厚度及土层性质差异所致，文献[4]中结合多层土体的传递函数给出了地下地震动反应谱和功率谱模型的推导方法，该文献指出，对地下结构的构筑物或考虑土-结构彼此相互作用时，将地表多点地震动施加于地下结构是不合理的，这会导致结构动力分析结果与客观真实的结果存在较大误差。同样，桥梁在存在一定墩高差是，对桥梁的桥墩施加的地震动如果只考虑桥墩间距的多点地震动输入，而不考虑桥梁的墩高差，同样也是不合理的。本文中采用的考虑墩高差的多点地震动输入理论，即文献[4]中的地下非一致地震动理论。 2 高低墩连续拱桥模态分析 2.1 桥梁模型概况 该桥梁模型为2跨连续拱桥，桥墩固结，两侧桥墩高6m，中间桥墩高19m，墩高差13m。跨径布置为25m+100m+100m+25m。桥模型布置如图2-1和2-2所示。 该桥梁模型梁单元采用B32单元，小于500mm的梁单元采用B31单元，桥面板单元采用S4R。结构自振周期采用的是特征向量法求解，动力方程求解方法采用的是直接积分法。 桥墩1、2、4、5与桥墩3相差的土层参数如表2-1所示： 表2-1 土层参数 土层名称土层厚度 (m)密度 (kg/m3)剪切模量 (MPa)阻尼比素填土3180018.40.05粉土10188076.70.05 图2-1 桥梁模型正视图 图2-2 桥梁模型总体布置图 2.2 桥梁的动力特性分析 桥梁的动力特性分析是桥梁进行地震动响应分析的基础，有助于我们对桥梁地震动响应特性的了解。由结构的模态分析即可得出结构的动力特性，结构体系自振特性的分析是结构抗震分析中非常重要的数据。本节采用abaqus有限元程序对连续拱桥进行模态分析，特征值求解器采用lanczos。表2-2给出了该连续拱桥的前10阶自振频率及自振周期。 表2-2 连续拱桥动力特性 振型12345678910周期/