土_结构相互作用下的桥墩结构地震响应_申彦利

第42卷 第5期2023年 9月 地质科技通报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yV o l .42 N o .5S e p .2023殷鹏程,孙义贤,庞于涛,等.考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响[J ].地质科技通报,2023,42(5):27-35.Y i n P e n g c h e n g ,S u n Y i x i a n ,P a n g Y u t a o ,e t a l .I n f l u e n c e o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f b r i d g e s t r u c t u r e s c o n s i d e r i n gt h e e f f e c t o f t e m p e r a t u r e [J ].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2023,42(5):27-35.基金项目:国家自然科学基金项目(51708527)作者简介:殷鹏程(1983 ),男,高级工程师,主要从事桥梁工程方面工作㊂E -m a i l :p c yi n 0609@163.c o m 通信作者:庞于涛(1988 ),男,副教授,主要从事桥梁抗震方面工作㊂E -m a i l :p a n g y u t a o @c u g.e d u .c n ©E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y .T h i s i s a n o pe n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y -N C -N D l i c e n s e .考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响殷鹏程1,孙义贤2,庞于涛2,王晓伟3,朱维元2(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063;2.中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;3.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092)摘 要:近年来冻土区实际桥梁结构的震害已经表明,冻土的存在会增加桥梁基础的土体侧向刚度,可能会使桥梁结构出现更为严重的地震损伤,然而目前缺乏关于地震作用下冻土桥梁结构的冻土-桩相互作用效应以及相应地震响应规律的研究㊂基于所提出的高效非线性数值模型来考虑地震作用下的冻土-桩基础相互作用效应,推导了冻土深度与地表温度的关系,给出了冻土层的p -y 弹簧非线性数值模拟方法,并选择了多条地震实测记录,研究了地震作用下不同冻土深度对规则桥梁墩柱以及支座地震响应的影响规律㊂结果表明,本研究所采用的高效非线性数值模型较好地模拟了冻土下桥梁结构的抗震性能,且所建立的冻土p -y 弹簧曲线具有很好的准确性㊂当峰值加速度(P G A )较小时,冻土对于桥墩墩底曲率的增幅达20%,而当P G A 较大时,冻土可增加桥墩曲率响应(达185%),使桥墩更易进入屈服㊂当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,支座位移有较大的增加,增加了地震作用下主梁的落梁风险,且冻土可使地震作用下结构体系的最不利部位发生转移㊂研究结果可为我国冻土桥梁结构的抗震性能与相应的抗震设计方法研究提供必要的理论基础与数据支持,这一基础性工作对于推动我国冻土区桥梁工程防灾减灾的发展与工程应用具有重要意义㊂关键词:季节性冻土;桥梁结构;数值模拟;地震响应;温度效应2022-09-06收稿;2023-02-06修回;2023-02-13接受中图分类号:U 445.7+5 文章编号:2096-8523(2023)05-0027-09d o i :10.19509/j .c n k i .d z k q.t b 20220505 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):I n f l u e n c e o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f b r i d ge s t r u c t u r e s c o n s i d e r i n g t h e ef f e c t o f t e m pe r a t u r e Y i n P e n g c h e n g 1,S u n Y i x i a n 2,P a n g Y u t a o 2,W a n g X i a o w e i 3,Z h u W e i yu a n 2(1.C h i n a R a i l w a y S i y u a n S u r v v e y a n d D e s i g n G r o u p C o .,L t d .,W u h a n 430063,C h i n a ;2.F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g ,C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s (W u h a n ),W u h a n 430074,C h i n a ;3.S t a t e K e yL a b o r a t o r y f o r D i s a s t e r R e d u c t i o n i n C i v i l E n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i 200092,C h i n a )A b s t r a c t :[O b je c t i v e ]R e c e n t l y ,t h e s e i s m i c d a m a g e of a n a c t u a l b r i dg e s t r u c t u r e i n a f r o z e n s o i l a r e ah a s s h o w n t h a t t h e p r e s e n c e o f f r o z e n s oi l w i l l i n c r e a s e t h e l a t e r a l s t i f f n e s s o f t h e b r i d ge f o u n d a t i o n ,w h i c h m a y c a u s e m o r e s e r i o u s s e i s m i c d a m a g e t o t h e b r i d ge s t r u c t u r e ,b u t t h e r e i s a l a c k of r e s e a r c h o n t h e f r o -z e n s o i l -p i l e i n t e r a c t i o n e f f e c t o f f r o z e n s o i l b r i dg e s t r u c t u r e s u n d e r s e i s m i c l o a d i n g s a n d th e c o r r e s p o n di n gs e i s m i c r e s p o n s e s .[M e t h o d s ]T h e p r e s e n t p a p e r p r o po s e d e f f i c i e n t n o n l i n e a r n u m e r i c a l m o d e l s t o c o n s i d e r t h e e f f e c t o f t h e f r o z e n s o i l -p i l e i n t e r a c t i o n o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f s t r u c t u r e s .F i r s t ,t h e r e l a t i o n s h i pCopyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年b e t w e e n t h e d e p t h o f f r o z e n s o i l a n d s u r f a c e t e m p e r a t u r e w a s c o n s t r u c t e d.T h e n,t h e p-y s p r i n g m o d e l l i n g a p p r o a c h w a s p r e s e n t e d t o s i m u l a t e t h e s e i s m i c b e h a v i o r o f f r o z e n s o i l.S e v e r a l a s-r e c o r d e d g r o u n d m o t i o n s w e r e s e l e c t e d a s t h e s e i s m i c i n p u t.T h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f p i e r s a n d b e a r i n g s o f r e g u l a r b r i d g e s w i t h d i f-f e r e n t d e p t h s o f f r o z e n s o i l u n d e r s e i s m i c l o a d i n g s w e r e i n v e s t i g a t e d.[R e s u l t s]T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o p o s e d e f f i c i e n t n o n l i n e a r n u m e r i c a l m o d e l c a n b e a d o p t e d t o m o d e l t h e s e i s m i c b e h a v i o r o f b r i d g e s c o n-s i d e r i n g f r o z e n s o i l.A n d t h e p r o p o s e d p-y c u r v e s f o r f r o z e n s o i l c a n a c c u r a t e l y p r e d i c t t h e p-y r e l a t i o n s h i p f r o m t h e e x i s t i n g t e s t s.W h e n t h e P G A i s r e l a t i v e l y s m a l l,t h e p i e r c u r v a t u r e i n c r e a s e s s l i g h t l y;b y c o n-t r a s t,i n t h e c a s e o f l a r g e P G A,f r o z e n s o i l c a n s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e t h e c u r v a t u r e d e m a n d s,w h i c h c a n m a k e t h e p i e r e n t e r i n t o t h e i n e l a s t i c b e h a v i o r.W h e n t h e d e p t h o f f r o z e n s o i l i s s m a l l(t h e t e m p e r a t u r e i s -5ħ),t h e b e a r i n g d i s p l a c e m e n t i n c r e a s e s s i g n i f i c a n t l y,w h i c h i n c r e a s e s t h e p r o b a b i l i t y o f u n s e a t i n g u n-d e r s e i s m i c l o a d i n g s.M o r e o v e r,f r o z e n s o i l c a n t r a n s f e r t o t h e a d v e r s e l o c a t i o n s o f s t r u c t u r a l s y s t e m s u n-d e r s e i s m i c l o a d i n g s.[C o n c l u s i o n]T h e r e f o r e,t h e c o n c l u s i o n s o f t h i s p a p e r c a n p r o v i d e t h e n e c e s s a r y t h e o-r e t i c a l b a s i s a n d d a t a s u p p o r t f o r s t u d y i n g t h e s e i s m i c p e r f o r m a n c e a n d c o r r e s p o n d i n g s e i s m i c d e s i g n m e t h-o d s o f f r o z e n s o i l b r i d g e s t r u c t u r e s i n C h i n a,w h i c h i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e f o r p r o m o t i n g t h e d e v e l o p m e n t a n d e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n o f d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d m i t i g a t i o n o f b r i d g e e n g i n e e r i n g i n f r o z e n s o i l a r e a s i n C h i n a.K e y w o r d s:s e a s o n a l f r o z e n s o i l;b r i d g e s t r u c t u r e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;s e i s m i c r e s p o n s e s;t e m p e r a t u r e e f f e c tR e c e i v e d:2022-09-06;R e v i s e d:2023-02-06;A c c e p t e d:2023-02-13冻土一般分为季节性冻土与常年冻土两类,在我国多数地区广泛存在㊂由于我国地域广阔,北部与西部很多地区四季变化的温度都在20~-40ħ之间,因而在我国季节性冻土分布尤为广泛㊂此外,北部与西部多数冻土地区还位于地震高烈度区域[1]㊂近年来,世界范围内多次强震发生于冬季,比如1964年发生在A l a s k a的P r i n c e W i l l i a m S o u n d 地震(震级为9.2级),1995年的K o b e地震(震级为6.9级)以及2001年的N i s q u a l l y地震(震级为6.8级)㊂这些地震说明桥梁结构极有可能在低温环境下遭受过强震作用㊂在强震作用下,桥梁结构由于低温环境与冻土作用,更易出现地震损伤[2-3]㊂目前关于地震的研究应用[4-6]虽多,但对于冻土区桥梁结构抗震性能的研究较少,在高烈度地区,地震作用控制着桥梁结构的设计,因而有必要研究在地震作用下季节性冻土对桥梁结构抗震性能的影响㊂尽管目前在规范中桥梁抗震设计方法并没有明确低温环境下季节性冻土的影响,但近年来的很多研究[7-11]已经表明冻土可以改变土体的动力本构关系,因而对于桥梁下部结构有着不可忽略的影响㊂S h e l m a n等[9]通过试验研究了冻土的p-y本构曲线,并基于拟静力推导方法对桥梁深基础的性能进行了研究㊂Y a n g等[7]研究了美国A l a s k a季节性冻土的力学特性,并给出了模拟季节性冻土p-y本构的具体参数取值㊂G u等[11]给出了研究嵌固于冻土中的钢管混凝土桩的非线性地震响应的三维有限元模拟方法,并基于直接积分法进行了敏感性分析㊂总的来说,这些研究基本都采用三维实体有限元或者非线性W i n k l e r地基模型来模拟冻土-桥梁结构相互作用㊂尽管三维精细化模型比基于p-y本构的方法更为准确,但多条波的非线性时程动力分析所需的时间巨大,不利于其应用于实际桥梁的抗震设计中㊂三维精细化有限元模型在模拟钢筋混凝土墩柱的动力弹塑性行为时收敛性不好,且计算效率较低㊂另外,目前关于地震作用下冻土对桥梁结构动力响应影响规律的研究还较少,冻土下桥梁结构地震响应的变化规律可以指导我国寒区桥梁结构的抗震设计,对于桥梁结构的抗震安全性有着重要的影响㊂本研究基于p-y方法建立高效数值模型来考虑桥梁结构的土-桩相互作用㊂该模型采用O p e n S e e s软件给出了冻土层的p-y模拟方法,并建立基于一维p-y弹簧㊁二维土体及三维墩柱的非线性数值有限元模型,能够较有效地模拟冻土-桩相互作用㊂基于该数值模型,本研究选择多条地震实测记录,以研究地震作用下不同冻土深度对规则桥梁墩柱以及支座响应的影响规律,旨在为冻土地区桥梁结构的抗震设计提供理论基础与数据储备㊂1桥梁非线性数值分析模型1.1桥墩与支座模拟为了研究冻土对于桥梁结构地震响应的影响规律,本研究选取了典型桥梁桩柱式基础进行研究㊂82Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响该桩柱式桥墩高6.5m ,墩身为圆形截面,直径1.5m ,桩身截面与墩身截面一致,桩身长14m ㊂上部结构为3车道箱梁,宽11m ㊂箱梁与墩柱之间为板式橡胶支座㊂桩基位于6m 深的松砂以及14m 深的密砂中㊂图1给出了桥梁结构的示意图以及相应尺寸,可以看出,规则桥梁每跨结构的材料属性与尺寸均相同,因而本研究截取了其中的一个墩进行分析,从而提高其分析效率㊂图1 桥梁结构的示意图以及相应尺寸(D .桥墩圆形截面直径;φB .桩基砂粒体积分数)F i g .1 S c h e m a t i c o f t h e c o n s i d e r e d b r i d g e s t r u c t u r e a n d t h e c o r r e s p o n d i n g di m e n s i o n s 本研究基于O p e n S e e s 软件建立上述规则桥梁结构的有限元模型,该模型基于一维p -y 弹簧连接二维土体以及三维墩柱,能够很好地模拟土-桩相互作用[12-14],如图2所示㊂在该非线性有限元模型中,桥梁上部结构在模拟中不考虑刚度的影响,而直接采用集中质量进行模拟[15]㊂下部墩柱以及桩基采用基于位移的非线性纤维梁柱单元进行模拟㊂考虑到单位划分对于曲率反映的影响,本研究采用0.5m 一个单元,并在每个纤维单元中采用5个积分点,从而保证模拟数值结果的准确性㊂在纤维梁单元中,结构截面被划分成300个纤维,每个纤维使用了不同的单轴本构模型来模拟钢筋混凝土结构㊂混凝土模型采用C o n c r e t e 02模型,考虑了混凝土拉力与应力软化效应,核心混凝土抗压强度为34M P a ,而钢筋则采用S t e e l 02模型,屈服强度为400M P a ,弹性模量为200G P a ㊂图3给出了不同材料本构模型以及相应取值㊂板式橡胶支座采用双线性模型进行模拟,橡胶的初始刚度由支座面积㊁剪切模量以及支座高度计算确定[16],具体如下:K l =10G At h(1)式中:K l 为初始刚度;t h 为支座高度;G 为支座剪切模量;A 为支座水平面积㊂由于低温环境下橡胶会变硬,从而导致其剪切模量上升㊂根据现行规范,板式橡胶支座在不同地表温度(T s )下剪切模量的具体取值如下:①当T s>-100ħ时,G =2.0ˑ103k N /m ;②当T s >-25ħ时,G =1.5ˑ103k N /m ;③当T s >-10ħ时,G =1.2ˑ103k N /m ;④当T s >0ħ时,G =1.0ˑ103k N /m㊂图2 基于p -y 弹簧的桥梁桩柱式基础高效有限元模型F i g.2 E f f i c i e n t f i n i t e e l e m e n t m o d e l o f t h e p i l e s h a f t f o u n d a t i o n b a s e d o n t h e p -y s p r i n gs 1.2地震波与动力分析为了进行非线性动力时程分析,本研究从P E E R 强震数据库中选取了7条地震动时程记录,具体信息如表1㊂从表1中可以看出,所选取的地震记录震级从6.5~7.3级不等,且地震动强度(峰值加速度(P G A )以及峰值速度(P G V ))均在合理的范围内㊂从图4中可以看到,当P G A 小于0.8g 时,最大的放缩系数小于4.0,因而不会出现地震记录的失真问题,以便后续分析进行地震波调幅㊂当各条波调幅至0.4g 时,各条波的加速度与位移谱由图4给出,可以看出,对于本文所考虑的结构一阶周期位移加速度反应谱下降段,随着自振周期的增加,92Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图3 纤维单元中钢筋和混凝土力学本构模型F i g .3 S t r e s s -s t r a i n r e l a t i o n s h i p of s t e e l a n d c o n c r e t e i n f i b e r e l e m e n t s 表1 选取的7条地震动时程信息T a b l e 1 I n f o r m a t i o n o n t h e s e v e n s e l e c t e d g r o u n d m o t i o n r e c o r d s序号地震名称年份震级测站P G A /gP G V /(c m ㊃s -1)E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 7I m p e r i a l v a l l e y-0619796.5S u pe r s i t i o n h i l l 19876.6L o m a P r i e t a 19897.0L a n d e r s19927.3B r a w l e y A i r po r t 0.2272.98E C C o u n t y C e n t e r F F 0.2053.17E l C e n t r o I m p.C o .C e n t 0.3332.85P a r a c h u t e T e s t S i t e0.2744.58G i l r o y -G a v i l a n C o l l .0.4637.97G i l r o y A r r a y #10.3746.37G i l r o y A r r a y #30.3258.33图4 所选取地震波的反应谱:加速度谱(a )和位移谱(b)F i g .4 R e s p o n s e s p e c t r a o f s e l e c t e d g r o u n d m o t i o n s :a c c e l e r a t i o n s p e c t r a (a )a n d d i s p l a c e m e n t s pe c t r a (b )加速度反应会逐渐减小,而位移反应则会逐渐增大,且选取的7条地震动记录的均值反应谱形状与规范目标谱形状类似,可用于非线性动力时程分析㊂在非线性时程分析中,采用瑞利阻尼,阻尼比为5%,地震波为横桥向输入,基于牛顿迭代算法,并采用基于位移的收敛准则㊂2 冻土参数以及数值模拟2.1冻土深度与冻土参数取值为了研究冻土深度对于桥梁抗震性能的影响,首先需要研究不同温度下冻土深度的大致范围㊂表2给出了不同文献所调查的不同地区的季节性冻土深度H f 与地表温度T s 的关系,可以看出,地表温度与冻土深度比值T s /H f 的均值为-10.66㊂为了方便后续的分析研究,本研究采用近似的T s /H f 比值-10来体现地表温度与冻土深度的关系㊂从现有文献看,我国北部与西部的季节性冻土深度一般为0.5~2.0m ㊂因而本研究考虑了4个冻土工况,分别为:①当T s =-20ħ时,H f =2.0m ;②当T s =-15ħ时,H f =1.5m ;③当T s =-10ħ时,H f=1.0m ;④当T s =-5ħ时,H f =0.5m ㊂另外,需要注意的是,冻土层中温度是不同的,本研究假设温度从地表开始线性增加到冻土层底(该处温度为0ħ)㊂为了体现冻土参数与温度之间的关系,本研究根据文献[10]将冻土的剪切模量G f 与冻土层温度03Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响T 联系在一起,具体如下:v s =-50T +890(2)G f =ρf v 2s (3)式中:v s 为冻土的剪切波速;ρf 为土体密度,本研究取1.9g /c m 3㊂冻土的其他力学参数可由以上两个参数确定㊂表2 不同地区的季节性冻土深度H f 与地表温度T s 的关系T a b l e 2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s e a s o n a l f r o z e n s o i l d e pt h H f a n d s u r f a c e t e m pe r a t u r e T s 资料来源地表温度T s/ħ冻土深度H f /mT s /H f文献[10]-8.02.38-3.36文献[11]-15.81.45-10.90文献[1]-7.00.46-15.21文献[1]-10.00.76-13.16均值-10.662.2冻土数值模拟在本研究中,土体采用二维四节点实体剪切梁单元进行模拟,该单元可以模拟在动力往复荷载下材料的流固耦合响应㊂冻土与砂土分别采用O pe n S e e s 软件中的P I MY 与P D MY 本构模型进行模拟㊂二维土体与梁柱之间采用p -y ,t -z 以及q -z 弹簧进行连接㊂为了保证土体与梁柱之间的网格一致性,土体单元高0.5m ,且土弹簧的间距也为0.5m ㊂当环境温度足够低且土体孔隙之间有足量水体时,冻土颗粒之间的空隙会被冰填满,因而冻土的力学行为在某种程度上可以类比坚硬的黏土㊂基于坚硬黏土的p -y 曲线,本研究中冻土采用如下p -y 曲线,如图5所示㊂p -y 曲线的本构方程如下:图5 本研究所采用的冻土的p -y 曲线F i g .5 S k e t c h o f t h e p r o po s e d p -y c u r v e f o r f r o z e n s o i l p =p u 2(y y m )1/3,y ɤ8y mp =p u ,y >8y m(4)式中:y m 为冻土极限强度一半时桩的挠度;p u 为冻土的极限强度㊂y m 可由下式计算:y m =k m b (5)式中:k m 为常数,即为极限强度的50%时的土体应变ε50;b 为冻土土体位移㊂根据文献[17],冻土的抗压强度(q u )可由以下公式进行计算,具体如下:q u =2.15-0.33T +0.01T 2(6)根据上述公式,本研究所建立的冻土p -y 曲线就可计算得到㊂图6给出了本研究建立的冻土p-y 曲线与现有文献[18]数据的对比,可以看出,本研究所建立的p -y 曲线能够很好地拟合试验所得到的冻土p -y 曲线,具有很好的准确性㊂另外,数值模型中非冻土土体的p -y ,t -z 以及q -z 弹簧可参考文献[14]㊂图6 本研究建立的冻土p -y 曲线与现有文献[18]数据的对比F i g .6 C o m pa r i s o nb e t w e e n t h e p -yc u r v e s f o r f r o z e n s o i l i n t h e l i t e r a t u r e [18]a nd t he r e a l i z a t i o n s i n O pe n S -e e s i n t h i s p a pe r 3 结果与讨论3.1不同冻土深度下结构动力特性的影响本研究基于上述非线性有限元模型,首先基于模态分析了不同冻土深度下桥梁结构的动力特性㊂图7给出了不同冻土深度下桥墩的周期,可以看出,不同冻土深度对不同结构周期的影响并不相同,其中冻土对于一阶侧弯振型影响最大,而对于二阶侧弯与一阶竖向振型影响均相对较小,这是由于冻土层增加了桩柱的侧向约束,使得桥墩整体的侧向刚度增大;此外,结构基本周期随着冻土深度的增加而减少,且增加量逐渐趋于平稳,比如冻土深度为0.5m 时,冻土对一阶周期的影响为7.8%,而当冻土深度为1.5m 以及2.0m 时,冻土对一阶周期的影响分别为16.5%与18.0%,影响幅度逐渐趋向稳定㊂对于常规桥梁而言,一般地震响应由第一阶振型控制,因而冻土层对桥梁结构的动力响应具有显著的影响㊂13Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图7 不同冻土深度对桥梁自振周期的影响F i g .7 E f f e c t o f f r o z e n s o i l d e pt h o n t h e v i b r a t i o n p e r i o d o f b r i d ges 图8 E 3地震波下冻土深度为0,0.5,2.0m 时的桥墩墩顶位移(a )㊁墩底剪力(b )以及墩底弯矩(c)F i g .8 T o p d i s pl a c e m e n t (a ),b o t t o m s h e a r (b )a n d m o -m e n t r e s po n s e s (c )o f p i e r s u n d e r E 3s e i s m i c w a v e w h e n t h e d e p t h o f t h e f r o z e n s o i l i s s e l e c t e d a s 0,0.5,2.0m3.2不同冻土深度下的非线性动力时程响应基于表1所给出的地震时程记录进行调幅,将P G A 缩放到0.4g 作为地震动输入,对桥梁有限元模型进行非线性时程分析㊂图8给出了E 3地震波下冻土深度分别为0,0.5,2.0m 时的桥墩墩顶位移㊁墩底剪力以及墩底弯矩,可以看出,对于位移反应来说,无冻土时桥墩墩顶位移相比有冻土时要大,这是由于冻土增加了桥墩墩底的约束,增加了桥墩侧向刚度,从而导致结构自振周期下降,如图7所示㊂由图4-b 可知,结构自振周期下降可导致结构位移的下降,因而在冻土存在下墩顶位移反应减少㊂同理,对于墩底剪力以及弯矩而言,由于冻土可以降低结构自振周期,且由图4-a 可知,结构自振周期的下降可以增加结构加速度反应,因而冻土深度的增加可以增加墩底的剪力与弯矩反应㊂3.3不同地震动强度的影响由于不同地区抗震设防烈度与地震危险性不同,因而本研究计算了不同地震动强度下冻土对于桥墩与支座响应的影响㊂图9给出了不同地震动强度与温度作用下冻土对桥墩与支座地震响应的影响,可以看出,对于曲率延性系数而言,当P G A 较小时,冻土对于桥墩曲率的增幅达20%,而当P G A 较大时,冻土增加的桥墩曲率响应达185%㊂特别有趣的是,当P G A 等于0.6g 时,在没有冻土时,桥墩并没有进入屈服,而当冻土深度增加时,桥墩不仅进入了屈服,而且曲率延性系数增加了一倍多,达到2.0以上㊂这一现象说明冻土层对于桥梁结构的抗震性能有很大影响㊂对于桥墩而言,冻土层的存在会导致桥墩损伤更容易出现㊂对于支座位移而言,当P G A 较小时,当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,对支座位移有较大的影响,而当冻土深度较大时(温度小于-5ħ),冻土层对于支座位移的影响不大,在冻土深度达到2.0m ,支座位移相比没有冻土层时还略微有些减小㊂当P G A 较大时,可以从图9中看出相似的规律㊂不同的是,当冻土深度较小时,支座位移有约50%的增幅,而当冻土深度较大时,支座位移仅有10%左右的影响㊂这一现象说明,冻土层较浅时,可导致桥梁上部结构在较大地震动强度下产生较大的位移需求,从而导致上部梁体落梁等情况的发生㊂从图7可以看出,冻土层的存在可以使结构的一阶周期下降,而桥墩结构的地震响应基本由第一阶振型控制㊂因而当冻土存在时,结构的位移反应会减少,而力反应会增加㊂在地震动强度较低时(P G A =0.2g ),结构反应基本在弹性范围内,由于结构的曲率延性系数是一个兼顾力与位移的物理量,这时位移的减少与弯矩的增加可使曲率反应在冻土层较薄时有一个略微的增加,随后随即下降,且呈现出先上升后下降的趋势;而当地震动强度较大时(P G A =0.6g ),结构反应位于塑性范围内,这时结构的曲率反应基本由位移决定,因而曲率反应有很大的增加,且随着冻土深度的增加,曲率反应逐渐增加(图9-a)㊂对于支座位移而言,随着冻土层加23Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响厚,由于结构周期的下降,墩顶位移逐渐减少,而支座位移增加,由于低温环境下支座的剪切模量随着温度的增加而增加,因而会出现在冻土层等于0.5 m(T=-5ħ)时,支座位移最大的现象(图9-b)㊂图9不同地震动强度与温度作用下冻土对桥墩与支座地震响应的影响:曲率延性系数(a)和支座位移(b)F i g.9 E f f e c t o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f c o l u m n s a n d b e a r i n g s a t d i f f e r e n t I M l e v e l s a n d t e m p e r-a t u r e s:c u r v a t u r e d u c t i l i t y f a c t o r(a)a n db e a r i n g d i s p l ac e m e n t(b )图10不同上部结构质量下不同冻土深度对墩底曲率延性系数(a)与支座位移响应(b)的影响F i g.10 E f f e c t o f f r o z e n s o i l o n p i e r c u r v a t u r e(a)a n d b e a r i n g d i s p l a c e m e n t(b)u n d e r d i f f e r e n t s u p e r s t r u c t u r e m a s-s e s a n d d i f f e r e n t d e p t h s3.4不同上部结构质量下支座位移的变化规律由于实际桥梁设计中,主梁质量的大小受主梁宽度㊁截面形式以及二期恒载等因素影响而差异较大㊂为考虑不同主梁质量的影响,本研究针对不同的上部梁体质量,对不同地震动下的曲率延性系数和支座位移进行了分析㊂图10给出了上部结构质量分别为100,200,300,400,500t时不同冻土深度对曲率延性系数与支座位移响应最大值的变化情况㊂需要说明的是,表1中给出的是7条地震波的平均值,且每条地震波的强度均为0.4g㊂从图10中可以看出,对于曲率延性系数与支座位移而言,其响应都随着上部结构质量的增加而增加㊂对于曲率延性系数而言,无冻土时上部结构质量所带来的结构响应的增幅较小,这是由于支座所传下来的惯性力并没有很大的改变;而当有冻土层时,曲率延性系数均随着上部结构质量的增加而增加,且上部质量较大时,有冻土层的墩柱更容易进入屈服,这是由于当温度较低时,支座的刚度增大且墩底约束更强,导致上部结构质量更容易参与到结构的动力反应中,从而导致墩底受力更大(图10-a)㊂对于支座位移而言,随着冻土层深度增加,支座位移先增大后减少㊂特别是当冻土层深度为0.5m时,在较大的上部结构质量(400t与500t)下,支座位移分别被放大了约54%与75%,极大地增加了有冻土桥梁结构的落梁风险㊂当温度不是很低时,支座的刚度增加不大,而墩底约束变强,这时墩顶位移变小,导致支座位移极大地增加㊂当温度较低且冻土层较厚时,橡胶支座的刚度也会相应增加,从而降低了地震作用下的支座位移,其甚至小于无冻土层时的支座位移(图10-b)㊂3.5不同冻土深度下墩柱最不利部位由于冻土的存在,桥梁下部结构桩顶部分土体的刚度变大,从而使得下部结构体系的最不利部位发生改变㊂图11给出了E1地震波下墩身与桩身不同部位的曲率响应图,可以看出,当没有冻土时,桩身距桩顶大约2.5倍桩径处结构出现最不利位33Copyright©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年图11E1地震波下墩身与桩身不同部位的曲率响应图F i g.11 C u r v a t u r e r e s p o n s e s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s o f b o t ht h e p i e r a n d p i l e u n d e r t h e E1s e i s m i c w a v e置,这与以前的研究结论[12-14]一致㊂而当冻土层出现时,结构最不利位置从2.5倍桩径处转移到桩顶处㊂从曲率的最大值来看,虽然最不利部位出现了转移,但墩桩体系的最大值下降了,也就是说,在没有冻土的情况下,桩基是桥梁下部结构体系中最不利构件,而有冻土时,墩底与桩顶均为最不利部位㊂对于单个构件而言,有冻土的情况确实使下部结构部分构件更容易出现地震损伤,例如对于桥墩而言,有冻土时,墩底结构响应更大,因而易于出现损伤㊂对于桥梁下部墩柱而言,需要增加截面的相应纵向配筋率来提高墩柱的抗震能力㊂对于整个下部结构体系而言,总体上地震反应是下降的,体系破坏的概率下降了㊂因而,在某种程度上来说,桥址位有冻土存在时是有利于整个下部结构抗震的㊂4结论(1)本研究所建立的高效数值模型能够模拟冻土下桥梁结构的抗震性能,且所建立的p-y曲线能够很好地拟合试验所得到的冻土p-y曲线,具有很好的准确性㊂(2)不同冻土深度对不同结构周期的影响并不相同,其中冻土对于一阶侧弯振型影响最大,而对于二阶侧弯与一阶竖向振型影响均相对较小,不仅结构基本周期随着冻土深度的增加而减少,而且增加量逐渐趋于平稳㊂(3)对于曲率延性系数而言,当P G A较小时,冻土对于桥墩曲率的增加有限,而当P G A较大时,冻土极大地增加了桥墩的曲率响应,使得桥墩更易进入屈服㊂对于支座位移而言,当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,支座位移有较大的增加,极大地增加了落梁风险㊂因而,在实际工程中,不仅需要增加冻土区桥梁墩柱纵筋配筋率,而且需要增加支座的位移能力㊂(4)冻土的存在可以使地震作用下结构体系的最不利部位发生转移,但对于整个下部结构体系而言,总体上结构所受地震响应是下降的,结构体系发生破坏的概率下降了,这点对于实际工程的桩基础设计是有利的㊂本研究主要针对冻土区桥梁结构的地震响应规律,主要讨论地震动不确定性的影响,下一步将会涉及冻土区桥梁结构的抗震设计方法㊂另外,本研究基本基于数值模拟方法,今后需要采用试验与数值模拟相结合的手段,将冻土的力学参数以及桥梁结构的破坏模式等进一步加以研究与分析㊂(所有作者声明不存在利益冲突)参考文献:[1] S r i t h a r a n S,S u l e i m a n M T,W h i t e D J.E f f e c t s o f s e a s o n a lf r e e z i ng o n b r i d g e c o l u m n-f o u n d a t i o n-s o i l i n t e r a c t i o n a n d th ei ri m p l i c a t i o n s[J].E a r t h q u a k e S p e c t r a,2007,23(1),199-222.[2]马巍,周国庆,牛富俊,等.青藏高原重大冻土工程的基础研究进展与展望[J].中国基础科学,2016,18(6):9-19.M a W,Z h o u G Q,N i u F J,e t a l.P r o g r e s s a n d p r o s p e c t o f t h eb a s ic r e s e a r c h o n t h e m a j o r p e r m a f r o s t p r o j e c t s i n t h e Q i n g h a i-T i b e t P l a t e a u[J].C h i n a B a s i c S c i e n c e,2016,18(6):9-19(i nC h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[3]张昊宇,黄勇,汪云龙,等.基于倾斜摄影的野马滩大桥震害位移评价[J].地震工程与工程振动,2022,42(2):89-103.Z h a n g H Y,H u a n g Y,W a n g Y L,e t a l.O b l i q u e p h o t o g r a p h y m o d e l i n g d i s p l a c e m e n t e s t i m a t i o n o f Y e m a t a n B r i d g e s[J].E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g a n d E n g i n e e r i n g V i b r a t i o n,2022,42(2):89-103(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[4]李永乐,陈宇,彭成山,等.地震作用下的灰坝液化特征及其动力稳定性分析:以安阳电厂为例[J].地质科技情报,2002,21(1):83-86.L i Y L,C h e n Y,P e n g C S,e t a l.L i q u e f i e d c h a r a c t e r s a n d d y-n a m i c s t a b i l i t y o f a s h d a m o f t h e A n y a n g P o w e r P l a n t u n d e r t h e a c t i o n o f e a r t h q u a k e[J].G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yI n f o r m a t i o n,2002,21(1):83-86(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b-s t r a c t)[5]付鑫,杜晓峰,官大勇,等.地震沉积学在河流-浅水三角洲沉积相研究中的应用:以渤海海域蓬莱A构造区馆陶组为例[J].地质科技通报,2021,40(3):96-108.F u X,D u X F,G u a n D Y,e t a l.A p p l i c a t i o n o f s e i s m i c s e d i m e n-t o l o g y i n r e s e r v o i r p r e d i c t i o n i n f l u v i a l t o s h a l l o w w a t e r d e l t af a c i e s:A c a s e s t u d y i n G u a n t a o F o r m a t i o n f r o m t h e P e ng l a i As t r u c t u r e a r e a i n B o h a i B a y[J].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,2021,40(3):96-108(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s ha b s t r a c t).[6]高运,徐若时,孙文静.考虑土-结构相互作用下基岩深度对核反应堆厂房基础地震响应的影响[J].地质科技通报,2022,41(2):154-164.G a o Y,X u R S,S u n W J.I n f l u e n c e o f b e d r o c k d e p t h o n t h es e i s m i c r e s p o n s e o f a n u c l e a r r e a c t o r b u i l d i n g f o u n d a t i o n c o n-s i d e r i n g s o i l s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n[J].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2022,41(2):154-164(i n C h i n e s e w i t h43Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响E n g l i s h a b s t r a c t).[7] Y a n g Z J,L i Q,H o r a z d o v s k y J,e t a l.P e r f o r m a n c e a n d d e s i g no f l a t e r a l l y l o a d e d p i l e s i n f r o z e n g r o u n d[J].J o u r n a l o fG e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g,2016,143(5):31-36[8] W o t h e r s p o o n L,S r i t h a r a n S,P e n d e r M,e t a l.I n v e s t i g a t i o n o nt h e i m p a c t o f s e a s o n a l l y f r o z e n s o i l o n s e i s m i c r e s p o n s e o fb r i d g ec o l u m n s[J].J o u r n a l o f B r id ge E n g i n e e r i n g,2010,24(5):473-481.[9] S h e l m a n A,T a n t a l l a J,S r i t h a r a n S,e t a l.C h a r a c t e r i z a t i o n o fs e a s o n a l l y f r o z e n s o i l s f o r s e i s m i c d e s i g n o f f o u n d a t i o n s[J].J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g, 2014,27(8):04014031.[10]Y a n g Z J,S t i l l B,G e X.M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s e a s o n a l l y f r o-z e n a n d p e r m a f r o s t s o i l s a t h i g h s t r a i n r a t e[J].C o l d R e g i o n s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2015,113:12-19.[11]G u Q,Y a n g Z,P e n g Y.P a r a m e t e r s a f f e c t i n g l a t e r a l l y l o a d e dp i l e s i n f r o z e n s o i l s b y a n e f f i c i e n t s e n s i t i v i t y a n a l y s i s m e t h o d [J].C o l d R e g i o n s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2016,121:42-51.[12]W a n g X,S h a f i e e z a d e h A,Y e A.O p t i m a l i n t e n s i t y m e a s u r e s f o rp r o b a b i l i s t i c s e i s m i c d e m a n d m o d e l i n g o f e x t e n d e d p i l e-s h a f t-s u p p o r t e d b r i d g e s i n l i q u e f i e d a n d l a t e r a l l y s p r e a d i n g g r o u n d [J].B u l l e t i n o f E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g,2018,16(1):229-257.[13]W a n g X,P a n g Y,Y e A.P r o b a b i l i s t i c s e i s m i c r e s p o n s e a n a l y s i so f c o a s t a l h i g h w a y b r i d g e s u n d e r s c o u r a n d l i q u e f a c t i o n c o n d i-t i o n s:D o e s t h e h y d r o d y n a m i c e f f e c t m a t t e r?[J].A d v a n c e s i nB r i d g e E n g i n e e r i n g,2020,1(1):1-15.[14]W a n g X,L u o F,S u Z,e t a l.E f f i c i e n t f i n i t e-e l e m e n t m o d e l f o rs e i s m i c r e s p o n s e e s t i m a t i o n o f p i l e s a n d s o i l s i n l i q u e f i e d a n d l a t e r a l l y s p r e a d i n g g r o u n d c o n s i d e r i n g s h e a r l o c a l i z a t i o n[J].I n-t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f G e o m e c h a n i c s,2017,2:1-16. 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[16]P a n g Y,H e W,Z h o n g J.R i s k-b a s e d d e s i g n a n d o p t i m i z a t i o n o fs h a p e m e m o r y a l l o y r e s t r a i n e d s l i d i n g b e a r i n g s f o r h i g h w a yb r i d g e s u n d e r n e a r-f a u l t g r o u n d m o t i o n s[J].E n g i n e e r i n gS t r u c t u r e s,2021,241:112421.[17]H a y n e s F D,K a r a l i u s J A.E f f e c t o f t e m p e r a t u r e o n t h es t r e n g t h o f f r o z e n s i l t[R].H a n o v e r,N H:C R R E L R e p.N o.77-3,C o l d R e g i o n s R e s e a r c h a n d E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y,1977.[18]L i Q,Y a n g Z(J o e y).P-y a p p r o a c h f o r l a t e r a l l y l o a d e d p i l e s i nf r o z e n s i l t[J].J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,2017,143:4017001.53Copyright©博看网. All Rights Reserved.。

相邻梁段周期比对伸缩缝处的碰撞响应分析武芳文;杨草方;薛成凤;申林;李宇;谢礼立【摘要】针对相邻两联连续梁桥伸缩缝处的碰撞现象,基于其周期不一致而表现出的动力差异性,进行动力时程分析,采用直接积分法研究了地震作用下相邻联的非同向振动和伸缩缝处的碰撞响应.分析结果表明:不同周期比的相邻梁体,在地震动作用下产生的碰撞响应不同,加速度峰值小持续时间长的地震波对伸缩缝处的碰撞响应较小;碰撞对严重不同向振动的相邻两联(T2/T1 ＜0.5)的地震响应影响很大,随着相邻两联周期比的增大,碰撞对结构地震反应影响逐渐减小.【期刊名称】《地震研究》【年(卷),期】2015(038)003【总页数】5页(P486-490)【关键词】地震作用;非规则梁桥;周期比;碰撞响应;弯矩;伸缩缝【作者】武芳文;杨草方;薛成凤;申林;李宇;谢礼立【作者单位】长安大学公路学院,陕西西安710064;中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TV3520 引言近几十年来，世界范围内发生了多次地震灾害，造成了巨大的损失，但历次桥梁结构的震害表明:地震作用下的桥梁连接构造处的碰撞以及落梁是引起结构破坏的主要原因。

由于梁式桥结构简单，施工方便，考虑综合效益，当下数量居多，占所有桥梁的比重最大。

因此，小跨径桥梁碰撞效应的研究应该引起重视。

在地震作用下引起的桥梁落梁因素中，相邻联梁段自身周期大小和周期比是重要因素之一。

周光伟等(2012)对行波输入下连续梁桥不同周期的墩梁相对位移碰撞效应进行了分析，指出当周期比较小(T1/T2＜0.5)时，碰撞效应最大，当周期比较大(T1/T2＞0.7)时，碰撞效应较大，而介乎中间的周期比的碰撞效应则较小。

地震作用下桥梁动态响应分析地震是一种破坏力极大的自然灾害，对桥梁等基础设施的安全构成严重威胁。

桥梁作为交通运输的关键节点，其在地震作用下的动态响应特性直接关系到人员生命和财产安全。

因此，深入研究地震作用下桥梁的动态响应具有重要的理论和实际意义。

一、桥梁在地震中的受力特点桥梁在地震作用下主要受到水平地震力和竖向地震力的影响。

水平地震力通常是导致桥梁结构破坏的主要因素，它会使桥梁产生水平位移、弯曲变形和剪切破坏。

竖向地震力虽然相对较小，但在某些情况下也可能引起桥梁的墩柱破坏、支座失效等问题。

此外，地震波的传播特性也会对桥梁的受力产生影响。

地震波包括纵波、横波和面波，它们的传播速度和振动方式不同，使得桥梁在不同部位受到的地震作用存在差异。

例如，面波在地表附近传播，其能量较大，对桥梁基础的影响较为显著。

二、桥梁结构对地震响应的影响1、桥梁的类型和跨度不同类型的桥梁（如梁桥、拱桥、斜拉桥等）在地震作用下的响应有所不同。

一般来说，梁桥的结构相对简单，但其跨度较小，在地震中的变形能力有限；拱桥具有较好的抗压性能，但对水平地震力的抵抗能力相对较弱；斜拉桥由于其复杂的结构体系，地震响应较为复杂，需要进行详细的分析。

桥梁的跨度也是影响地震响应的重要因素。

跨度越大，桥梁的自振周期越长，与地震波的共振可能性就越大，从而导致更大的地震响应。

2、桥墩和桥台的形式桥墩和桥台是桥梁的重要支撑结构，它们的形式和尺寸对地震响应有显著影响。

实心桥墩的抗弯和抗剪能力较强，但在地震作用下容易产生较大的内力；空心桥墩则具有较好的延性，但在强震作用下可能发生局部屈曲。

桥台的类型（如重力式桥台、轻型桥台等）也会影响桥梁与地基的相互作用，进而改变地震响应。

3、支座和伸缩缝支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键部件，其力学性能直接影响桥梁在地震中的变形和受力。

常见的支座类型如板式橡胶支座、盆式支座等，它们在地震中的滑移和变形特性不同，会导致桥梁的地震响应有所差异。

垂直撞击下混凝土框架结构振动响应及其影响因素分析
石祚祥;孙广俊;李鸿晶
【期刊名称】《防灾减灾工程学报》
【年(卷),期】2017(37)5
【摘要】采用ABAQUS有限元分析软件建立了三层三跨混凝土框架结构,研究了撞击位置、撞击质量和初始撞击速度对框架结构动力响应的影响。

研究结果表明:撞击力峰值受初始撞击速度影响最大,其次是撞击质量,而撞击位置影响最小;梁跨中最大挠度和最终挠度受初始撞击速度的影响较大,而撞击位置和撞击质量对其影响较小;当撞击力作用于同层边跨梁时,相邻梁柱节点混凝土拉伸损伤较为严重,而当撞击力作用于同层中跨梁时,整个框架梁柱节点混凝土拉伸损伤相对较轻,但损伤分布相对较广;随着撞击质量和初始撞击速度的增大,整个框架结构损伤越来越严重,框架梁和梁柱节点是主要耗能部位。

【总页数】7页(P815-821)
【作者】石祚祥;孙广俊;李鸿晶
【作者单位】南京工业大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU435
【相关文献】
1.对称撞击下钢筋混凝土框架结构的非线性响应
2.车辆撞击下圆柱桥墩动态响应影响因素分析
3.具有隔震构造的核电站安全壳在强烈地震和大型商用飞机撞击下的
振动响应分析4.侧向撞击作用下空心钢筋混凝土柱动力响应的参数分析5.垂直振动下二元混合颗粒分离的影响因素及能量分析
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动水压力影响下考虑SSI效应的桥墩结构地震响应分析卢华喜;徐路遥;郑孝辉【摘要】基于Morison方程法,采用附加质量考虑动水压力的影响,利用ABAQUS 软件计算平台建立了动水压力作用下刚性地基桥墩和考虑SSI效应的桥墩结构,对动水压力作用下考虑和不考虑SSI效应时桥墩的地震响应进行了比较,分析了考虑SSI效应的桥墩的地震响应随水深的变化规律.结果表明:动水压力作用会增大桥墩的地震响应,其受桥墩入水深度的影响;当考虑SSI效应后,动水压力作用对桥墩自振频率折减和地震响应增大作用有所降低,但仍不能忽视动水压力作用.%Based on the Morison equation method, the influence of the dynamic water pressure was considered by using the additional mass. The rigid foundation bridge pier and the bridge pier structure taking into account SSI effect under the dynamic water pressure were established by using ABAQUS software computing platform. Then the seismic responses of the bridge pier structure with and without consideration of SSI effect were com-pared under the dynamic water pressure.Finally,the change regulation of seismic response of bridge pier at dif-ferent water depths considering SSI effect was analyzed. The research results show that under the dynamic water pressure, the seismic response of the pier increases, and it is influenced by underwater penetration of bridge pier; when considering SSI effect,the dynamic water pressure on the decrease of the natural vibration frequency and the increase of the seismic responses arereduced.However,the dynamic water pressure can not be neglect-ed.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】5页(P9-13)【关键词】Morison方程法;SSI效应(soil-structureinteraction);自振特性;地震响应【作者】卢华喜;徐路遥;郑孝辉【作者单位】华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013;华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013;华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TU311.3中国处于太平洋地震带和欧亚地震带之间，受地理位置影响，我国地震频发且震害严重。

第46卷第11期2013年11月土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEEＲING JOUＲNALVol．46Nov．No．112013基金项目：国家重点基础研究发展“973”计划（2011CB013603）、国家自然科学基金（91315301）作者简介：闫晓宇，博士研究生收稿日期：2013-01-08考虑土-结构相互作用的多跨连续梁桥振动台阵试验研究闫晓宇1李忠献1李勇2杜修力2（1．天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室，天津300072；2．北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京100124）摘要：土-结构相互作用（SSI ）对软土地基上桥梁结构地震响应的影响不可忽略。

通过对一座1ʒ10比例的四跨高架连续梁桥模型的振动台阵试验，系统地分析了SSI 效应对大跨度连续梁桥地震响应的影响规律。

研究表明：顺桥向地震激励下，SSI 效应增大了桥墩变形、墩底受力、墩顶水平加速度及主梁水平加速度，地震响应峰值随剪切波速的减小而单调递增，说明剪切波速是影响SSI 效应的重要因素；桥墩加速度响应、位移响应和应变响应对SSI 效应的敏感程度有所差异，其中加速度响应对SSI 效应最敏感，考虑SSI 效应后增幅最大；SSI 效应将引起支座相对位移的剧烈变化；实时耦联动力子结构试验技术是进行桥梁结构考虑SSI 效应的振动台试验的有效方法。

关键词：连续梁桥；土-结构相互作用；振动台阵试验；地震响应；实时耦联动力子结构试验中图分类号：U448．21文献标识码：A文章编号：1000-131X （2013）11-0098-07Shaking tables test on a long-span continuous girder bridgeconsidering soil-structure interactionYan Xiaoyu 1Li Zhongxian 1Li Yong 2Du Xiuli 2（1．The Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety of the Ministry of Education ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ；2．The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of the Ministry of Education ，Beijing University of Technology ，Beijing 100124，China ）Abstract ：The influence of soil-structure interaction under earthquake excitation should be considered for the bridge-foundation system ，especially for the foundation of soft soil．A 1ʒ10scaled model of a four-span continuous girder bridge was tested on shaking tables to investigate the influence of soil-structure interaction on seismic response of the bridge model．The experimental results indicate that SSI effect increases the dynamic response of the bridge model．The peak of the response monotonously increases as the shear wave velocity decreases ，which shows the shear wave velocity is an important factor influencing the SSI effect．The sensitivity of acceleration ，displacement and strain to SSI effect is significantly different．The acceleration is more sensitive to SSI effect in the longitudinal direction．Furthermore ，SSI effect may cause dramatic changes in the relative displacement of bearings．The test results verify the effectiveness of the real-time dynamic hybrid testing technique．Keywords ：continuous girder bridge ；soil-structure interaction ；shaking tables test ；seismic response ；real-time dynamic hybrid substructure testing E-mail ：zxli@tju．edu．cn引言上部结构破坏是连续梁桥常见的地震灾害之一，常发生在设置伸缩缝的位置。

申彦利职称申报公示材料拟晋职务：副教授所在单位：土木工程学院任教学科：土木工程——————————————————————————————————学历、资历一、毕业证1、博士毕业证，北京交通大学，结构工程，2010年7月二、学位证1、工学博士学位证，授予时间：2010年7月三、现专业技术职务任职资格名称及取得时间现任专业技术职务：讲师；取得时间：2004年10月外语、计算机能力一、外语考试合格时间（免试注明免试原因）博士毕业申报副教授职称免试；二、计算机考试合格时间（免试注明免试原因）博士毕业申报副教授职称免试；专业技术工作经历（能力）一、任现职以来年度考核情况：二、教学质量测评情况：三、高校教师资格证书编号及任教学科：四、（其它材料，如多，序号顺延）一、任现职以来年度考核情况：2005年至2011年，合格；2012年，优秀。

二、教学质量测评情况：09/10学年教学质量测评优秀；11/12学年教学质量测评优秀；三、高校教师资格证书编号：15，任教学科：结构工程。

四、高等学校骨干教师培训证书五、中煤建筑安装工程公司技术中心专家委员会委员聘书六、钢结构省级精品课程业绩成果一、各种荣誉证书或证明材料1、创先争优优秀共产党员，中共河北工程大学委员会，2012年6月2、院优秀共产党员，中共河北工程大学土木工程学院委员会，2011年6月3、院优秀共产党员，中共河北工程大学土木工程学院委员会，2013年6月二、科研获奖情况1、河北省建设行业科学技术进步二等奖奖，第2（证书编号:2005-214-2），2005年6月16日，厅级，河北省建设厅三、科研立项、结项证书及科研成果鉴定，效益证明原件1、复合隔震支座试验研究，第2，2004年，河北省建设厅，结题鉴定2、抗震与隔震体系地震反应的可视化分析与研究，第5，2008年，邯郸市科技局，结题鉴定3、《建筑结构抗震设计》双语教学内容与实践研究，第1，2010年，河北工程大学，结题4、基于CDIO和卓越工程师培养理念的土木工程专业毕业设计质量控制体系研究，第1，2012年，河北工程大学重大教研项目，在研5、近断层地区结构隔震设计实用方法研究，第1，2013年，邯郸市科技局，结题鉴定6、多点激励地震作用下大跨结构的非线性动力研究，第3，2011年，邯郸市科技局，在研7、基于地震预报的社区防灾体系和城市可持续发展防灾街区建设研究，第3，2013年，邯郸市科技局，结题鉴定8、钢筋混凝土结构抗震分析的精细化数值模拟研究，第4，2012年，邯郸市科技局，在研9、基于专业语料库的大学英语教学模式研究，第5，2013年，河北省教育厅，结题10、高耸桥墩动力分析精细化建模与抗震性能评估研究，第1,2013年，河北省自然科学基金青年基金项目，在研，项目编号：E7211、基于性能的高墩桥梁结构抗震性能分析，第1，2013年，国家自然科学基金面上项目，在研，项目编号：论文、著作一、论文1、“模态应变能方法精确性和适用性研究”，《工程力学》，2008年第6期，第1作者（I类期刊，EI 检索），相近2、“基于概率的多点激励地震场强度参数研究”，《工程力学》，2010第1期，第1作者（I类期刊，EI检索），相近3、“近场脉冲型地震作用下结构响应预测研究”，《工程力学》，2011第7期，第1作者（I类期刊，EI检索），相近4、Research on Dynamic Sensitivity Response of Nonlinear Structures. ICEC2009，第1作者（EI&ISTP检索），相近5、Research on Intensity Measures of Simulated Spatial Variation Earthquake Ground Motion. ISISS2009, 第1作者（ISTP检索），相近6、Parameters Observation of Spatial Variation Earthquake Ground Motion. ISEV2009, 第1作者（ISTP检索），相近教学情况科生、专科生、成教生。

隧道方面的自然基金项目摘要1批准号50078002项目名称：隧道工程信息化设计与智能分析方法研究项目类别：面上项目申请代码：E0807项目负责人：乔春生负责人技术职：称教授依托单位：北京交通大学资助年限：01/01/2001 - 01/12/2003 资助经费17(万元) 中文摘要：以新奥法为基础的隧道工程信息化设计思想已提出了几十年，但目前我国隧道设计仍然以工程类比法为主。

这主要是由于信息化设计的各个环节严重脱节，缺乏功能齐全、使用方便、形象直观的计算与分析工具。

针对这一问题，本项目通过理论分析和试验研究，重点进行了隧道工程三维可视化快速仿真方法研究及计算机程序开发、隧道工程监控量测数据智能处理方法和隧道变形预测的智能方法研究。

对有限元求解器进行了改进，使计算速度和效率明显提升；提出了新的地下工程可视化三维建模方法和计算结果的三维可视化方法，以此为基础编写了岩土工程三维有限元可视化仿真程序；首次将以统计学习理论为基础的机器学习新方法- - 支持向量机回归算法引入隧道工程设计，在传统支持向量机一元回归算法基础上，提出了支持向量机多元回归算法和隧道位移反分析与位移预测的智能方法，解决了传统反分析方法需要事先假设围岩力学模型的难题，与人工神经元网络相比，可以较好地解决局部优化、样本数量不足等问题。

通过对浅埋单线电气化铁路隧道的应用证明，这种新的智能分析方法计算误差小，使用方便，可满足现场使用要求。

研究成果将有利于提高我国的隧道建设水平。

中文主题词：隧道工程，可视化计算，支持向量机，反分析，变性预测英文摘要:The informative design iedr of tunnel based on the New Austrilian Tunnel Method has been propsed for decades, but the tunnels of our country is generally designed based on the engineering experience and the performance of existing tunnels in similar ground at present. This is mainly because of disconnect of links for NATM and lack multiple functional, easy to use, computation and analyze tools. In order to improve the actuality mentioned above, some experiments in situ and analytical studies about visual simulation method and software can beused to tunnel engineering as well as intelligent prediction method of tunnel deformation were carried out.A fast three-dimensional finite element simulation method and a visual computing program which can be used to simulate procedures of the tunnel excavation and support was developed. The complex three-dimensional shape models can be built up easily using the program. A new intelligence method for displacement back analysis and prediction of tunnel deformation as well as the design of tunnel shotcrete-bolting support parameters based on support vector machine (SVM) was proposed. It has stronger generalization ability because the SVM theory is based on the minimization of structure risk principle. The algorithm of SVM is a convex quadratic optimization problem, therefore the solution is certainly the global optimum. Different from the classical support vector regression (SVR) algorithm which can only solve the single output variable problem, an improved SVR algorithm is proposed to resolve problemwith multiple output variable regression; the corresponding code is developed in MATLAB. The maximums of relative errors for convergences prediction of the tunnel were not greater than 6.5% and can meet the demands of tunnel engineering. It was found that the Bspline kernel function has better effectiveness compared with the RBF kernel function for prediction of tunnel convergence. Compared with BP network, the improved SVR algorithm makes great improvement in the precision of the design results, and can be employed to the similar engineering situations, the support vector machine is applicable to estimation of tunnel deformation.英文主题词：tunnel engineering;visualized scientific computing;support vector machines;displacement back analysis;deformation prediction2项目编号 50978019项目名称承载地层中隧道开挖影响分区与支护荷载分布的力学机制和计算模型研究项目类型面上项目申报学科1 (E080506) 研究性质资助金额 35.00万元开始日期 2010年1月1日完成日期 2012年12月31日项目摘要在承受附加荷载的地层中开挖隧道是城市地下空间开发过程中的一种常见情况。

公路桥梁工程设施的地震响应与抗震设计地震是一种灾害性极强的自然现象，对于公路桥梁工程设施的安全运行造成了严重挑战。

因此，在公路桥梁的设计和建设中，地震响应和抗震设计是至关重要的。

本文将探讨公路桥梁工程设施的地震响应特点，并介绍一些常用的抗震设计方法。

一、地震对公路桥梁工程设施的影响地震引起的地面运动是公路桥梁工程设施破坏的主要原因之一。

地震波的传播会导致桥梁受到水平和垂直方向的振动，对其结构产生影响。

另外，地震还会引起土体的液化、滑移、侧移等现象，使地基产生沉降或破坏，进而影响桥梁的稳定性和安全性。

二、公路桥梁工程设施的地震响应1. 结构动力响应地震波导致桥梁受到的动力荷载会引起其结构的动态响应。

在地震作用下，桥梁可能发生振动、位移、变形等现象，严重时还可能导致桥梁的破坏。

因此，进行桥梁的动力响应分析是非常重要的。

2. 液化现象在地震中，土壤可能发生液化现象，这是一种会引起土体流动的现象。

液化土壤的产生会导致桩基和软基的沉降，进而影响桥梁的稳定性和承载力。

3. 断层影响地震发生时，断层会发生断裂和滑动，引起地震表面破裂。

如果桥梁建在断层或断层活动区域上，地震断层的影响将对桥梁的安全性造成重大威胁。

三、公路桥梁工程设施的抗震设计1. 地震动参数的确定在进行公路桥梁工程设施的抗震设计时，首先需要确定设计地震动参数。

通过历史地震数据和地震监测仪器的观测数据，可以获得地震动的频谱特性，进而确定设计地震动参数，如设计地震烈度、设计地震加速度等。

2. 结构抗震设计结构抗震设计是为了确保桥梁在地震中具有足够的抗震能力，能够承受并适应地震作用。

在抗震设计中，需要考虑桥梁的结构形式、材料选择、桥梁基础、支座设计等因素。

同时，还需要进行动力响应分析，以评估桥梁的受力性能和变形情况。

3. 基础和地基处理地基的稳定性和安全性对于桥梁的抗震能力至关重要。

在进行抗震设计时，需要对桥梁的基础和地基进行处理，以增强桥梁的稳定性和承载力。

都会使机车和车辆的脱轨系数增大,为保证列车安全平稳通过,列车过桥时应有一个适宜的车速。

参考文献:[1]　曾树谷.铁路轨道动力测试技术[M].北京:中国铁道出版社,1988.[2]　中华人民共和国铁道部.铁路桥梁检定规范[S].北京:中国铁道出版社,1978.[3]　G B5599—85,铁道车辆动力学评定和试验鉴定规范[S].收稿日期:20040219作者简介:刘　兰(1958—)女,工程师。

东营黄河大桥地震反应分析刘　兰(铁道部第一勘测设计院桥隧处　甘肃兰州　730000) 摘　要:采用空间梁单元对东营黄河大桥主桥结构进行模拟,得到其动力特性,采用弹性反应谱理论进行地震反应分析,分别进行相应概率水准下结构的抗震性能验算,为桥梁下部结构提供设计依据。

关键词:公路桥;双幅刚构连续梁桥;动力特性;地震反应;抗震性能 中图分类号:U448121+5;U44215+5 文献标识码:B 文章编号:10042954(2004)080072031　概述在建的东红公路东营黄河大桥位于山东省东营市垦利县境内,距上游东营胜利黄河大桥约416km 。

桥址东距郯城—营口地震带约80km ,西距邢台—河间地震带约170km ,历史上桥位区地震主要来自这两个地震带的强震活动。

本文针对东营黄河大桥主桥施工图设计(116+200+220+200+116)m 双幅刚构连续梁桥,采用弹性反应谱理论进行地震反应分析,为桥梁下部结构提供了设计依据。

2　设计采用地震加速度反应谱根据山东省地震工程研究院提供的《东红公路东营黄河大桥工程场地地震安全性评价报告》,桥址场地地震加速度反应谱为β(T )=1T ≤01041+(βm -1)(T -0104)(T 0-0104)0104<T ≤T 0βmT 0<T ≤T g βm (T g /T )C T g <T ≤8 式中,T 0,T g 为反应谱拐点周期;βm 为反应谱最大值;C 为衰减系数。