脉冲型地震动对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响分析

碰撞对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响李晰;贾宏宇;李倩;康锐;陈志伟【摘要】为了研究碰撞对山区高墩桥动力响应的影响,以某一大跨度高墩桥体系为原型,充分考虑了碰撞过程中的刚度变化、能量耗散以及桥墩的非线性行为,基于OpenSess平台建立了两种典型桥跨结构的弹塑性动力分析模型.在此基础上,利用所选的天然地震波和人工地震波对比分析了碰撞效应对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响.研究结果表明:碰撞会对高墩桥结构的动力响应产生较为明显的影响,特别是场地条件较差时,其最大改变率为15.86％,桥墩与主梁的连接方式会进一步改变碰撞对桥墩变形的影响程度;相邻结构动力特性差异越大,高墩桥体系发生碰撞的概率就越大,但碰撞次数的增加可能会对桥墩变形起到限制作用,降低桥墩的响应,在确定山区高墩桥体系相邻结构周期比时,既要考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响,还应考虑其对碰撞效应的影响;高墩桥的梁-桥台碰撞主要受地震动作用大小的影响,地震动的强度和相邻结构动力特性的差异均会对梁-梁碰撞产生影响,在对高墩桥进行减撞防撞设计时,应针对不同的碰撞位置采取不同的措施.%To study the effect of pounding on the seismic response of high-pier bridge in mountainous areas,the elastic-plastic dynamic analysis models of two typical bridge structures were established by using the OpenSees framework,based on the prototype of a real high-pier bridge. The variation in stiffness,energy dissipation during the pounding process,and the non-linear behavior of the piers were fully considered in the models. Additionally,the effect of pounding on dynamic responses of a high-pier bridge was analyzed by using the selected natural and artificial ground motions. The results show that pounding can significantly affect thestructural responses,especially for poor site conditions,and the maximum change rate is 15. 86％ . Moreover,the method of connecting the pier and beam further influences the effect of pounding on the pier displacement; A larger difference in dynamic characteristics of adjacent structures corresponds to a larger probability of collision;however,the increasing frequency of pounding may reduce the responses of piers,owing to the restriction effect on the pier deformation. Thus,when selecting the period ratio of adjacent structures,it is necessary to consider its effect on not only the probability of pounding,but also on the degree of effect of pounding. In comparison,beam-abutment pounding is mainly affected by the intensity of ground motions,whereas the beam-beam pounding is influenced by both the intensity of ground motions and the difference in dynamic characteristics of adjacent structures. Therefore,in seismic design,to reduce the pounding of high-pier bridges,it is suggested that different measures should be adopted for different pounding positions.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2018(053)001【总页数】10页(P109-118)【关键词】桥梁工程;高墩桥;弹塑性分析;碰撞;场地条件【作者】李晰;贾宏宇;李倩;康锐;陈志伟【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U442.55在中国西南山区，为了跨越山高谷深的复杂地形，高等级公路及铁路系统中存在大量的高墩桥.高墩桥的主桥部分需要跨越河谷深沟，一般采用墩高较高的连续刚构体系或者连续梁体系，引桥部分一般采用墩高较矮的连续梁体系或者简支梁体系.因此，与常规的多联连续梁桥或者连续刚构桥相比，高墩桥最为显著的特点为墩高相差悬殊，属于不规则桥梁［1］，且其抗震设计已经超出中国现行桥梁抗震规范的适用范围［2］.在以往的地震中，碰撞被认为是导致桥梁结构产生损伤及倒塌的一个重要原因，如在1989年的Loma Prieta地震［3］、1994 年的 Northridge地震、1995年的Kobe地震以及2008年的汶川地震中均有调查表明地震激励所引起的桥梁相邻结构之间的碰撞会使桥梁产生严重的损伤甚至倒塌［4-6］.已有研究表明［7-8］相邻结构动力特性的差别是引起桥梁结构产生碰撞的主要原因，并且美国Caltrans 的抗震规范也建议对于多联桥梁结构，相邻联的周期比应大于0.7.然而由于受地形影响，高墩桥主桥和引桥墩高的显著不同会导致相邻两联桥梁结构的动力特性存在较大差别，使伸缩缝处的相邻梁体更容易发生碰撞.因此，相对于其他形式的桥梁结构，高墩桥在地震作用下的动力响应更容易受到碰撞的影响.在过去的几十年里，碰撞对桥梁结构抗震性能的影响引起了很多学者的关注.大部分学者主要针对常规的多跨简支梁桥［9-10］和多联连续梁桥［11-12］或者连续刚构桥［13-15］进行了研究.但这些已有研究中有关碰撞对桥梁结构动力响应的影响有着不同的观点，有些研究认为碰撞对结构的受力状态不利，有些研究则认为碰撞会减小结构的响应.如Jankowski等［11］对连续梁桥进行了研究，指出碰撞力会显著增大墩底的内力，而Molhotra［12］则指出由于碰撞会耗散一定的能量，不会导致桥墩变形的增加.Chouw和 Hao［14］对多跨连续刚构桥进行了研究，指出碰撞在一定程度上会降低墩底的弯矩响应，DesRoches等［13］则指出碰撞会增大刚度较大结构的动力响应，而减小刚度较小结构的响应，特别是对于相邻结构动力特性相差较大的情形.因此，对于山区高墩桥这类非规则结构，有必要进一步研究碰撞对其地震响应的影响.有关桥梁碰撞的参数研究表明，除了相邻结构刚度比之外，碰撞的模拟方法［16-17］、地震动的施加方式［18-20］、桥墩的非线性行为［10］等因素都会对桥梁结构的碰撞产生影响.但是，当前对高墩桥碰撞效应研究［21-22］没有或者简单考虑了碰撞中的能量耗散、桥梁的非线性行为等因素对桥梁碰撞所产生的影响. 鉴于此，本文以中国西南山区的实际高墩桥梁为原型，建立了两种典型桥跨结构的弹塑性动力分析模型，即连续刚构(主桥)-连续梁桥(引桥)和连续梁桥(主桥)-连续梁桥(引桥)，并考虑了碰撞的能量耗散、桥墩的非线性行为以及不同场地条件等因素.在此基础上，对比分析了碰撞对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响，从而为山区高墩桥的减撞防撞设计提供相应的参考.1 桥梁模型及动力特性1.1 有限元模型建立本文所选的原型桥梁为中国西南山区的一座实际高墩桥，该桥由两联组成，其中，主桥为三跨预应力混凝土刚构桥(跨径组合为88 m+168 m+88 m)，引桥为三跨变截面预应力混凝土连续梁桥(跨径组合为33 m+56 m+33 m)，主梁截面均为单箱单室箱形截面，顶板宽为12 m，底板宽为8 m，且梁高从跨中到支点处按二次抛物线变化.全桥共设5个桥墩，其中:1、2号墩为变截面空心矩形薄壁墩，墩高分别为75 m和103 m;3、4号墩为变截面空心圆角矩形薄壁墩，墩高分别为56 m和75 m，且3号墩为主桥和引桥的共用墩;5号墩为变截面实心圆角矩形重力式桥墩，墩高为19 m.具体桥型布置见图1.图1 全桥布置图Fig.1 Layout of the bridge参照上述原型桥，以OpenSees作为分析平台分别建立了两种典型高墩桥体系的三维弹塑性动力分析模型，即连续刚构-连续梁桥体系(rigid bridge-continuous bridge，R-C)和连续梁桥-连续梁桥体系(continuous bridge-continuous bridge，CC)，有限元模型如图2所示.图2 三维有限元模型示意图Fig.2 Schematic view of 3-D FEA model图2 中:ft为混凝土抗拉强度;Et为混凝土抗拉软化模量;fpc为混凝土28 d抗压强度;E0为混凝土初始弹性模量;εc0为混凝土达到抗拉强度时的应变;fpcU为混凝土残余强度;εU为混凝土残余强度对应的应变;λ为残余应变处的卸载斜拉与初始斜率的比值;σ和ε分别为钢筋的应力和应变;σy和εy分别为钢筋的屈服应力和应变;σ*和ε*分别为归一化的钢筋应力和应变;ζ1和ζ2为控制弹性段向塑性段过渡的参数;δm为最大入侵位移;gp为初始间隙;Fm为最大入侵位移所对应的碰撞力;Kt1和Kt2分别为初始刚度和应变硬化刚度;Keff为等效刚度;F和Fmax分别为支座滑动摩擦力和临界滑动摩擦力;D和Dy分别为支座位移和支座屈服位移.高墩桥的主梁采用基于位移的梁柱单元(displacement-based beam-column element，DBE)结合弹性截面属性来模拟，并采用给单元两节点赋予不同截面属性的方法来考虑主梁截面高度沿纵向的变化.桥墩采用基于力的梁柱单元(forcebased beam-column element，FBE)结合纤维截面属性来模拟地震中可能出现的非线性行为.图2给出了桥墩纤维截面的划分示意，无约束混凝土和约束混凝土的材料特性基于kent-scott-park模型［23］，钢筋的材料特性基于giuffré-menegottopinto model with isotropic strain hardening 模型［24］，支座采用连接单元来模拟，其滑动向的非线性行为采用双线性滞回材料来模拟.此外，为了研究在地震中可能发生的梁-梁碰撞以及梁-桥台碰撞，采用Hertz-damp模型来模拟碰撞效应，并充分考虑了碰撞过程中的能量耗散以及碰撞刚度的变化，如图3(a).图中:kh为Hertzdamp理论模型的碰撞刚度，且相关参数依据《公路桥梁抗震设计细则》［2］的规定进行取值.图3 Hertz-damp模型Fig.3 Hertz-damp model为了方便在有限元软件中使用Hertz-damp模型，Muthukumar［25］给出了基于 Hertz-damp 理论模型的简化模型.该简化模型为双线性刚度接触模型，其碰撞力-位移关系如图3(b)所示.简化模型的参数主要包括Kt1，Kt2以及δy，这些主要参数都需要通过对Hertz-damp理论模型进行等效来确定.对于本文的桥梁结构体系，Hertz-damp理论模型中关键参数的精确值需要通过试验或者基于实体模型的数值分析获得，但为了简化建模过程，通常也可以参照已有文献的经验值进行取值.因此，本文依据文献［25］有关Hertz-damper模型在混凝土桥梁结构中应用的研究结果，对碰撞模型的关键参数进行取值，并计算得到其它特征参数.相关参数的取值及计算结果如表1所示.表中:e为回归系数;n为Hertz系数;a为屈服参数.表1 Hertz-damp简化模型特征参数Tab.1 Properties of Simplified Hertz-damp model特征参数取值Kh/(kip·(i n3/2) －1) 25 000(868 kN/mm3/2)3/2e 0.8 δm/mm 16 a 0.1 δy/mm 1.6 Keff/(kN·mm－1) 3 472 Kt1/(kN·mm－1)8 472 Kt2/kN·mm－1) 2 916 gp/mm 100 n1.2 桥梁结构动力特性对于本文所研究的高墩桥，主梁和桥墩(台)的连接分为3种形式，即墩梁固结、固定支座及单向滑动支座，因此主梁和桥墩(台)之间的横向位移均被约束，碰撞的主要形式为纵桥向的梁-梁碰撞和梁-桥台碰撞.鉴于此，本文主要研究在纵向地震激励下碰撞对桥梁结构动力响应的影响.桥梁结构纵向的模态信息如表2所示.从表2中可以看出，R-C体系中主桥和引桥的频率比为0.69，C-C体系中主桥和引桥的频率比为0.58，这说明高墩桥体系中相邻结构的动力特性相差较大，在地震激励下容易产生非一致振动.表2 桥梁结构纵向模态信息Tab.2 Longitudinal modes of bridge structure桥梁模型主桥频率fM/Hz引桥频率fA/Hz频率比fM/fA R-C 体系 0.75 1.08 0.69 C-C 体系 0.63 1.08 0.582 地震波激励与工况设置本节所选的地震波分为人工地震波和天然地震记录两类，并考虑了不同的场地条件(硬场、中硬场和软场).为了考虑地震动的随机性，同一场地条件分别选取了3条人工合成地震波和3条天然地震记录.对人工地震波，文献［26］所提供的方法来合成与目标谱相匹配的人工地震波.该方法基于所选的功率谱密度函数和包络函数对随机过程进行迭代修正来生成人工地震波.其中功率谱密度函数依据目标反应谱获得，包络函数采用Jennings提出的分段模型.本文将中国《公路桥梁抗震设计细则》［2］所规定的设计反应谱作为目标反应谱，不同场地条件下的目标谱如图4(a)所示，所生成的人工地震波与目标谱的匹配情况如图4(b)～(d)所示.图4 目标反应谱与所选地震激励反应谱Fig.4 Target spectra and response spectra of selected ground motions本文的天然地震记录均来自PEER 强震数据库［27］，使用者可通过确定目标反应谱及描述地震动的基本特性就可以挑选出一系列与目标反应谱相匹配的地震加速度时程.对于所选地震动与目标反应谱的匹配程度，采用均方误差MSE来衡量，其基于地震记录的加速度谱与目标谱在感兴趣的周期范围内所对应的加速度谱值来计算，并且越小的MSE值表明所选地震动与目标谱有更好的匹配.表3给出了所选地震记录的详细信息.表3 所选地震动详细信息Tab.3 Detail of selected ground motions场地类型编号地震名称时间震级记录点 MSE 放大系数RSN1614 Duzce Turkey 1999 7.14 Lamont 1061 0.104 1 1.981 5硬场RSN1633 Manjil Iran 1990 7.37 Abbar 0.087 2 0.447 1 RSN4869 Chuetsu-oki 2007 6.80 Ojiya City 0.106 1 1.682 9 RSN3757 Landers 1992 7.28 North Palm Springs Fire Sta#36 0.122 0 2.114 3中硬场RSN4848 Chuetsu-oki 2007 6.80 Joetsu Ogataku 0.074 6 1.303 4 RSN5783 Iwate 2008 6.90 Semine Kurihara City 0.095 0 1.802 3 RSN169 Imperial Valley-06 1979 6.53 Delta 0.051 2 1.071 9软场RSN172 Imperial Valley-06 1979 6.53 El Centro Array#1 0.070 6 3.041 2 RSN728 Superstition Hills-02 1987 6.54 Westmorland Fire Sta 0.048 9 1.275 1从表3可以看出，所选地震动具有较低的MSE值(0.048 9～0.122 0)，说明其与目标谱匹配较好，这从图4(b)～(d)中也可以看出.各场地条件下典型的人工地震波加速度时程如图5(a)所示.各场地条件下典型的天然地震记录加速度时程曲线及加速度峰值PGA如图5(b)所示.图5 各场地条件下典型地震波Fig.5 Typical ground motions for each site condition由于本文主要研究碰撞对高墩桥弹塑性动力响应的影响，因此只在纵桥向施加了地震激励.基于所选地震动，共进行了36次计算，具体工况如表4所示.表4 工况列表Tab.4 Case details编号地震动类型场地类型桥梁类型碰撞效应1～18 人工地震动(3条)、天然地震动(3条)硬场、中硬场、软场R-C、C-C 不考虑19～36 人工地震动(3条)、天然地震动(3条)硬场、中硬场、软场R-C、C-C 考虑3 结果分析为了说明碰撞效应对结构响应的影响，本文定义了结构响应的改变率R=100(Rp－Rnp)/Rnp，其中:Rp为考虑碰撞效应时结构的响应;Rnp为不考虑碰撞效应时结构的响应.R为正值表示碰撞效应导致结构响应增大，反之则表示碰撞效应导致结构响应减小.3.1 不同场地条件下碰撞对高墩桥动力响应的影响图6、7分别给出了两种高墩桥结构体系在考虑碰撞和不考虑碰撞两种情形下的结构响应对比.从图6(a)和图7(a)可以看出，碰撞效应会对两种结构体系中的桥墩位移产生较为明显的影响，场地条件越差，碰撞效应对其的影响就越明显.从表5也可以看出:对于R-C结构体系和C-C结构体系，1号墩相对位移的最大改变率分别为6.36%与－8.77%;2号墩相对位移的最大改变率分别为6.86%和3.94%;3号墩相对位移的最大改变率分别为2.12%和－3.89%;4号墩相对位移的最大改变率分别为－10.50%和－12.81%;5号墩相对位移的最大改变率分别为－2.86%和－2.53%.图6 R-C结构体系响应对比Fig.6 Response comparison of R-C structure system从图6(b)和图7(b)可以看出，碰撞效应也会对两种体系结构中的支座位移产生较为显著的影响，场地条件越差，影响越为显著.对于R-C结构体系和C-C结构体系，支座位移的最大改变率分别为－13.17%和－15.86%，如表 6 所示.图7 C-C结构体系响应对比Fig.7 Response comparison of C-C structure system表5 桥墩相对位移改变率Tab.5 Change rate of pier displacement %墩号场地类型 R-C体系C-C体系连接类型改变率连接类型改变率硬场1.06－5.00P1中硬场软场固结6.36 4.97固定－6.20－8.77硬场0.771.02 P2中硬场软场结6.86 5.35活动0.84 3.94硬场－1.59－3.89 P3中硬场软场活动－1.92 2.12活动0.56 1.68硬场－1.16－1.24 P4中硬场软场定－4.06－10.50固定－5.49－12.81硬场0.00－0.87 P5中硬场软场动－2.86－0.20活动1.45 2.53以上结果表明碰撞效应会对高墩桥结构的响应产生较为明显的影响在抗震设计中应引起重视，特别是在场地条件较差的情形，否则可能会错误的估计结构的响应.从图6(a)、图7(a)及表5还可以看出，对于墩梁固结的桥墩(R-C结构体系中的1号墩、2号墩)，碰撞效应会较为明显的增大其相对位移，最大改变率为6.86%.对墩顶设置固定支座的桥墩(R-C结构体系中的4号墩以及C-C体系中的1号墩、4号墩)，碰撞效应会较为明显的降低其相对位移，最大改变率为－12.81%.对墩顶设置活动支座的桥墩(R-C结构系统中的3号墩、5号墩以及C-C体系中的2号墩、3号墩、5号墩)，碰撞效应不会对其产生较为明显的影响.产生这些现象的原因可以解释为:对墩梁固结以及墩底设置固定支座的桥墩，碰撞力可以通过这些连接传递至桥墩，因而会对桥墩的变形产生较为明显的影响;对墩顶设置活动支座的桥墩，无论碰撞力的大小，作用于墩顶位置的水平力均不会超过活动支座的滑动摩擦力，因此，碰撞力对此类桥墩的变形影响较小.这些现象说明碰撞效应对桥墩相对位移的影响大小及程度与桥墩同主梁的连接方式有较为密切的关系.在对高墩桥进行抗震设计时有必要对支座的类型及布置方式进行优化.表6 支座位移改变率Tab.6 Change rate of bearings %支座场地类型 R-C体系 C-C体系硬场－0.01 －4.53 M1中硬场 7.90 －1.94软场 6.40 －4.92硬场 0.62 －4.14 M2中硬场 2.07 －0.17软场 0.60 －7.57硬场－1.21 －7.53 M3中硬场－3.00 －7.99软场－10.29 －12.76硬场－1.86 －6.53M4中硬场－6.99 －5.09软场－13.17 －4.62硬场－1.82 －0.54 M5中硬场－5.08 －8.39软场－11.63 －15.86硬场—－1.16 M6中硬场—－8.23软场—－14.453.2 碰撞对不同结构体系高墩桥影响的差异对比图6(a)和图7(a)可以看出，碰撞效应较为明显地增大了R-C结构体系主桥部分的桥墩相对位移(1号墩、2号墩)，而较为明显地降低了C-C结构体系主桥部分的桥墩相对位移(1号墩)，产生这种现象的原因可以依据结构的响应时程来解释.图8分别给出了R-C结构体系和C-C结构体系的桥墩位移时程和碰撞力时程.为了方便解释，将不考虑碰撞时的桥墩位移D，而考虑碰撞时的桥墩位移Dp.从图8(a)和(b)可以看出，当主梁与桥台发生碰撞时，由于碰撞的限制作用使指向桥台方向的主桥桥墩位移Dp要明显小于D，但在碰撞力和地震动的联合作用下，相反方向的桥墩位移可能会增大.如果下一次碰撞(梁与梁碰撞)发生在桥墩位移Dp小于D时，碰撞将会阻碍Dp继续增大，表现为碰撞作用降低了桥墩的位移(如图8(a)).如果下一次碰撞发生在Dp大于D时，虽然碰撞依然会限制桥墩位移继续增大，但此时桥墩位移Dp已经超过D，其表现为碰撞作用增大了桥墩位移(如图8(b)).这是因为碰撞会限制结构当前方向的变形，但同时可能联合地震作用增大相反方向的结构变形，此时碰撞对结构峰值位移的影响主要取决于第2次碰撞发生的时间.对比图8(a)和(b)可以看出，由于C-C结构体系中相邻结构的动力特性差异更大(如表5)，其发生梁-梁碰撞的概率要明显大于R-C结构体系，使碰撞的限制作用更容易在桥墩位移Dp小于D时发生，从而导致在考虑碰撞效应后，R-C结构体系的响应表现为增大而C-C结构体系的响应表现为减小.表7给出了两种结构体系中各碰撞位置处的最大碰撞力以及发生碰撞次数，其中，碰撞次数是指结构在6条地震波作用下(6个工况)引起结构发生碰撞的工况数.图8 桥墩相对位移及碰撞力时程对比图Fig.8 Comparison of piers relativedisplacements and pounding forces从表7可以看出，C-C结构体系的碰撞次数较多，但其碰撞力要小于R-C结构体系.这可以解释为:由于碰撞次数较多，碰撞对C-C结构体系变形的限制作用更为明显，同时在碰撞过程中发生的能量耗散也更多，使C-C结构体系在发生碰撞时的碰撞力降低.以上这些现象均说明虽然减小相邻结构的动力特性差异可以降低碰撞发生的概率，但有可能提高碰撞的强度及其对结构响应的放大的作用，从而对结构产生不利影响.因此在确定高墩桥结构体系的相邻结构周期比时，不能只考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响，还应考虑其对碰撞效应的影响，避免出现碰撞次数减小而碰撞强度及结构响应增大的情况.从表7还可以看出，对于梁-梁碰撞(B-B)，C-C结构体系的发生次数要明显高于R-C结构体系，这是由于C-C结构体系相邻结构的刚度差别要大于R-C结构体系，从而使其相邻结构更容易产生不同步振动.而对于梁-桥台碰撞(A-B1和A-B2)，两种结构体系的碰撞次数在同种场地条件下基本相同，这是因为桥台被假设为固定点，梁与桥台是否碰撞只取决于其自身结构振动幅值的大小.此外，还可以发现场地条件越差，两种结构体系发生碰撞的次数就越多，且碰撞力越大，这是因为场地条件会对地震动的幅值产生较为明显的影响.这些现象表明:对梁-桥台碰撞，其主要受地震动作用大小的影响，对梁-梁碰撞，不但与地震动的大小有关，还与相邻结构的动力特性相关，因此在进行减撞防撞设计时，应针对不同的碰撞位置采取不同的措施.表7 最大碰撞力及碰撞次数Tab.7 Details of maximum pounding force and pounding frequencyR-C结构体系C-C结构体系场地类型碰撞位置最大碰撞力/kN碰撞次数/次最大碰撞力/kN碰撞次数/次B-B 3.33×104 1 3.25×104 5硬场A1-B 5.88×104 2 1.02×105 6 A2-B 2.19×104 1 1.40×104 1 B-B9.48×104 3 7.53×104 6中硬场A1-B 1.53×105 5 1.31×104 5 A2-B8.78×104 3 8.56×104 4 B-B 1.53×105 5 1.02×105 6软场A1-B2.14×105 6 1.31×105 6 A2-B 1.33×105 5 9.80×104 64 结论在充分考虑碰撞的刚度变化、能量耗散以及桥墩非线性行为的基础上，以两类典型的高墩桥结构体系为例，研究了碰撞对高墩桥动力响应的影响.得出如下结论: (1)与不考虑碰撞的情形相比较，碰撞会对高墩桥结构的弹塑性动力响应产生较为明显的影响，特别是结构所处场地较差时，其最大改变率为15.86%.在抗震设计中应充分考虑碰撞效应带来的影响，否则会错误的估计结构的响应.(2)桥墩与主梁的连接方式会改变碰撞效应对桥墩变形的影响大小和程度，即碰撞会对墩梁固结以及墩顶设置固定支座的桥墩产生较大影响而不会对墩顶设置滑动支座的桥墩产生明显影响.在进行高墩桥的减撞防撞设计时应考虑桥墩与主梁的连接方式对碰撞效应的影响，从而对支座的类型及布置形式进行优化.(3)随着相邻结构动力特性差异的增大，其发生碰撞的概率也会增大，但由于碰撞对桥墩变形的限制作用，反而会降低桥墩的动力响应.因此在确定高墩桥结构体系的相邻结构周期比时，不但要考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响，还应考虑其对碰撞效应的影响，即碰撞力的大小以及碰撞对结构响应的放大和缩小作用，从而避免出现碰撞次数减小而碰撞强度及结构响应增大的情况.(4)梁-桥台碰撞主要受地震动作用大小的影响，而地震动的强度和相邻结构动力特性的差异都会对梁-梁碰撞产生影响，在对高墩桥进行减撞防撞设计时，应针对不同的碰撞位置采取不同的措施.参考文献:【相关文献】［1］宋晓东，李建中.山区桥梁的抗震概念设计［J］.地震工程与工程振动，2004，24(1):92-96.Song Xiaodong，Li Jianzhong.Seismic conceptual design for mountain bridges［J］.Earthquake Engineering and Engineering Vibration ，2004，24(1):92-96.［2］中华人民共和国交通运输部.JTG/T B02-01—2008公路桥梁抗震设计细则［S］.北京:重庆交通科研设计院，2008.［3］ LEW H S.Performance of structures during the loma prieta earthquake of October 17，1989［M］.Washington D C:NIST SP 778，1990:5-7.［4］ MOEHLE J 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近断层脉冲型地震作用下大跨拱桥动力响应分析徐略勤;袁茂均;左英;沈正璇;徐粒寒【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2024(43)9【摘要】为了研究近断层脉冲型地震动的速度脉冲特性和参数对大跨拱桥动力响应的影响规律,首先引入分解叠加(record-decomposition incorporation,RDI)法合成人工近断层脉冲型地震动,对比研究了不同等效脉冲模型的准确性,进而优化和验证了合成方法;然后以某大跨拱桥为工程背景,采用优化后的RDI方法合成了具有不同参数特征的人工近断层地震动,探讨了脉冲成分与残余分量对拱桥动力响应的影响机制;最后研究了不同脉冲参数对拱桥动力响应的影响规律。

研究表明:优化后的RDI合成方法能有效模拟原始近断层脉冲型地震动,并得到具有不同脉冲参数的人工地震动;近断层地震记录的高频成分对拱桥结构动力响应具有显著的不利影响;随着脉冲幅值的增大,向前方向性效应和滑冲效应对拱桥动力响应的影响均明显增大;随着脉冲周期的增大,两种脉冲效应对拱桥动力响应均有显著的不利影响;对于脉冲个数的影响,双向脉冲的近断层地震动相比多向脉冲会引起拱桥更大的面内响应。

【总页数】12页(P94-104)【作者】徐略勤;袁茂均;左英;沈正璇;徐粒寒【作者单位】重庆交通大学土木工程学院;重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】U442.55【相关文献】1.近断层地震作用下大跨CFST拱桥的动力稳定性2.近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析3.近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统响应分析4.近断层脉冲型地震动作用下带限位装置滑移隔震结构动力响应分析5.近断层脉冲型地震动作用下“先滑后限”的滑移隔震结构动力响应分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

地震动速度脉冲对巨型结构体系地震响应影响研究李祥秀;李小军;刘爱文;贺秋梅;王玉石【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2017(039)005【摘要】The seismic responses of the seismic,isolation,and smart isolation systems of a mega structure were calculated and comparatively analyzed.Four groups of actual strong motion records with velocity pulses and corresponding synthetic time histories of ground motion with the same acceleration response spectra but without velocity pulses were used as ground motion inputs.Then,the influence of ground motion with and without velocity pulses on the mega structure under different control strategies was discussed.The results show that the seismic response of the mega structure's underground motion with a velocity pulse is greater than that without velocity pulse;in addition,the velocity pulse of near-fault ground motion has some negative impact on the seismic response of its seismic,isolation,and smart isolation systems.Though a mega structure with intelligent control system is more sensitive to ground motion with a velocity pulse,it can effectively reduce the displacement of the isolation layer.%以巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系为研究对象,选择4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,采用数值分析方法分别计算在有、无速度脉冲的地震动激励下三种结构体系的地震响应,探讨地震动的速度脉冲对巨型结构体系在不同控制策略下地震响应的影响.研究结果表明:三种结构体系在速度脉冲型地震动作用下的地震响应大部分要大于无速度脉冲型的地震响应,近断层地震动的速度脉冲对巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系的地震响应均有一定的不利影响.智能隔震体系对速度脉冲地震动较为敏感,但能有效地减小隔震层位移.【总页数】10页(P843-852)【作者】李祥秀;李小军;刘爱文;贺秋梅;王玉石【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081;北京工业大学建筑工程学院,北京100022;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TU352.1【相关文献】1.地震动速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响 [J], 喻隽雅;袁万城;党新志2.地震动速度脉冲对巨型结构体系地震响应影响研究 [J], 李祥秀;李小军;刘爱文;贺秋梅;王玉石;;;;;;3.地震动强度及近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响 [J], 李碧雄;廖桥;曾小灵;陈斌4.地震动速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响 [J], 喻隽雅;袁万城;党新志;;;5.考虑速度脉冲型地震动的实际高层隔震结构地震响应研究水 [J], 李瑞东;宋廷苏;王林建因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高墩桥梁地震响应分析王克海,李　茜(交通部公路科学研究所,北京100088)摘　要:近年来,高墩桥梁越来越多地在西部强震地区被采用,并且多采用简支梁桥、连续梁桥和刚构桥。

对具有高墩的某桥梁工程进行高墩桥梁抗震性能分析,研究高墩动力特性和地震响应特点。

并通过适当的改变结构形式降低桥墩的地震响应,达到较好的减震效果,可为高墩桥梁的建设和抗震设计提供参考。

关键词:高墩;刚构桥;地震响应分析;减震中图分类号:U442.55文献标识码:A文章编号:1671-7767(2006)01-0041-03收稿日期:2005-08-18基金项目:西部交通建设科技项目(200231800028)作者简介:王克海(1964-),男,副研究员,1987年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业,工学学士,1992年毕业于兰州铁道学院结构研究所结构力学专业,工学硕士,1999年毕业于北方交通大学土木工程专业,工学博士。

0　引　言近年来,我国交通基础建设迅速发展,在西南和西北地区兴建了大量桥梁,为了跨越深沟险壑,采用高墩桥梁不可避免,而且桥墩的高度也越来越高,有的甚至超过百米,例如云南元江-墨黑高等级公路上的桥梁,陕西禹门口-阎良高速公路上的桥梁,桥墩最高高度达到了120m 以上。

大陆地区有80%以上破坏性地震集中在西藏、青海、新疆、云南和四川地区。

目前,国内外缺乏高墩桥梁经受地震的经验,震后修复困难[1],而合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大地减轻甚至避免震害的产生[2]。

因此,详细地分析高墩桥梁地震响应,对提出高墩桥梁合理的抗震设计方法是十分必要的。

调查结果表明,这些高墩桥梁多为简支梁桥、连续梁桥和刚构桥[3],本文将对某一高墩梁桥工程实例进行地震响应分析,研究高墩梁桥的地震响应特点,为高墩梁桥的建设、设计提供参考。

1　刚构桥动力特性及地震响应分析1.1　计算模型主桥为4跨预应力混凝土刚构桥,最大跨度200m 。

主梁为单室单箱截面,桥面宽13.5m ,梁高按二次抛物线变化。

近断层地震方向脉冲效应对高速铁路桥梁弹塑性反应的影响陈令坤;张楠;胡超;徐庆元【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2013(032)015【摘要】基于PEER-NAG强震数据库,采用ANSYS分析软件、ANSYS-APDL语言和弯矩曲率关系计算程序,以高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,建立了近断层脉冲型地震作用下的高速铁路桥梁全桥模型,考虑了轨道不平顺的影响,分析了结构的自振特性,计算了近/远断层地震作用下桥梁的弹塑性地震响应.计算结果表明,近断层方向脉冲型地震作用下的墩底的荷载-变形曲线呈现中间加强的特点,此时需要桥墩有更强的能量释放能力和较好的延性要求,相比远断层地震而言,近断层方向脉冲型地震作用下墩底梁体位移、墩顶位移以及墩底弯矩增大,且导致更大的塑形变形；远断层地震趋向于能量的逐渐释放过程并与较少的滞回环损伤疲劳相联系；由于近断层地震动方向脉冲效应的影响,在一些地震动的某些时段内,对结构破坏起控制作用的因素是速度或位移而不是峰值加速度；由于近断层地震较大的竖向地震动,导致梁体竖向挠度比远断层地震增加较多,《铁路工程抗震设计规范》等取竖向地震为横向的2/3左右,会导致竖向动力响应偏小,建议取竖向地震动的合理范围进行计算较为妥当.【总页数】8页(P149-155,167)【作者】陈令坤;张楠;胡超;徐庆元【作者单位】扬州大学建筑科学与工程学院,扬州225127;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;扬州大学建筑科学与工程学院,扬州225127;中南大学土木工程学院,长沙410075【正文语种】中文【中图分类】U448.13【相关文献】1.近断层地震方向脉冲效应对高速铁路桥梁弹塑性反应的影响 [J], 李文哲2.高速铁路桥梁方向脉冲型近断层地震反应分析 [J], 陈令坤;张楠;蒋丽忠;陈格威3.近断层地震脉冲效应对大跨度桥梁地震响应的影响 [J], 段昕智;徐艳;李建中4.近断层地震速度脉冲效应对桥墩地震反应的影响 [J], 李新乐;朱晞5.圆端型墩高速铁路桥梁的弹塑性地震反应分析 [J], 陈令坤;蒋丽忠;王丽萍;罗波夫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析一、本文概述《水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析》这篇文章主要探讨了水平地震作用对桩—土—上部结构体系的影响，并详细分析了这一复杂系统在地震作用下的弹塑性动力相互作用。

本文旨在深入理解地震时桩—土—上部结构体系的动态行为，为工程实践提供理论依据和指导，以提高结构的抗震性能。

本文首先介绍了地震作用下桩—土—上部结构体系的研究背景和意义，阐述了国内外在该领域的研究现状和发展趋势。

接着，文章对桩—土—上部结构体系的弹塑性动力相互作用进行了理论分析，包括桩土相互作用、地震波的传播与散射、结构的动力响应等方面。

在理论分析的基础上，本文进行了数值模拟和实验研究。

通过建立合理的数值模型，模拟了不同地震波作用下的桩—土—上部结构体系的动态响应过程，得到了结构的地震反应特性和破坏模式。

同时，结合实验数据，验证了数值模拟的有效性，并对模拟结果进行了深入分析。

本文总结了地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用的研究成果，指出了现有研究的不足和未来研究方向。

文章强调了在实际工程中应考虑桩土相互作用的影响，合理设计抗震结构，以提高结构的整体抗震性能。

通过本文的研究，可以为工程师和科研人员提供有益的参考，推动桩—土—上部结构体系抗震设计方法的改进和完善，为保障人民生命财产安全和提高建筑行业的可持续发展水平做出贡献。

二、桩—土—上部结构相互作用的基本理论桩—土—上部结构的相互作用是一个复杂且关键的动力学问题，涉及到地震波传播、土壤动力学、结构动力学等多个领域。

在水平地震作用下，土壤对桩的约束和桩对土壤的支撑形成了相互作用力，这些力通过桩传递到上部结构，进而影响整个系统的动力响应。

桩—土相互作用的理论基础主要是基于土的动力学特性和桩土之间的接触关系。

土壤在地震作用下的行为受到其本身的物理特性（如密度、弹性模量、泊松比等）和动力特性（如阻尼比、剪切波速等）的影响。

近断层地震速度脉冲效应对桥墩地震反应的影响
李新乐;朱晞
【期刊名称】《北京交通大学学报》
【年(卷),期】2004(028)001
【摘要】近断层地震动的速度脉冲效应对结构抗震提出了更高的要求,结合典型的近断层地震记录分析了速度脉冲的基本特性,并对人工近断层地震动的速度脉冲模
型进行研究,讨论了典型模型的参数,在此基础上推荐了一种模型参数确定方法,并结合桥墩算例说明了速度脉冲效应对地震反应的影响及推荐模型参数的合理性.
【总页数】6页(P11-16)
【作者】李新乐;朱晞
【作者单位】北京交通大学,土木建筑工程学院,北京,100044;北京交通大学,土木建筑工程学院,北京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】P315
【相关文献】
1.地震动速度脉冲对高温气冷堆核电厂地震反应的影响 [J], 贺秋梅;李小军;李亚琦;周伯昌;张江伟;傅磊
2.近断层地震速度脉冲对层间隔震结构响应影响的振动台试验研究 [J], 韩淼;孟令帅;杜红凯
3.近断层地震动速度脉冲之桥梁地震反应敏感参数分析 [J], 李新乐;窦慧娟;孙建刚
4.近断层速度脉冲向前方向性效应和滑冲效应对巨-子结构体系地震反应的影响 [J],
王瑶;谭平;李祥秀;杨奎
5.近断层地震破裂方向性效应对装配式混凝土桥墩抗震性能影响试验研究 [J], 陈彦江;梁金宝;许维炳;辛光涛;郭子鹏;苏鹏
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地震作用下大跨高墩梁桥减隔震技术分析的新探讨
屈若枫;李志鹏;李亚杰
【期刊名称】《城市建设》
【年(卷),期】2010(000)004
【摘要】本文结合近几年来，我国部分地区相继发生的强烈地震，尤其是汶川地震和玉树地震，对大跨高墩梁桥的强烈破坏作用进行了分析，通过对桥梁地震响应的分析方法做了简要的回顾和比较，对大跨度桥梁的地震响应分析特点做了详细说明，对进一步研究提出一些看法。

【总页数】2页(P335-335,337)
【作者】屈若枫;李志鹏;李亚杰
【作者单位】中国地质大学武汉工程学院,430074
【正文语种】中文
【中图分类】D632.5
【相关文献】
1.地震作用下高墩大跨连续刚构桥的非线性动力稳定性能研究 [J], 张倩;莫建超;孙建鹏
2.竖向地震作用下大跨柔性高墩连续刚构桥动力响应研究 [J], 张志明
3.罕遇地震作用下高墩大跨连续刚构桥地震响应分析 [J], 谭冠生
4.地震作用下大跨高墩梁桥减隔震技术分析的新探讨 [J], 屈若枫;李志鹏;李亚杰
5.地震作用下高墩大跨矮塔斜拉桥动力特性分析 [J], 王岩
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| 发展与创新 | Development and Innovation·240·2020年第20期考虑近场脉冲型地震作用的桥梁抗震及强度指标选取分析徐天妮（兰州工业学院土木工程学院，甘肃 兰州 730050）摘 要：明确近场脉冲型地震动的特征可为近场地区桥梁结构的抗震设计提供指导。

为此，文章通过分析近场脉冲型地震动的3个强度指标与桥梁最大响应之间的相关性，探讨桥梁结构抗震分析时强度指标的选取问题。

分析结果表明场地类别和震源机制不同，桥梁结构的最大响应呈现出明显的不同，且地震动强度指标与桥梁最大响应的相关程度不同。

因此，建议在今后进行近场脉冲型地震作用下桥梁结构抗震设计时，应根据桥梁结构自振周期、场地类别及地震的震源机制进行地震动强度指标的选取。

关键词：近场脉冲型地震动；场地类别；震源机制；强度指标中图分类号：TU997；TU973+3 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）20-0240-03作者简介：徐天妮，女，博士，讲师，研究方向：结构减震控制。

近场地震指场地与发震断层之间的距离在20km 以下的地震，这种地震通常表现出与远场地震完全不同的特性[1]。

震害调查显示，近场地震特别是近场脉冲型地震会加剧在该区域内的桥梁结构的震损情况[2]。

PGA 由于其简便性而成为现阶段最常见的地震动强度指标，在桥梁结构的抗震设计与分析中也应用最广，但通过研究实际震害现象发现，仅用PGA 衡量地震对结构的影响并不完善[3]。

地震动是一种振动现象，频谱特性指标与地震动峰值指标一样，均会对结构响应产生显著影响。

郝敏等[4-5]首先提出地震动的频谱特性可用多种频谱参数来表征，然后针对砌体结构和混凝土结构，分析了地震作用下两种结构破坏指数与地震动峰值指标以及频谱特性指标的相关性；叶列平等[6]选取33种地震动强度指标，分析不同自振周期结构的弹塑性响应，计算二者之间的相关系数。

通过分析发现，PGA 和短周期结构的地震弹塑性响应相关性较高、PGV 和中等周期结构的地震弹塑性响应相关性较高、PGD 仅和长周期结构的地震弹塑性响应相关性较高。

地震响应下连续刚构桥的弹塑性分析摘要：当前我国对高墩大跨连续刚构桥的抗震性能的研究确并不是非常充分，同时我国西南地区地处地震多发带，为进一步分析连续刚构桥非线性弹塑性抗震性能，本文以一座连续刚构桥为背景，运用非线性动力时程分析方法对连续刚构桥的动力特性、弹塑性状态、塑性铰位置及转角大小进行分析，分析结果表明本桥在地震波作用下墩顶、墩底均出现塑性铰，消耗部分地震能量，但转角未超过规范极限转角，可通过墩顶、墩底加密钢筋来抵抗地震作用。

关键词：连续刚构桥; 弹塑性分析; 动力特性; 塑性铰0引言上世纪60-70年代，人们无意中发现，桥梁结构在强烈地震动作用下不一定会倒塌，甚至都不一定会发生严重的破坏。

后来人们研究发现，在强烈地震后可以“生存”下来的桥梁结构，虽然会出现破坏，但桥梁结构的初始强度和完整状态的桥梁强度没有太大的区别，这也意味着只要桥梁结构不发生非弹性变形并且导致结构下降很多，桥梁结构是安全的。

我国西南地区，由于地形地势所限，出现了大量的高墩大跨连续钢构桥[1]，西南地区又是一个地震频频发生的地震带，然而我国现在对高墩大跨的连续刚构桥的抗震性能的研究确并不是非常充分，这类桥型又对其自身的抗震性能要求很高，因此对其进行动力特性分析和弹塑性非线性地震反应分析是十分有必要的。

1工程概况本文以云南附近一座连续刚构桥为背景。

桥垮布置为103+190+103m预应力混凝土连续刚构，主墩采用双薄壁空心墩，箱梁顶宽12m，底宽6.5m，跨中处梁高为3.8m。

图1立面示意图（cm）图2有限元模型图2结构建模(1)汽车荷载：公路I级；(2)人群荷载：2.5KN/ M2；(3)温度荷载：考虑了结构整体升温 ,整体降温，温度梯度按规范取值(4)地震荷载：震动峰值加速度：0.2g，地震基本烈度：Ⅷ度。

本论文采用Midas/Civil进行计算分析。

3 连续刚构桥弹塑性分析3.1动力特性分析动力特性分析主要是求出桥梁结构的各阶振型、自振周期及自振频率然后进行桥梁的自振特性分析。

地震作用下高架轨道桥梁的动力响应分析随着城市化进程的加快，高架轨道桥梁作为城市交通的重要组成部分，承载着大量的行人和车辆。

然而，地震作为一种自然灾害，可能对高架轨道桥梁的结构安全性产生严重影响。

因此，进行地震作用下高架轨道桥梁的动力响应分析，对于确保其运行安全至关重要。

地震作用下的高架轨道桥梁动力响应分析主要涉及两个方面：一是地震作用的模拟与分析，二是桥梁结构的动力响应计算。

在地震作用的模拟与分析方面，通常使用地震波模拟地震作用。

地震波是指地震发生时产生的地震波动的传播，可以通过地震记录和实测数据来获取。

选择适当的地震波记录对于准确模拟地震作用至关重要。

通过对地震波的分析，可以得到地震波的频谱特性，并对其进行合理的处理。

在桥梁结构的动力响应计算方面，需要考虑桥梁的固有频率、阻尼比以及地震波的激励等因素。

固有频率是指桥梁结构在自由振动状态下的振动频率，与桥梁的结构刚度和质量有关。

阻尼比是指桥梁结构在受到外部作用力后衰减振动的程度，影响桥梁结构的耗能能力。

地震波的激励是指地震波作用在桥梁结构上产生的力，会引起桥梁结构的振动响应。

通过将地震波加载到桥梁结构上，可以进行动力响应分析。

在分析过程中，需要进行模态分析、时程分析等步骤。

模态分析是指根据桥梁结构的固有频率和振型，计算桥梁结构在地震作用下的振动响应。

时程分析是指根据地震波的时程记录，计算桥梁结构在不同时间点的振动响应。

通过动力响应分析，可以评估高架轨道桥梁在地震作用下的结构安全性，为其设计与施工提供科学依据。

在实际工程中，还需要根据分析结果，采取相应的加固措施，提高高架轨道桥梁的抗震能力。

综上所述，地震作用下高架轨道桥梁的动力响应分析是确保其运行安全的重要环节。

通过合理模拟地震作用并对桥梁结构进行动力响应计算，可以评估桥梁的结构安全性，并为工程设计与施工提供参考。

这对于城市交通的顺利运行和人民生命财产安全具有重要意义。

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析李晰;何澜;李倩;潘毅【摘要】为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能.首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析.研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133％之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大.因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2019(054)004【总页数】10页(P731-740)【关键词】脉冲型地震动;钢管混凝土拱桥;脉冲周期;场地条件;多维性【作者】李晰;何澜;李倩;潘毅【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室,四川成都 610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室,四川成都 610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TU317.1;TU352.1钢管混凝土由于具有优越的力学性能，近几十年在我国拱桥建设中得到了大量应用，已建成钢管混凝土拱桥400多座，最大跨径已达到了530 m[1].对于钢管混凝土拱桥的静力性能以及施工设计方法，国内外学者已进行了较为全面和系统的研究，但对钢管混凝土拱桥抗震性能方面的研究相对较少.目前已经开展的钢管混凝土拱桥抗震性能研究主要包含钢管混凝土拱桥动力响应的参数影响分析[2-11]、地震破坏评估方法[12]、抗震设计方法[13-14] 以及振动台试验[15-17]等内容. 这些已有研究主要对地震动的空间变化性[2-7]、桩-土相互作用[8-9]以及材料非线性[10-11]等因素进行了分析，缺乏对地震动脉冲特性的考虑.然而，随着地震监测技术的发展，研究人员发现断层附近的地震记录受到断层破裂机制的影响，与远离断层的地震记录存在较大差别，其中最明显的特征为地震记录中包含一个明显的长周期速度脉冲[18]，并将这类含有速度脉冲的地震动称为近断层脉冲型地震动. 近年来与近断层脉冲型地震动相关的工程问题逐渐被研究者们所重视，有关脉冲型地震动对建筑结构抗震性能影响的研究得到了广泛开展，这些研究表明，地震记录中所包含的速度脉冲会对结构响应产生较大影响[19]，相对于远场地震动结构的基底剪力、层间位移都会显著增大[20-21]. 脉冲型地震动对桥梁结构抗震性能的影响也同样引起了很多学者的关注，这些研究[22-25]指出，桥梁结构在脉冲型地震作用下的动力响应与远场地震动存在较大差别，现行桥梁抗震规范无法合理体现脉冲型地震动对桥梁结构带来的影响.综上所述，为了分析脉冲型地震动对钢管混凝土拱桥抗震性能的影响，本文采用时程分析方法对钢管混凝土拱桥在脉冲型地震作用下的抗震性能进行系统的研究，考虑了速度脉冲，特别是不同脉冲周期对结构抗震性能的影响，从而为钢管混凝土拱桥在脉冲型地震作用下的抗震设计提供一定的参考和建议.1 脉冲型地震动选择方法为了对比分析速度脉冲对钢管混凝土拱桥抗震性能的影响，从 PEER （pacific earthquake engineering research center）地震数据库中按照同一地震相同场地条件的原则选择了3组地震记录. 每组地震记录均包含两条来自同一地震事件中在相同场地条件下获得的地震动记录，且其中一条地震记录包含明显的速度脉冲，所选地震动的详细信息如表1所示，表中，两个数据的分别对应 FN （fault-strike-normal）和FP （fault-strike-parallel）的数值. 由于脉冲型地震动的产生与断层破裂过程相关，这些所选地震动记录被旋转成垂直于断层（FN）和平行于断层（FP）两个方向，并且控制地震记录所包含的速度脉冲周期较为接近，即在3～5 s范围内. 同时为了综合考虑场地条件的影响，依据美国 NEHRP （national earthquake hazards reduction program）场地分类标准[26]，这 3 组地震记录分别对应于A、C、D类场地，其加速度反应谱如图1（a）所示. 本文仅给出D类场地条件下脉冲与非脉冲型地震动加速度及速度时程对比，如图1（b）、（c）所示.表1 脉冲型与非脉冲型地震记录详细信息Tab. 1 Details of non-pulse-like and pulse-like ground motion records地震名称年份震级/级场地类型地震编号地震类型脉冲周期Tp/s 加速度峰值/（× g）断层距/km Irpinia-Italy-01 1980年 6.90 A 类 NGA_283 非脉冲 0.027/0.041 52.9 NGA_292 脉冲 3.10.232/0.305 10.8 Loma Prieta 1989年 6.93 C 类 NGA_762 非脉冲0.144/0.136 39.5 NGA_802 脉冲 4.5 0.363/0.376 8.5 Imperial Valley-06 1979年 6.53 D 类 NGA_169 非脉冲 0.242/0.321 22.0 NGA_179 脉冲 4.60.357/0.475 7.0为了对比分析不同脉冲周期对钢管混凝土拱桥抗震性能的影响，按照同一场地条件不同脉冲周期的原则选择了3组脉冲型地震记录. 由于在同一地震中很难找到具有不同脉冲周期的地震记录，因此，基于谱兼容的原则对不同地震中所获得的地震动记录强度进行了调整，即所选地震记录的加速度反应谱与目标反应谱在感兴趣的频率范围内相匹配. 所选地震动与目标反应谱的匹配程度采用均方误差（MSE）来衡量，可按式（1）计算[27].式中：分别为目标反应谱与所选地震动记录反应谱的谱值；w（Ti）为权重函数，可以在感兴趣的周期范围内定义不同的权重函数来使所选地震动在该周期范围内更好地与目标谱兼容；Ti为反应谱谱值所对应的周期点；f为应用于整个天然地震记录反应谱的线性比例因子，计算方法为使其在感兴趣的周期范围内具有最小的MSE值，从而保证缩放过的地震记录加速度反应谱在感兴趣的范围内与目标反应谱尽可能地相匹配，比例因子f 计算公式为图1 脉冲与非脉冲地震动记录Fig. 1 Records of pulse-like and non-pulse-like ground motions通过式（1）、（2）即可获得一个与目标反应谱匹配良好的地震记录，并可认为这些与目标谱匹配的地震动记录具有相似的地震强度.本文所选地震记录的详细信息如表2所示，表中，两个数据的分别对应FN和FP 的数值. 可以看出各地震记录的MSE值均较小，在 0.0304～0.6522之间，这说明所选地震记录与目标谱匹配较好. 从表2还可看到，所选地震记录按照脉冲周期的长短分为短周期、中等周期和长周期3类. 同时，为了使计算结果具有一定的统计意义，每种周期类型均包含了3条地震记录，其中：短周期的脉冲周期范围为1.2～1.8 s，平均脉冲周期为 1.5 s；中等周期的脉冲周期范围为 3.5～4.5 s，平均脉冲周期为 3.8 s；长周期的脉冲周期范围为 10～12 s，平均脉冲周期为 11.3 s. 所选地震记录的加速度反应谱如图2（a）所示，具有不同脉冲周期的典型地震记录如图2（b）～（d）所示.表2 不同脉冲周期的脉冲型地震记录详细信息Tab. 2 Details of pulse-like ground motion records with different pulse periods地震名称年份震级地震编号脉冲周期Tp/s比列因子加速度峰值（× g）断层距/km MSE 平均脉冲周期/s Morgan Hill19846.20 NGA-459 1.2 1.0051 0.245/0.324 9.9 0.6522 短周期（1.5）Chi-Chi 19997.60 NGA-1202 1.4 0.5418 0.141/0.151 12.7 0.1633 Loma Prieta 19896.90 NGA-763 1.8 0.7906 0.233/0.327 10.0 0.3522 Northridge-0119946.70 NGA-983 3.5 0.2539 0.132/0.271 5.4 0.0763 中等周期（3.8）Northridge-0119946.70 NGA-1085 3.5 0.2519 0.211/0.125 5.2 0.0811 Loma Prieta 19896.90 NGA-802 4.5 0.4015 0.363/0.376 8.5 0.0304 Chi-Chi 19997.62 NGA-1494 10.0 0.5149 0.087/0.099 5.3 0.4804 长周期（11.3）Chi-Chi 19997.62 NGA-1489 12.0 0.4283 0.120/0.107 3.8 0.2361 Chi-Chi 19997.62 NGA-1499 12.0 0.6688 0.141/0.073 8.5 0.4188图2 不同脉冲周期的脉冲型地震动Fig. 2 Records of pulse-like ground motion with different periods2 桥梁模型及工况设置2.1 有限元模型本文以实际工程中一座三跨飞燕式单拱肋半漂浮体系钢管混凝土拱桥为例，其跨径组合为51 m +260 m + 158 m. 主拱肋截面为 3 根钢管通过拉板连接略呈三角形的截面. 稳定拱采用单圆管截面，并与竖直平面呈21.8° 夹角. 主跨采用单箱六室钢箱梁截面，两侧边跨采用单箱八室混凝土箱型截面，桥宽40 m. 边跨混凝土主梁与V腿及主拱肋拱脚段固结，并伸过梁拱节点与主跨的钢主梁通过牛腿连接.主跨钢主梁以简支的形式支承在牛腿上，牛腿设置竖向支座和横向限位支座. 全桥共设置16对吊杆和6根柔性系杆. 具体桥型布置如图3所示.以Ansys为分析平台建立了全桥动力分析的三维有限元模型，采用beam189单元来模拟主拱肋，其截面几何特性基于组合截面模型来计算，组合截面的弹性模量采用钢材的弹性模量，计算方法如图4所示；采用beam44单元来模拟稳定拱、横撑、斜撑、混凝土箱梁、钢箱梁、前斜腿、后斜腿以及立柱；采用link10单元来模拟吊杆和系杆，并以初应变的形式来模拟吊杆和系杆中的初拉力；采用combin14单元来模拟钢主梁和混凝土主梁之间的连接，对其3个方向的水平自由度进行耦合，释放其3个转动自由度；采用固定约束来模拟主梁梁端及承台处的支撑，其中主梁两端的支撑简化为释放纵桥向平动和横桥向转动的固定约束，承台处的支撑简化为约束所有自由度的固定约束；采用刚臂来模拟承台与前斜腿、后斜腿以及立柱之间的连接；采用主从约束来模拟吊杆与钢主梁、系杆与混凝土主梁端部的连接. 全桥有限元模型共有445个节点，484个梁单元，34个杆单元，6个弹簧单元. 三维有限元模型如图4所示.在此基础上，采用Block Lanczos法求解结构的特征方程，其前5阶模态信息如表3所示. 结构第1、2阶模态为横向振动，自振周期分别为1.744 s和0.660 s；第3、4阶模态为竖向振动，自振周期分别为 0.517 s和 0.483 s；第 5 阶为横向振动，自振周期为 0.337 s.2.2 工况设置依据本文的主要研究目的，工况分为两大部分.第1部分为结构在脉冲型与非脉冲型地震作用下的对比工况，对于所选的3组地震动分别按照A、C、D类场地进行了单向、双向和三向输入，工况详情如表4所示. 由于所选地震动包含两个方向的加速度时程，即FN和FP向，因此定义包含速度脉冲（脉冲型地震记录）或峰值较大方向（非脉冲型地震记录）的加速度时程为主地震动时程. 以单向输入为例，在X向（顺桥向）和Y向（横桥向）进行输入时，均采用主加速度时程，分别记为XP、YP.第2部分为结构在不同脉冲周期地震作用下的对比工况，对于所选的地震记录，分别按照短周期、中等周期和长周期3种不同形式进行单向、双向以及三向输入. 为了使结果具有统计意义，每种周期类型选了3条符合要求的地震动记录，详细工况如表5所示.图3 全桥整体布置图（单位：cm）Fig. 3 Overall layout of the arch bridge (unit：cm)图4 有限元模型示意Fig. 4 Finite element analysis model表3 桥梁结构模态信息Tab. 3 Modal information of high pier bridge阶数阵型周期/s 1横向对称 1.7442横向反对称 0.6603竖向反对称 0.5174竖向对称0.4835横向对称 0.337表4 结构在脉冲型与非脉冲型地震作用下的对比工况Tab. 4 Comparative cases of non-pulse-like and pulse-like ground motion records工况地震记录场地类型速度脉冲激励方向1～12 NGA-283 A 无NGA-292 有13～24NGA-762 C 无NGA-802 有25～36NGA-169 D 无NGA-179 有XP、YP 、XP+Y、X+YP XP+Y+Z、X+YP+Z表5 结构在不同脉冲周期地震作用下的对比工况Tab. 5 Comparative cases ofpulse-like ground motion records with different pulse periods工况脉冲周期类型地震记录激励方向NGA-4591～18 短周期NGA-1202 NGA-76319～36 中等周期NGA-983 NGA-1085 NGA-802 XP、YP 、XP+Y、X+YP、XP+Y+Z、X+YP+Z 37～54 长周期NGA-1494 NGA-1489 NGA-14993 结果分析3.1 脉冲效应的影响为了说明速度脉冲对结构响应的影响，本文定义结构响应的放大系数AF=RP/RN，其中：RP为结构在脉冲型地震作用下的响应；RN为结构在非脉冲型地震作用下的响应. 类似的，为了说明不同脉冲周期对结构响应的影响，本文定义结构响应的改变率RC=100×（RSM - RL）/RL，其中：RSM 为结构在短脉冲周期或中等脉冲周期地震作用下的响应；RL为结构在长周期地震作用下的响应.图5给出了同一地震中脉冲型地震动与非脉冲型地震动作用下钢管混凝土拱桥的响应. 从图5可以看出，相对于非脉冲型地震动，脉冲型地震动对结构响应有显著影响，其中，在A、C、D类场地条件下，拱肋横向位移Dy放大系数的最大值分别为18.67、5.34及2.39，拱肋轴力Fx放大系数的最大值分别为11.45、4.17及1.00，拱肋竖向弯矩My放大系数的最大值分别为10.67、2.97及0.96，拱肋横向弯矩Mz放大系数的最大值分别为17.78倍、6.21倍及2.33倍，吊杆力Fs放大系数的最大值分别为19.88倍、6.36倍及2.39倍，具体数值如表6所示. 以上结果说明脉冲型地震动会对结构影响产生显著影响，在对断层附近区域的拱桥进行抗震设计时，必须要考虑脉冲效应的影响.图5 脉冲与非脉冲地震作用下桥梁结构响应对比Fig. 5 Comparison of bridge structure response under pule-like and non-pule-like ground motions从图5可以看出，在非脉冲型地震作用下，结构的响应从A类场地到D类场地逐渐增大，但在脉冲型地震作用下，结构在A类场地条件下的响应往往要超过C类和D类场地条件下的响应. 从表6也可以看出，从A类场地到D类场地，放大系数逐渐变小，即场地条件越好脉冲效应对结构的影响越大. 这是因为场地条件越好，脉冲型地震动与非脉冲型地震动的差异就越大（图1），从而导致脉冲效应对结构的影响越明显. 这说明即使桥梁结构所处场地条件较好，也要重视脉冲效应对结构带来的影响，否则会严重低估结构的响应. 此外，从图5和表6还可以发现对于拱肋的纵向弯矩和吊杆力，虽然结构响应的最大值分别出现在拱脚和长吊杆处，但放大系数的最大值却出现在1/4拱肋和短吊杆处，在抗震设计中应注意这些内力变化明显的位置，以免低估这些位置的响应.表6 脉冲型地震作用下结构响应放大系数Tab. 6 Amplification factor of structure responses under pulse-like ground motions响应激励方向关键截面场地类型A C D Dy YP拱脚1 0 0 01/4拱肋 18.67 5.31 2.27拱顶 18.13 5.34 2.39 Fx XP拱脚1 11.45 4.17 1.001/4拱肋 11.23 3.66 0.82拱顶 8.77 2.96 0.61 My XP拱脚1 10.63 2.81 0.631/4拱肋 10.67 2.97 0.96拱顶 9.84 2.33 0.72 Mz YP拱脚1 17.78 6.21 2.331/4拱肋 15.18 3.12 1.03拱顶 17.73 4.39 1.60 Fs YP 短吊杆 19.88 6.36 2.36中等吊杆 17.11 5.28 2.30长吊杆 17.18 5.53 2.393.2 脉冲周期的影响图6给出了钢管混凝土拱桥在不同脉冲周期地震作用下的响应对比，从图6可以看出，相同场地条件下，随着地震动中所含脉冲周期的变化，钢管混凝土拱桥的响应也产生了明显的变化. 相对于长脉冲周期地震动，短周期和中等周期地震动对拱肋横向位移Dy的改变率最大值分别为105%和46%，对拱肋轴力Fx的改变率最大值分别为104%和34%，对拱肋竖向弯矩My的改变率最大值分别为99%和10%，对拱肋横向弯矩Mz的改变率最大值分别为133%和51%，对吊杆力Fs的改变率最大值分别为110%和51%，具体数值如表7所示. 以上结果说明，不但地震动中有无脉冲会对钢管混凝土拱桥产生显著影响，脉冲周期的不同也会对结构的响应产生较大的影响，在抗震设计中应考虑脉冲周期对钢管混凝土拱桥抗震性能的影响.图6 不同脉冲周期地震作用下桥梁结构响应对比Fig. 6 Comparison of bridge response underpulse-like ground motions with different pulse periods表7 不同脉冲周期地震动对结构动力响应的改变率Tab. 7 Change rate of bridge responses under pulse-like ground motions with different pulse periods响应激励方向关键截面脉冲周期短周期中等周期Dy YP拱脚1 0 01/4拱肋 0.98 0.46拱顶 1.05 0.45 Fx XP拱脚1 1.04 0.341/4拱肋 0.75 0.16拱顶0.93 0.28 My XP拱脚1 0.53 0.061/4拱肋 0.63 0.10拱顶 0.99 0.04 Mz YP拱脚1 1.02 0.511/4拱肋 1.33 0.51拱顶 0.99 0.49 Fs YP短吊杆 0.96 0.51中等吊杆 1.03 0.43长吊杆 1.10 0.47从图6和表7还可以发现，不同脉冲周期地震作用下结构响应大小的变化规律为短周期 > 中等周期 > 长周期，产生这种现象的原因为脉冲周期越短对钢管混凝土拱桥自振周期所在范围的反应谱谱值放大作用就越明显（图2），短周期脉冲型地震动的反应谱谱值在钢管混凝土拱桥前3阶自振周期范围内要明显大于其它两种周期的脉冲型地震动. 以上结果说明脉冲型地震动所含速度脉冲的周期与结构自振频率越接近对结构响应的放大作用就越明显，因此在选取脉冲型地震动时，为了能保证结构的安全，应尽可能选择脉冲周期与结构自振频率接近的地震记录.此外，对比图6和表7可以发现，拱肋横向弯矩Mz和吊杆力Fs的最大值虽然分别出现在拱脚和长吊杆处，但不同脉冲周期对其响应改变率的最大值却分别出现在1/4拱肋和短吊杆处. 这说明拱桥响应变化显著的位置与响应最大值出现的位置并不一致，在抗震设计中应重视这些响应变化显著的位置，以免低估结构的响应. 3.3 地震多维性的影响为了说明地震多维性对结构响应的影响，本文定义AF=Rm/Ru，其中：Ru为结构在单向地震作用下的响应；Rm为结构在双向或三向地震作用下的响应.图7给出了单向、双向以及三向地震激励下钢管混凝土拱桥的动力响应. 从图7可以看出，考虑地震动的多维性后，特别是在三向激励下，结构响应与单向激励时有较大的差别. 从图7（a）可以发现：与单向激励相比较，双向激励对拱肋的竖向位移、轴力以及竖向弯矩基本没有影响，但会对吊杆力产生一定影响，在脉冲型与非脉冲型地震作用下放大系数的最大值分别为1.90和2.89；三向激励对拱肋的竖向位移、拱轴力、拱肋竖向弯矩以及吊杆力均产生了显著影响，其中在脉冲型与非脉冲型地震作用下拱肋竖向位移的放大系数最大值分别为2.13和4.22；拱轴力放大系数最大值分别为79.66和149.03；拱轴竖向弯矩放大系数的最大值分别为246.24和310.18；吊杆力放大系数最大值分别为2.66和5.91. 从上面的数据可以发现地震的多维性会对结构的响应产生显著影响，但当拱桥结构受脉冲型地震作用时，地震多维性对结构响应的影响会有一定程度降低.从图7（b）可以看出，当地震动脉冲周期不同时，地震动多维性对结构产生的影响也不同. 与单向激励相比，双向激励只对吊杆力产生了比较明显的影响，其放大系数最大值为2.98，且脉冲周期较短时放大作用更明显. 三向激励对拱肋的竖向位移、拱轴力、拱肋竖向弯矩以及吊杆力均产生了显著影响，其中，当脉冲周期较短时，三向激励对拱肋的竖向位移、拱轴力以及拱肋竖向弯矩的放大作用最为明显，其放大系数最大值分别为2.48、153.15和339.18. 对于吊杆，三向激励的放大效果还受吊杆长短的影响，其中短吊杆和长吊杆在长脉冲周期地震作用下的放大系数最大，分别为4.21和3.19，中等长度吊杆在短脉冲周期地震作用下的放大系数最大，为3.91. 从上述分析中可以看出，地震动多维性对钢管混凝土拱桥动力响应的放大作用还受脉冲周期的影响.图7 地震动多维性对脉冲效应的影响Fig. 7 Influence of multidimensionality of ground motions on pulse effect4 结论本文基于Ansys有限元平台，采用时程分析方法对脉冲型地震作用下的钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了系统分析，充分考虑了脉冲效应、不同脉冲周期以及地震动多维性等因素，得到如下结论：（1）与非脉冲型地震动相比，脉冲型地震动对钢管混凝土拱桥的地震响应产生了较为明显的影响. 脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间，并且较好的场地条件会导致脉冲效应对结构响应的放大作用更为明显，在抗震设计中应考虑这些因素，以免错误地估计结构的响应；（2）脉冲周期的不同也会对钢管混凝土拱桥的地震响应产生较为明显的影响，结构响应的改变率在10%～133%之间. 脉冲周期越小对结构响应的放大作用就越明显. 因此，在对钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响，还要考虑不同脉冲周期带来的影响.（3）如果不考虑地震动的多维性，可能会错误的估计钢管混凝土结构的地震响应，因此在抗震设计中应该考虑地震动的多维性.（4）相对于非脉冲型地震动，地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小，但随着脉冲周期的减小，地震动多维性对结构响应的影响变大.【相关文献】[1]陈宝春，韦建刚，周俊，等. 我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望[J]. 土木工程学报，2017，50(6)： 50-61.CHEN Baochun， WEI Jiangang， ZHOU Jun， et al. 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近断层脉冲效应对高墩桥梁地震响应的影响陈志伟;陈志强;李晰【摘要】以一典型山区高墩桥梁为原型,利用ANSYS建立数值分析模型,采用能量识别的方法从台湾集集地震中选出脉冲和非脉冲地震记录各10条,对该算例桥梁进行了地震响应分析,对比分析了近断层脉冲效应对高墩桥梁地震响应的影响.研究结果表明:山区高墩桥梁墩高相差较大,主桥和引桥动力特性差异明显,地震作用下二者存在明显的不同步振动;由于近断层脉冲效应的影响,前场方向性效应产生的速度脉冲会对长周期段的反应谱产生明显的放大效应;近断层脉冲地震动将显著增大高墩桥梁的地震响应,相同的峰值加速度下最大改变率可达到21.0％.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2018(058)008【总页数】4页(P34-37)【关键词】山区高墩桥;近断层;数值计算;速度脉冲;地震响应;主桥;引桥;墩高差异【作者】陈志伟;陈志强;李晰【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】U442.5+5高墩大跨连续刚构桥由于其卓越的跨越能力和地形适应性，近年来在西部地区的公路、铁路建设中得到了广泛的运用。

从地震分布来看，我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇部位，地震频繁而强烈，是世界上地震灾害最严重的国家之一。

而西部地区更是属于强震多发区，汶川地震、青海玉树地震、雅安芦山地震以及九寨沟地震等近年来的几次大地震都发生在西部地区。

地震已经成为威胁这类桥梁安全的主要因素之一。

近断层脉冲地震动作为特殊的一类地震动，由于其距离断层较近，更容易受到断层前场方向性效应的影响。

这最直接的特征就表现为其速度或位移时程中包含有显著的长周期、高幅值脉冲[1]。

这种脉冲能够将地震动的很大一部分能量在短时间内输入结构，从而使结构产生很大的地震反应[2]。

近年来不少专家学者都对其进行了深入的研究。

碰撞对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响摘要：近年来，我国的桥梁建设越来越多，为了研究碰撞对山区高墩桥动力响应的影响，以某一大跨度高墩桥体系为原型，充分考虑了碰撞过程中的刚度变化、能量耗散以及桥墩的非线性行为。

在此基础上，利用所选的天然地震波和人工地震波对比分析了碰撞效应对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响。

在确定山区高墩桥体系相邻结构周期比时，既要考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响，还应考虑其对碰撞效应的影响;高墩桥的梁-桥台碰撞主要受地震动作用大小的影响，地震动的强度和相邻结构动力特性的差异均会对梁-梁碰撞产生影响，在对高墩桥进行减撞防撞设计时，应针对不同的碰撞位置采取不同的措施。

关键词：桥梁工程;高墩桥;弹塑性分析;碰撞;场地条件引言高墩桥的主桥部分需要跨越河谷深沟，一般采用墩高较高的连续刚构体系或者连续梁体系，引桥部分一般采用墩高较矮的连续梁体系或者简支梁体系。

因此，与常规的多联连续梁桥或者连续刚构桥相比，高墩桥最为显著的特点为墩高相差悬殊，属于不规则桥梁，且其抗震设计已经超出中国现行桥梁抗震规范的适用范围。

1桥梁模型及动力特性1.1有限元模型建立引桥为三跨变截面预应力混凝土连续梁桥(跨径组合为33m+56m+33m)，主梁截面均为单箱单室箱形截面，顶板宽为12m，底板宽为8m，且梁高从跨中到支点处按二次抛物线变化。

全桥共设5个桥墩，其中:1、2号墩为变截面空心矩形薄壁墩，墩高分别为75m和103m;3、4号墩为变截面空心圆角矩形薄壁墩，墩高分别为56m和75m，且3号墩为主桥和引桥的共用墩;5号墩为变截面实心圆角矩形重力式桥墩，墩高为19m。

具体桥型布置见图1。

参照上述原型桥，以OpenSees作为分析平台分别建立了两种典型高墩桥体系的三维弹塑性动力分析模型，即连续刚构-连续梁桥体系(rigidbridge-continuousbridge，R-C)和连续梁桥-连续梁桥体系(continuousbridge-continuousbridge，C-C)，有限元模型如图2所示。