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考虑行波效应的某大跨桥梁地震响应分析孙黄胜;刘华;时凌云【摘要】在一致激励和非一致激励作用下分别计算了某大跨度桥梁结构的地震响应,对比分析了桥梁结构的位移反应、杆件内力和桥墩处剪力,分析了行波效应对大跨度结构反应的影响程度.同时分析了在不同行波速度下行波效应的影响程度.结果表明,当考虑地震行波效应时,桥梁结构部分节点位移反应增大;桥墩处斜撑杆件轴力增大,部分杆件内力基本不变;全部桥墩的总地震剪力减小,但各桥墩处剪力均有所增大.当考虑不同波速影响时,随着地震波速增加,节点的相对位移减小,各桥墩基底剪力和部分杆件内力减小,但均比一致激励时大.【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】8页(P51-58)【关键词】行波效应;模态分析;时程分析;桥梁;地震响应【作者】孙黄胜;刘华;时凌云【作者单位】山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;青岛理工大学工程质量检测鉴定中心,山东青岛266033【正文语种】中文【中图分类】TU328大量地震记录表明，地震时地表各处的振动不同，即使相距仅几十米，振动的幅值、相位与频谱特征也不尽相同[1]。
由于地震地面运动是一复杂的时间-空间过程，地震波在其传播过程中具有的行波效应、局部场地效应和部分相干效应等使其传到地表的各点地面振动不完全相同，使结构反应变得复杂[2,3]。
随着结构跨度的增大，地震动的变异对结构的影响不可忽视。
已有研究表明:对于大跨度空间结构，地震动的行波效应影响显著[4-6]。
因此，在对大跨度空间结构进行抗震分析时应考虑地震动的行波效应。
闫晓宇等[7]通过地震模拟振动台阵试验，对一致激励、行波激励和局部场地效应等对刚构桥地震响应进行了研究，结果表明，行波效应对该大跨刚构连续桥梁的无控制地震反应、半主动控制地震反应和减震效果均有显著影响。
大跨桥梁结构地震动空间效应的影响研究摘要：本文通过总结国内外对大跨桥梁结构地震动反应分析方法，分析了大跨桥梁的多点激励和行波效应问题，为同类桥梁设计提供参考。
关键词：地震动，空间效应，反应谱，动态时程分析；1、多点激励及行波效应地震反应分析方法考虑随时间和空间变化的地震动场多点激励时，大跨桥梁结构的地震反应分析方法可以分为两大类：一类是以地震地面运动为确定过程的确定性分析方法，主要包括反应谱法和动态时程分析法；一类是以地震地面运动为随机过程的概率性分析方法，主要是指随机振动法。
(1)反应谱法反应谱法使用简便，工程应用广泛，是当前各国规范首推的抗震设计方法。
反应谱法是基于一致地震激励下单质点系统的线弹性分析而建立的。
由于大跨桥梁较强的空间耦合效应以及目前长周期反应谱方面存在的问题，加上地震地面运动的时空变化特征难以模拟等因素，反应谱法有时会产生很大的误差。
如何改进现有的反应谱法使其适用于多点激励下的大跨桥梁地震反应分析，许多学者基于随机理论提出了改进的反应谱方法，如Yamamura和Tanaka的分组法、Berrah和Kausel的修正系数法DerKiureghian和Neuenhofer的MSRS法、Heredia-Zavoni和Vammarake的组合法等。
刘洪兵、朱唏提出了一种简化的基于单个模态振子振动特性的多支承激励反应法，并对芜湖长江大桥主航道斜拉桥在多支承地震激励下的地震响应进行了研究。
王淑波博士也基于虚拟激励原理提出了HOC系列反应谱组合方法来考虑一致激励、行波输入以及任意相干激励等多种地震输入情况，并认为该系列方法能近似考虑结构的非平稳振动效应。
(2)动态时程分析法动态时程分析法主要依据确定的地震加速度时程求出结构的反应，是公认的精细分析方法。
该方法在计算上能很好地解决多点输入问题，可以近似考虑基础．土—结构相互作用、非线性、非比例阻尼等问题，可以分析结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏的全过程。
大跨度结构地震响应研究摘要:根据结构体型复杂、跨度大、各层结构体系不同的特点,本文结合呼和浩特东客运站通过对站房大跨度结构进行多维多点地震动响应分析,归纳行波效应下结构相应的特点,总结了行波效应对于结构动力性能的影响,为结构设计提供指导。
关键词:大跨结构多维地震多点输入根据建筑功能设计的要求,一系列形式多样、跨度规模大、体型体系复杂的结构越来越多,呼和浩特东客运站主站房结构各层结构体系不同,楼面结构为预应力梁与普通RC楼板结构,而屋盖结构为拱形钢梁和双层球网壳等结构体系的组合;结构体系和材料的不同使结构的阻尼比也不同等,给传统结构设计提出了挑战。
大跨空间结构得到了越来越多应用的同时,对其动力性能也提出了更高的要求。
由于地震波速度一般为每秒几百米至几千米,同时震源也可能不止一个点,而大跨空间结构的跨度较大,各支座间的距离较远,这样就容易导致结构各支座点的地震响应并不一致,存在着空间和时间上的差异。
因此,研究考虑地震动空间变化特性对大跨空间结构的影响具有重要的理论意义和工程应用价值。
1 工程概况呼和浩特东客运站房选址于呼和浩特市主城区东侧京包线上,该站由主站房和站台雨蓬组成,站台雨蓬与主站房之间设伸缩缝兼抗震缝分开。
站房平面尺寸大约为183.500m×315.366m,主要的柱网尺寸有:15.588m×27m、31.177m×27m、62.354×27m(屋面)。
主站房主要分为三层:地面层为出站厅、出站广场及配套设施、设备用房;结构如图1所示。
站房屋面为由切割球形形成曲面和斜面组成,屋盖不设缝。
主要标高分别为20m、21.8m、25.1m、27.8m、31.4m、33.4m和44.9m。
屋盖结构为直径81m的球面钢结构屋盖,中心有一直径12m的开口,沿屋盖径向按圆心角7.5°的间距设置腹板开洞的拱形钢梁,钢梁的上下翼缘为箱形截面,腹板为钢板。
沿环向在拱形钢梁之间布置钢管支撑(与钢梁刚接连接)且每隔圆心角60°另设置斜向支撑。
行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响方诗圣;康小方;王建国;王伟【期刊名称】《桥梁建设》【年(卷),期】2013(043)001【摘要】To study the seismic response characteristics and the influence of traveling wave effect on the seismic response of long-span cable-stayed bridge, a cable-stayed bridge of the same kind was cited as an example and in accordance with the fundamental principle of D Alembert, the dynamic time-history method was used to calculate the dynamic displacement and internal forces of the structure. Two seismic waves with different spectrum characteristics were selected and in consideration of the influence of different apparent wave velocity on the seismic response of the long span cable-stayed bridge, the influence of the traveling wave effect on the seismic response of the bridge was particularly studied and was compared to the results of the seismic response of uniform excitation. The results of the study indicate that with the increase of the apparent wave velocity, the seismic response values of the internal forces of the pylon footings, the displacement of the pylon tops and the internal forces of the pier footings have significant changes and the values tend to approach the seismic response of uniform excitation. The traveling effect has significant influence on the axial force of the main girder and on the shear force of a pylon in the longitudinal direction of the bridge. In thecase of the same acceleration peak value (0. 40g) of the seismic wave, when the different apparent wave velocity are inputted, the seismic response of the structure has differences owing to the different frequency spectrum characteristics of the various waves.%为研究大跨度斜拉桥地震反应特性及行波效应对其影响,以某大跨度斜拉桥为例,依据D'Alembert基本原理,采用动态时程法计算结构动力位移和内力.选用2条不同频谱特性地震波,考虑不同视波速对大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究行波效应对大跨度斜拉桥的地震反应影响,并与一致激励地震反应结果进行比较.结果表明:随着视波速的增大,各桥塔塔底内力、塔顶位移以及墩底内力的地震响应值有显著变化且趋近于一致激励地震响应;行波效应对主梁顺桥向轴力和塔顺桥向剪力有显著影响;在地震波加速度峰值(0.40g)相同的情况下,由于各条波之间频谱特性的不同,不同视波速输入下结构的地震反应存在一定的差异.【总页数】7页(P23-29)【作者】方诗圣;康小方;王建国;王伟【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U448.27【相关文献】1.行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响 [J], 杨剑;赵金钢2.行波效应对预应力混凝土曲线箱梁桥地震反应的影响 [J], 方诗圣;章晓晖;方飞;洪刚;康小方3.行波效应对高墩长联波形钢腹板PC刚构桥地震反应的影响 [J], 梅继洲;徐林4.行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响 [J], 张永亮;王云;虞庐松;陈兴冲;刘正楠5.行波效应对公轨两用独塔单索面钢桁梁斜拉桥地震反应影响分析 [J], 曾勇;曾渝茼;谭宇杰;邱周;余浩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
大跨度结构地震行波效应研究
张亚辉;李丽媛;陈艳;林家浩
【期刊名称】《大连理工大学学报》
【年(卷),期】2005(045)004
【摘要】借助于虚拟激励法,深入研究了行波效应对结构地震响应的影响. 对于一具有两个地面支撑的单自由度体系,推导出内力功率谱的解析表达式;以此为基础,分析了地震波视波速对体系极值响应的影响,并讨论了动态相对位移和拟静位移分量对体系极值响应的贡献. 计算结果表明,对于跨度较大或地震波视波速较小的结构,内力随视波速的变化显著发生改变;动态相对位移和拟静位移分量对体系极值响应的影响与结构的自振频率和波速都有很大关系. 最后,对一实际悬索桥采用不同地震波视波速进行了随机地震响应分析,计算结果进一步表明行波效应对结构地震响应的影响非常大.
【总页数】7页(P480-486)
【作者】张亚辉;李丽媛;陈艳;林家浩
【作者单位】大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁,大连,116024;大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁,大连,116024;大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁,大连,116024;大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.3;TU208.5
【相关文献】
1.行波效应对大跨度结构地震响应的影响 [J], 李云;钟铁毅;冯卫军
2.考虑行波效应的大跨度结构地震反应分析 [J], 李彬;朱彬;张士兵
3.大跨度结构地震响应研究 [J], 毛念华
4.大跨度结构考虑行波效应时非平稳随机地震响应 [J], 林家浩;李建俊;张文首
5.大跨度结构考虑行波效应时平稳随机地震响应的闭合解 [J], 张文首;林家浩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
行波效应对大跨多塔悬索桥地震反应的影响分析邓育林;何雄君【摘要】Based on a realistic engineering project of a long-span multi-tower suspension bridge, the seismic response under seismic wave passage is analyzed. And the effect of different longitudinal connections between the middle-tower and the girder, and distinct foundations of the middle-tower on seismic wave passage effect was studied. The results indicate that seismic wave passage can amplify the seismic demand of side-towers, but has minor effects on seismic demand of middle-tower. It also has minor effects on seismic demand of foundations and the displacement of main grider. The effect of seismic wave passage on seismic demand of side-towers increments as the piles foundation of middletower substitute for caisson. But the effect of seismic wave passage on seismic demand of middle-towers increases as the caisson foundation of middle-tower substitute for foundation with longitudinal elasticity spring between the main-tower and the main girder.%以一座大跨3塔悬索桥为工程背景,采用时程分析法分析了行波效应对大跨多塔悬索桥地震反应的影响,比较了行波作用下不同结构体系地震反应的变化规律.研究结果表明:行波效应可能会使边塔的地震反应有较大增长,但对中塔的地震反应影响不大;行波效应对边、中塔基础及梁端位移的反应影响不大;结构体系的变化对行波效应有一定影响,当中塔由沉井基础变为桩基础时,行波效应对边塔的地震反应影响增大;而当中塔与主梁之间设置弹性索,中塔由桩基础变为沉井基础时,行波效应对中塔的地震反应影响增大.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】5页(P443-447)【关键词】三塔悬索桥;行波作用;地震反应;沉井;桩【作者】邓育林;何雄君【作者单位】武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U442.55对于大跨悬索桥的行波效应，许多学者进行了研究，Nakamura等［1］采用多点激励的反应谱方法，以及复杂的三维有限元模型，对金门大桥进行了地震反应分析，他们指出，对于大跨悬索桥，由于其柔性的影响，动力反应分量是主要的.此外，行波效应和多点激励对动力反应分量有显著的影响.对于两塔的反应，多点激励会导致较小的结果.A.A.Dumanoglu等［2］对3座欧洲大跨箱梁悬索桥进行了行波效应的比较分析，结果发现，在悬索桥的某些部位，行波效应会大大增加地震反应.胡世德等［3］通过对江阴长江大桥的地震反应分析指出，行波效应会使结构的反应增大.丰硕等［4］以构想中的1座主跨跨度达3 000m的悬索桥为研究对象，探讨行波效应对超大跨度悬索桥地震反应的影响.本文以泰州长江公路大桥为工程背景，分析行波效应对大跨多塔悬索桥地震反应的影响，并比较行波作用下不同结构体系地震反应的变化规律.1 计算模型泰州长江公路大桥为一座大跨3塔悬索桥，总体布置图见图1.2个主跨跨度均为1 080m，主缆的分跨为390m＋1 080m＋1 080m＋390m，加劲梁采用封闭式流线型扁平钢箱梁.边塔为混凝土塔，索塔总高178.0m；中塔为变截面钢塔，索塔总高192.0m，横桥向为门式框架结构，纵向为人字型.在边塔下横梁上设置竖向和侧向支座.边塔采用46根D3.1／D2.8m变截面钻孔桩群桩基础，中塔采用倒圆角的矩形沉井基础.图1 三塔悬索桥布置图（单位：m）2 行波效应影响分析关于地震行进波速，现在学者们普遍认同应取视波速，而不是以前普遍采用的土层剪切波速，本次分析地震行进波速从150m／s开始，考虑到本桥南北两锚碇间距离很大，达2 940m，为较全面地分析地震行波效应的影响，最高波速取8 000 m ／s，且依次取150，250，500，750，1 000，1 500，2 000，2 500，3 000，4 000，5 000，6 000，7 000和 8 000m／s 14个地震行进波速进行了分析，由于结构的对称性较好，本次分析仅考虑地震波从北端向南端传播.2.1 对主塔内力反应的影响图2、图3分别给出了地震动行进波速的变化对北塔塔底、南塔塔底以及中塔塔底截面内力的影响，图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值，μ为12条波的平均值，σ为12条波的方差.图2 地震行进波速对塔底截面剪力的影响图3 地震行进波速对塔底截面弯矩的影响从图2、图3可以看出：对于边塔，考虑行波效应有时会增大其地震反应，有时也会其减小地震反应，而对于中塔，考虑行波效应总体上减小其地震反应.当波速不断变化时，北塔塔底截面剪力平均值变化幅度为0.90～1.10，弯矩平均值变化幅度为0.75～1.15；中塔塔底截面剪力平均值变化幅度为0.9 0～1.1 0，弯矩平均值变化幅度0.90～1.10；南塔塔底截面剪力平均值变化幅度为0.70～1.25，弯矩平均值变化幅度为0.80～1.20.考虑地震波的变异性，北塔塔底截面剪力最大增大28%，弯矩最大增大40%；南塔塔底截面剪力最大增大42%，弯矩最大增大35%；中塔塔底截面剪力最大增大30%，弯矩最大增大25%.2.2 对基础地震反应的影响图4、图5分别给出了地震动行进波速的变化对北塔基础反力、南塔基础反力和中塔基础反力的影响，图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值，μ为12条波的平均值，σ为12条波的方差.从图4、图5可以看出：行波效应对边塔基础的水平反力影响不大，在个别波速情况下，对于北塔，平均值最大增加5%，考虑行波效应的变异性，最大增加15%，对于南塔，平均值最大增加7%，考虑行波效应的变异性，最大增加15%；行波效应对边塔基础的反力矩影响较大，对比图2和图3可以看出，其影响规律与对边塔塔底弯矩基本一致，但影响程度略小一点；行波效应对中塔基础的水平反力影响甚微，对反力矩影响也不大，即使考虑行波效应的变异性，最大增大也只有10%，且在大多波速情况下行波效应减小了中塔基础的水平反力及反力矩.图4 地震行进波速对主塔基础水平反力的影响图5 地震行进波速对主塔基础反弯矩的影响2.3 对塔顶主缆抗滑移安全系数的影响图6分别显示了地震行进波速的变化对边塔、中塔塔顶主缆抗滑移安全系数的影响，图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值，μ为12条波的平均值，σ为12条波的方差.当比值小于1时表示行波效应对主缆抗滑移不利，反之大于1表示行波效应对主缆抗滑移有利.分析时主缆与鞍座鞍槽之间的摩擦系数μ取0.2.图6 塔顶主缆抗滑移安全系数比从图6可以看出：行波效应对北塔塔顶主缆抗滑移安全系数影响较小，且基本上都是对主缆抗滑移有利；而对南塔塔顶主缆抗滑移安全系数有一定的影响，在个别波速情况下，行波效应平均值最大使主缆抗滑移安全系数减小20%左右，考虑结果的变异性，最大使主缆抗滑移安全系数减小50%左右，应当予以重视；行波效应对中塔塔顶主缆抗滑移安全系数也有一定的影响，但大多数情况都是对主缆抗滑移有利，只有个别波速情况下，行波效应平均值最大使主缆抗滑移安全系数减小20%左右，考虑结果的变异性，最大使主缆抗滑移安全系数减小40%左右.2.4 对梁端位移的影响图7给出了地震行进波速的变化对梁端位移的影响，图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值，μ为12条波的平均值，σ为12条波的方差.从图8可以看出，行波效应对梁端位移的影响很小，行波效应平均值最大使梁端位移减小3%左右，考虑结果的变异性，最大使梁端位移变化也在7%左右. 图7 地震行进波速对梁端位移的影响3 结构体系变化对行波效应的影响图8、图9分别给出了四个模型，地震动行进波速的变化对北塔塔底、南塔塔底和中塔塔底地震内力的影响，取12条波的平均值，图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应比值.图8 地震行进波速对塔底截面剪力的影响比较图9 地震行进波速对塔底截面弯矩的影响比较从图8、图9可以看出：当中塔基础形式不变时，无论中塔与主梁之间是否设置弹性索，行波效应对边塔塔底地震反应的影响规律及影响程度基本一致，即中塔、梁纵向连接方式的变化不会明显改变行波效应对边塔塔底地震反应的影响规律；而如果中塔、梁纵向连接方式不变时，中塔基础采用桩基础时，行波效应对边塔塔底地震反应影响要显著一些，特别是对边塔塔底剪力的影响，行波效应使得塔底剪力平均值最大增大25%左右，而当中塔基础采用沉井基础时，这一数值为15%左右. 从图8、图9还可以看出：当中塔采用沉井基础时，行波效应对中塔与主梁之间设置弹性索时的影响程度比中塔与主梁之间不设置弹性索显著；而当中塔采用桩基础时，无论中塔与主梁之间是否设置弹性索，行波效应对中塔塔底地震反应影响规律及影响程度相差不大；如果中塔、梁纵向连接方式不变时，中塔基础采用沉井基础时，行波效应对中塔塔底地震反应影响要略微显著一些.上面分析表明，当中塔由沉井基础变为桩基础时，由于中塔整体刚度减小，边塔与中塔刚度比增大，使得行波效应对边塔的地震反应影响增大；而当中塔与主梁之间设置弹性索，中塔由桩基础变为沉井基础时，由于中塔刚度增大，边塔与中塔刚度比减小，使得行波效应对中塔的地震反应影响增大.4 结论1）行波效应对边塔的地震反应有一定的影响，在个别波速情况下，行波效应使得边塔塔底反应增加40%左右；而行波效应对中塔的地震反应影响不大，且在大多波速情况下行波效应减小了中塔的地震反应.2）行波效应对边塔基础的水平反力影响不大，但对边塔基础的反力矩有一定的影响，其影响规律与对边塔塔底弯矩基本一致，但影响程度略小一些.行波效应对中塔基础的水平反力影响甚微，对反力矩影响也不大，且在大多波速情况下行波效应减小了中塔基础的地震反应.3）行波效应对梁端位移的影响很小，行波效应平均值最大使梁端位移减小3%左右，考虑结果的变异性，最大使梁端位移变化也在7%左右.4）当中塔由沉井基础变为桩基础时，由于中塔整体刚度减小，边塔与中塔刚度比增大，使得行波效应对边塔的地震反应影响增大.5）当中塔与主梁之间设置弹性索，中塔由桩基础变为沉井基础时，由于中塔刚度增大，边塔与中塔刚度比减小，使得行波效应对中塔的地震反应影响增大.参考文献［1］Nakamura Y，Kiureghian A D，Liu D.Multiple－support response spectrum analysis of the golden gate bridge［R］.University of California at Berkeley，Report No.UCB／EERC－93／05，May，1993.［2］Dumanoglu A A，Brownjohn J M W，Severn R T.Seismic analysis of the fatih sultan mehmet suspension bridge［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，1992，21：881－906.［3］胡世德，范立础.江阴长江公路大桥纵向地震反应分析［J］.同济大学学报，1994，22（4）：434－438.［4］丰硕，项贻强，谢旭.超大跨度悬索桥的动力特性及地震反应分析［J］.公路交通科技，2005，22（8）：31－35.［5］Zerva A.Response of multi－span beams to spatially incoherent seismic ground motions［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，1990，19：819－832.［6］Ettouney M，Hapij A，Gajer R.Frequency－domain analysis of long－span bridges subjected to nonuniform motions［J］.Journal of Bridge Engineering，2001（11／12）：577－586.。
