下载文档原格式
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。
大跨连续梁桥地震反应中桩-土相互作用研究【摘要】应用铁路抗震规范中介绍的方法和“m法”对一座连续箱梁进行了建模计算分析，通过地震反应结果的对比分析，得出两种方法结果的差异度。
“m 法”在我国铁路桥梁中的应用还不多见，研究结果丰富了铁路桥梁考虑桩-土相互作用的桩基模拟理论。
可以为铁路桥梁在设计过程中的建模分析提供参考。
【关键词】大跨连续梁；地震；桩-土相互作用Study on Pile-Soil Interaction of Seismic Response of Long Span Continuous Girder BridgeXU Xiao-fei(Railway Engineering Department,Tianjin Railway Technical and V ocational College,Tianjin，300240, China)【Abstract】Some models of long span continuous girder is established by using the method of Standard for seismic design of Railway bridges and the “m-method” ,the seismic responses of long span continuous girder is calculated . The degree of difference of two methods can be found by analysis of the results. The “m-method” is rarely used in China’s railway bridge; it can be used to simulate the pile. And give some advice for establishing model of the bridge.【Key words】Ｌong span continuous girder; Ｅarthquake;Ｔhe pile-soil interaction0 前言由于铁路桥梁荷载大、刚度要求高等特殊性，在设计理论和计算水平比较落后的年代，大跨度预应力混凝土桥梁的实例并不多见。
桥梁结构地震响应分析与评估方法研究地震是自然界中一种具有破坏性的自然灾害，对于桥梁结构来说，地震所带来的影响尤为重要。
因此，研究桥梁结构地震响应的分析与评估方法显得十分必要。
本文将探讨桥梁结构地震响应的分析与评估方法，以期提供有效的指导和保障桥梁结构在地震中的安全性能。
一、地震响应分析方法地震响应分析是指利用工程力学原理和地震学原理，对桥梁结构在地震作用下的动力响应进行计算和分析。
常用的地震响应分析方法包括静力弹性分析法、谐波响应分析法、时程分析法和模态分析法。
静力弹性分析法是一种简化的分析方法，假设结构具有线性弹性行为，并忽略结构的非线性效应。
该方法适用于较小震级的地震，对于大震级地震的响应评估则较为不准确。
谐波响应分析法是一种利用谐波激励模拟地震响应的分析方法。
该方法将地震作用看作是一系列正弦波组成的谐波激励，通过对结构在各个谐波激励下的响应进行分析，得到结构的地震反应。
时程分析法是一种基于实际地震波记录对结构进行响应分析的方法。
该方法将实际地震波的时程作为输入，通过数值模拟求解结构在地震作用下的动力响应。
时程分析法考虑了地震波的非线性和非平稳性特征，因此可以更准确地评估结构的地震响应。
模态分析法是一种将结构的地震响应分解为不同模态的分析方法。
该方法通过求解结构的振动模态和模态振型，得到结构在不同模态下的地震响应，并将其叠加得到总体响应。
模态分析法适用于复杂结构和多自由度系统的地震响应分析。
二、地震响应评估方法地震响应评估是指通过对桥梁结构的地震响应进行分析和评估，判断结构的安全性能和耐震能力。
常用的地震响应评估方法包括位移评估、应力评估和能量评估。
位移评估方法主要关注结构的位移响应情况，通过计算和分析结构的最大位移、塑性位移等指标，评估结构的变形程度和塑性变形能力。
位移评估方法更注重结构的整体性能和抗震能力。
应力评估方法主要关注结构的应力状态，通过计算和分析结构的最大应力、剪应力、弯矩等指标，评估结构的承载能力和抗震性能。
考虑土-结构相互作用的大跨度空间结构抗震研究进展曾佳明;朱忠义;吕辉;张成明;李丹【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】考虑土-结构相互作用(SSI)的大跨度空间结构抗震研究对于实现大跨度空间结构精确化分析,保障结构抗震安全性具有重要意义。
为了更好地应用已有大跨空间结构考虑土-结构相互作用的研究成果,分别对土-结构相互作用研究分析方法、框架结构SSI效应影响分析、地下-土-地上结构相互作用研究现状、大跨度空间结构与下部支承体系协同工作及考虑SSI对大跨度空间结构动力性能的影响等方面的研究成果进行了梳理。
结果表明:已有土-结构相互作用分析方法及计算模型对于大跨度空间结构的适用性有待商榷;框架结构SSI效应和大跨度空间结构与下部支承体系协同工作的研究相对成熟,其成果可供借鉴;带有大型复杂地下结构的大跨空间结构SSI效应显著;现有研究多以数值模拟为主,试验技术的发展对大跨空间结构土-结构相互作用抗震理论的验证至关重要;未来需要进一步研究实用的简化计算模型及分析方法、地下结构-土-大跨度空间结构体系、强震失效倒塌机理及减隔震研究、试验研究、参数分析、复杂效应耦合等。
【总页数】14页(P69-82)【作者】曾佳明;朱忠义;吕辉;张成明;李丹【作者单位】南昌航空大学土木建筑学院;南昌航空大学江西省装配式建筑与智能建造重点实验室;北京市建筑设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TU311.3【相关文献】1.考虑上部结构-群桩-土相互作用的整体空间结构体系的动力分析2.考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析3.考虑土-独立基础-结构相互作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究4.考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析5.考虑土与结构相互作用的钢筋混凝土框架子结构抗震性能试验研究因版权原因，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。
Value Engineering • 117 •考虑桩-土-结构作用下的大跨径悬索桥地震响应分析研究Seismic Response Analysis of Long-span Suspension Bridge Considering Pile-soil-structure Action杨宇® YANG Yu;李庆达于 LI Qing-da;浦丽® PU Li;张晓杰® ZHANG Xiao-jie (①云南云岭高速公路建设集团有限公司，昆明650224;②云南龙江特大桥建设指挥部，昆明650228)(①Yunnan Yunling Expressway Construction Group Co.，L td.，Kunming 650224,China;②Yunnan Longjiang Grand Bridge Construction Headquarter, Kunming 650228 , China )摘要:本文以主跨布置为320m +1196m +320m 的某特大跨径悬索桥为例，采用有限元软件建模计算,通过设置弹簧单元模拟桩土 作用，弹簧单元刚度采用m 法计算，地震动输入取七组地震波地震响应的平均值，分析考虑桩-土-结构作用下的大跨径悬索桥地震响应。
Abstract : In this paper, a large span suspension bridge with 320m+1196m+320m as the main span is taken as an example. The finiteelement softw-are is used for modeling and calculation. The spring element is used to simulate the pile and soil action. The spring element stiffness is calculated by the m method. The average value of seismic response of seven sets of seismic waves is used as the ground motion input. The seismic response of the long - span suspension bridge under the action of pile-soil-structure action is analyzed.关键词:桩-土-结构作用；悬索桥;地震响应Key words : pile-soil-structure action ； suspension bridge ； seismic response 中图分类号:U442.5+5 文献标识码:A 0引言云南省正值高速公路建设发展的高峰期，地处高原山 区，路线走向不可避免地常跨峡谷。
悬索桥作为目前跨越能 力最大的结构形式，多被设计单位在路线跨越山谷时选用。
目前，考虑桩-土-结构相互作用的理论分析方法主要有荷 载传递法、弹性理论法、有限单元法、边界单元法等，或者将 多种成熟方法进行耦合计算。
桩土作用对结构地震响应的 影响主要体现在改变结构的自振频率、阻尼及地震动输入 等方面，目前大多数的研究者采用实体单元建立模型来考 虑桩-土-结构作用，但不便于抗震设计计算。
本文通过设 置弹簧单元模拟桩土作用，其采用m 法计算刚度，分析研 究考虑桩-土-结构作用下的大跨径悬索桥地震响应。
1工程背景本文以某大跨径悬索桥为例，主跨布置为320m +1196m +320m ，主塔采用门形框架结构，为普通钢筋混凝土作者简介：杨宇（1979-)女，黑龙江哈尔滨人，工程师，研究方向为桥梁工程及无机非金属材料。
文章编号：1006-4311 (2017 )20-0117-03结构，横梁为预应力结构，索塔基础采用32根D 2.5m 的钻 孔灌注桩基础。
主梁为流线型扁平钢箱梁，宽31.5m ，高 3m ，纵向设置阻尼器于钢箱梁底部与横梁处。
2建模策略本文采用有限元软件建模，其主缆、吊索采用索单元学院研究生院（西安光学精密机械研究所），2010.[9] 王欣.基于A R M 的近红外光谱仪研究[D].长春理工大学， 2014.[10] Sobanski N, Schuladen J, Schuster G, et al. A five-channelcavity ring-down spectrometer for the detection of N 〇2, NO 3, N 2O 5,total peroxy nitrates and total alkyl nitrates [J]. Atmospheric- Measurement Techniques, 2016, 9(10): 5103.[11] 周选昌，胡晓慧.基于P ip elined 结构的电流型CM O S 模 数转换器电路设计[J ].浙江大学学报（理学版），2013 (2013年 06) ： 637-640.[12] 章琦，陈惠明，毛玉兵，等.线阵C C D 驱动时序及信号采集系统的设计[J].仪表技术与传感器，2010( 2 ): 75-77.[13] 唐枋，唐建国.用于C M O S 图像传感器的12位低功耗单斜坡模数转换器设计[J].电子学报，2013( 2 ): 023.[14] 庞瑞龙，赵毅强，岳森，等.一种采用4bitM D A C 的12bit流水线模数转换器[J].半导体技术，2014，39( 2 ): 93-97.[15] Yan A, Zhenye W, Tao Z, et al. Development status and aberration overview of micro spectrometer with Czerny -Turnerstructure [C].Optoelectronics Global Conference (OGC), 2016 IEEE.IEEE, 2016: 1-3.[16] Ka^wabe K, Furuhashi T, Tanaka Y. 35.4: Ne^w TFT ■ LCD Driving Method For Improved Moving Picture Quality [C]//SIDSymposium Digest of Technical Papers. Blackwell Publishing Ltd, 2001, 32(1):998-1001.• 118 •价值工程进行模拟，主塔、横梁等均采用空间梁单元进行模拟，通过 设置弹簧单元模拟桩土作用，其采用m法计算刚度，同时考虑引桥对主桥动力特性影响。
由于桥梁下部结构在E2 地震作用下会发生开裂或是损伤，本文通过下部结构的刚 度折减20%考虑该类情况。
2.1抗震设防目标的选取结合该工程建设初期安评报告及专项研究结果给出的桥址区场地地震基本烈度峪度、地震动参数较大，以及考虑大跨径桥梁的重要性等因素，设防标准为E1作用下，基准年限100年超越概率10%,峰值加速度0. 376g;E2作用下，基准年限100年超越概率4%,峰值加 速度 0.477g。
2.2 地震动参数大桥场地土为11类场地土，根据该桥安评报告给出 的东岸锚碇、东岸主塔、西岸主塔和西岸锚碇四处地震 动参数，E1地震取东岸锚碇反应谱，E2地震取东岸主塔 反应谱，通过取七组地震波地震响应的平均值，得到E1、E2作用下分析研究结构动力特性的反应谱如图2、图3 所示。
和阻尼系数。
本文计算采用有限元软件通过在桩基础位置土体分 层设置弹簧单元考虑桩土相互作用的影响，弹簧单元分纵 横向设置，忽略土体质量及阻尼。
桥梁桩基础处的土体弹 簧刚度，根据土体分层利用m法进行计算。
m法假定桩土作用时线性的，不考虑桩土之间的摩阻 力。
土体对桩身的抗力表示为：式中，^为深度为y的桩基侧面土体的地基系数，及 cy=m y,m为地基系数的比例系数。
3地震响应分析研究3.1 E1纵向地震作用的动力响应图4耀图7分别给出了在E1纵向地震作用时,桥梁结 构考虑桩土作用及不考虑桩土下的主塔轴力、剪力、弯矩 及位移的包络图。
可以看出，是否考虑桩土作用，对其剪 力、弯矩及位移的计算结果均有影响。
桩土作用无桩土作用图 2 E1地震反应谱(基准年限100年超越概率10%)图4主塔轴力包络图（左：东岸，右:西岸)七条地震波平均反应谱E2地表反应谱T(s)图 3 E2地震反应谱(基准年限100年超越概率4%)2.3桩-土-结构耦合作用当桥梁自重及其所受荷载通过桩基对土体产生作用时，土体经压缩向下产生变形，同时桥梁桩基础受到来自 土体侧面的摩阻力。
地基的刚度和阻尼也会影响桥梁桩 基和结构的受力特性，因此在桥梁的抗震分析计算中，为了更加符合实际情况，不得不全面考虑土体和结构的相 互作用。
桩-土-结构相互作用计算的理论方法目前主要有：荷载传递法、弹性理论法、有限单元法、边界单元法等，或者将多种成熟方法进行耦合计算。
常见的桩-土-结构相 互作用计算多采用有限元模型，在桩基处设置弹簧单元模 拟土体侧向刚度，同时为简化计算，通常忽略土体的质量图5主塔剪力包络图（左：东岸，右:西岸）3.2 E2纵向地震作用的动力响应图8耀图10分别给出了在E2纵向地震作用时，桥梁 结构考虑桩土作用及不考虑桩土下的主塔轴力、剪力、弯矩的包络图。
可以看出，是否考虑桩土作用，对其轴力、剪 力的计算结果影响较大，特别是在主塔横梁以下位置的剪 力值。
4结果分析①在纵向地震作用下，东岸主塔轴力变化很小，剪力 最大增大了 11%,弯矩最大增大了 16%;西岸主塔轴力变4(2(0(8(6(4(2(S/概轶Value Engineering• 119 •200180160140—桩土作用 无桩土作用图10主塔弯矩包络图(左:东岸，右:西岸）[7] 贺星新，李爱群，李建慧，苏骥.土-桩-结构相互作用对独 塔自锚式悬索桥地震响应的影响[J].东南大学学报(自然科学版)2014(01)： 150-154.[8] 王浩，李爱群，韩晓林，李枝军.土-桩-结构相互作用对大 跨悬索桥动力特性的影响研究[J ].工程抗震与加固改造，200((02) ： 32-35.[9] 张梦龙.高烈度地区悬索桥主塔的横梁结构形式对抗震性 能影响的研究[D].重庆交通大学,2012.[10] 马赞，高文军，张玉坤.强震山区悬索桥减隔震装置研究 [J].公路交通科技（应用技术版），2014( 12): 214-217.图7主塔位移包络图(左:东岸，右:西岸）化很小，剪力最大增大了 15%,弯矩最大增大16%。
