多点激励下非规则高墩曲线桥梁地震响应试验研究

    程麦理　李青宁　闫磊　尹俊红

    

    

    

    摘要：根据结构模型振动台试验相似理论和大跨结构多点激励理论，以某非规则钢筋混凝土高墩曲线连续梁桥为研究对象，建立缩尺比为1：20的桥梁结构试验模型，研究该非规则曲线桥梁模型在地震波多点激励作用下结构的地震响应规律。研究表明：随着地震波强度等级增大，非规则曲线桥梁结构一阶频率下降速度先快后慢，阻尼基本呈线性增加；非规则曲线桥梁结构地震响应具有明显的空间性；局部地形效应对曲线桥梁结构地震响应有放大作用；不同频谱地震波对非规则曲线桥梁结构地震响应影响各异，且差别较大。因此，在非规则高墩曲线梁桥结构抗震分析中应考虑多点激励效应的影響。

    关键词：曲线桥梁；非规则；多点激励；局部地形效应；振动台试验

    引言

    随着中国城市化进程的推进和西部大开发计划战略的实施，中国桥梁建设得到了长足的发展。曲线桥梁以优美的流线构型，灵活多变的线路布置，在工程实践中得到广泛应用。当曲线桥梁结构的曲率过大时，曲梁内力将存在严重弯扭耦合，使得结构平面布置表现为非规则性。在山区中，由于地势起伏，曲线桥梁相邻桥墩或一联内的桥墩高度往往存在较大差异，结构在竖向刚度分布不均匀，导致曲线桥梁结构呈竖向不规则。对竖向和平面不规则的曲线桥梁结构在进行地震响应分析时，结构内力和变形较复杂，计算困难。

    刘晶波用有限元法结合修正的透射人工边界，研究了P波、SV波和Rayleigh波传播时局部不规则地形对地面运动的影响，研究表明局部孤突地形对地震波有放大效应。根据已掌握的地震现场资料显示，50 m范围内大跨结构的支承点处接收的地震激励可能有较大差异。受局部地形效应对结构地震激励的影响，在进行桥梁结构地震响应分析时，应考虑局部场地效应的作用。由于局部地形效应对地震波幅值、频谱和相位的改变，使得大跨度空问结构在各支承点处接收的地震激励存在差异。文献对多点激励下大跨度桥梁结构地震响应进行理论和试验研究，结果表明：大跨度桥梁结构的地震响应与地震波的输入方式和桥梁支承点的场地特性有密切关系。

    文献通过建立高墩大跨连续刚构桥梁实体模型，进行了地震模拟振动台试验，研究多点激励下高墩大跨连续刚构桥梁的地震响应。王蕾等利用北京工业大学地震模拟振动台台阵系统，研究了考虑局部地形效应和多点激励作用下曲线桥梁结构的地震响应规律。樊珂等利用小型联动地震模拟振动台台阵系统对某钢管混凝土拱桥进行了多点激励研究。王艳等对大跨曲线预应力混凝土刚构桥的自振特性和抗震性能进行了研究。刘保纲通过对箱梁进行内力和变形分析，研究了翘曲扭转对曲线桥梁主梁变形的影响。

    为研究局部地形效应对非规则高墩曲线梁桥地震响应的影响，本文设计并制作了缩尺比为1：20的非规则高墩曲线梁桥结构试验模型。结合结构动力学基本原理，建立地震模拟振动台扩展系统，利用该扩展系统完成了多点激励下非规则高墩曲线梁桥地震模拟振动台试验，通过对加速度荷载等级、动力输入因数和1#桥墩位移响应的关系，局部地形效应对非规则曲线桥梁结构整体响应的影响，不同地震波的地震响应规律进行研究，以期得到对局部地形复杂的非规则曲线桥梁抗震设计有价值的结论。