多點激勵下非規則高墩曲線橋梁地震響應試驗研究

程麥理　李青寧　閆磊　尹俊紅

摘要：根據結構模型振動臺試驗相似理論和大跨結構多點激勵理論，以某非規則鋼筋混凝土高墩曲線連續梁橋為研究對象，建立縮尺比為1：20的橋梁結構試驗模型，研究該非規則曲線橋梁模型在地震波多點激勵作用下結構的地震響應規律。研究表明：隨著地震波強度等級增大，非規則曲線橋梁結構一階頻率下降速度先快后慢，阻尼基本呈線性增加；非規則曲線橋梁結構地震響應具有明顯的空間性；局部地形效應對曲線橋梁結構地震響應有放大作用；不同頻譜地震波對非規則曲線橋梁結構地震響應影響各異，且差別較大。因此，在非規則高墩曲線梁橋結構抗震分析中應考慮多點激勵效應的影響。

關鍵詞：曲線橋梁；非規則；多點激勵；局部地形效應；振動臺試驗

引言

隨著中國城市化進程的推進和西部大開發計劃戰略的實施，中國橋梁建設得到了長足的發展。曲線橋梁以優美的流線構型，靈活多變的線路布置，在工程實踐中得到廣泛應用。當曲線橋梁結構的曲率過大時，曲梁內力將存在嚴重彎扭耦合，使得結構平面布置表現為非規則性。在山區中，由于地勢起伏，曲線橋梁相鄰橋墩或一聯內的橋墩高度往往存在較大差異，結構在豎向剛度分布不均勻，導致曲線橋梁結構呈豎向不規則。對豎向和平面不規則的曲線橋梁結構在進行地震響應分析時，結構內力和變形較復雜，計算困難。

劉晶波用有限元法結合修正的透射人工邊界，研究了P波、SV波和Rayleigh波傳播時局部不規則地形對地面運動的影響，研究表明局部孤突地形對地震波有放大效應。根據已掌握的地震現場資料顯示，50 m范圍內大跨結構的支承點處接收的地震激勵可能有較大差異。受局部地形效應對結構地震激勵的影響，在進行橋梁結構地震響應分析時，應考慮局部場地效應的作用。由于局部地形效應對地震波幅值、頻譜和相位的改變，使得大跨度空問結構在各支承點處接收的地震激勵存在差異。文獻對多點激勵下大跨度橋梁結構地震響應進行理論和試驗研究，結果表明：大跨度橋梁結構的地震響應與地震波的輸入方式和橋梁支承點的場地特性有密切關系。

文獻通過建立高墩大跨連續剛構橋梁實體模型，進行了地震模擬振動臺試驗，研究多點激勵下高墩大跨連續剛構橋梁的地震響應。王蕾等利用北京工業大學地震模擬振動臺臺陣系統，研究了考慮局部地形效應和多點激勵作用下曲線橋梁結構的地震響應規律。樊珂等利用小型聯動地震模擬振動臺臺陣系統對某鋼管混凝土拱橋進行了多點激勵研究。王艷等對大跨曲線預應力混凝土剛構橋的自振特性和抗震性能進行了研究。劉保綱通過對箱梁進行內力和變形分析，研究了翹曲扭轉對曲線橋梁主梁變形的影響。

為研究局部地形效應對非規則高墩曲線梁橋地震響應的影響，本文設計并制作了縮尺比為1：20的非規則高墩曲線梁橋結構試驗模型。結合結構動力學基本原理，建立地震模擬振動臺擴展系統，利用該擴展系統完成了多點激勵下非規則高墩曲線梁橋地震模擬振動臺試驗，通過對加速度荷載等級、動力輸入因數和1#橋墩位移響應的關系，局部地形效應對非規則曲線橋梁結構整體響應的影響，不同地震波的地震響應規律進行研究，以期得到對局部地形復雜的非規則曲線橋梁抗震設計有價值的結論。