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原文传递山体地形效应对桥梁地震反应影响研究

论文题名：	山体地形效应对桥梁地震反应影响研究
关键词：	高墩大跨桥梁;多点激励;桥梁反应;地震动;地形效应
摘要：	近几十年来，我国地震频发，尤其是西部山区，跨山体大跨桥梁作为重要的生命线工程，一旦遭到地震破坏，将会对道路交通及后续的救援工作产生重大影响，进而给社会造成不可估量的人员伤亡和经济损失。大量地震现场调查研究表明，山体地形对桥梁震害影响明显。目前，我国重大桥梁工程的抗震设计地震动参数没有考虑地震动山体地形效应。本文基于汶川地震的余震山体地形强震动记录，研究山体地形对强震动记录的影响特征，分析地震动一致激励和非一致激励输入下，大跨连续刚构桥的动力反应，比较了两座不同墩高桥梁的动力反应，为山区重大桥梁工程的抗震设计提供参考。针对地震动山体地形效应对高墩大跨桥梁的地震反应研究，本文主要取得了如下的认识和结论：　　基于汶川地震后在窦圌山获得的余震强震动记录，研究地震动山体地形偏振效应。基于傅里叶谱谱比法得到的山体的自振频率呈现多阶性特征；山腰和山顶测点的质点运动位移轨迹图表明，在不同地震作用下，位移幅值的优势方位不总是发生在山体横向上，在山体走向上也有显著表现。对2个水平方向的地震动记录按照不同角度进行分解，相应的峰值加速度放大系数及傅里叶谱谱比放大系数结果表明，二者放大系数极大值对应的分解角度范围与质点运动位移轨迹图的优势方向有很好的一致性。结合地震动记录的傅里叶谱分析可知，山体地形偏振效应与输入地震动频率成分密切相关，山体在低频为主的地震动作用下容易在横向，即山体低阶振型上发生偏振；高频为主的地震动作用下，山体容易在走向，即高阶振型上发生偏振；当地震动能量在不同频段范围均比较丰富时，山体会同时产生低阶和高阶偏振效应。　　利用有限元软件建立了两座不同墩高的大跨连续刚构桥模型，将山体地形记录的地震动时程作为动荷载输入，分别计算了刚构桥模型在多点一致激励和非一致激励作用下，大跨高墩连续刚构桥的结构内力及位移的反应。总体来看，考虑山体地形偏振效应的非一致激励作用下，桥梁结构的动力反应更加复杂，左右墩内力反应不一致，与一致激励相比，内力有所增大，且轴力增大最明显，原因可能是山体地形对地震动的放大效应和偏振效应共同作用结果；桥墩的横桥向与纵桥向位移与一致激励相比均有所变大，但是竖向位移有所减小；对于桥梁位移，主梁的顺桥向和横桥向上均加剧了桥梁走向和横向的变形，且位移相对变化达到了19.32％，说明山体地形偏振效应不是只对桥梁横向的位移加剧，会同时在桥梁横向和走向上加剧位移的变形，桥梁竖向位移与桥墩竖向位移变化一致。因此，在进行桥梁抗震设计时，需要关注桥梁两水平向位移变化，尤其是横向位移，同时应该采用考虑了山体地形效应的地震动荷载输入。　　基于两座桥梁模型的非一致激励和一致激励的动力响应，进一步探讨了桥墩高度的变化对桥梁地震反应的影响特点。可以发现，桥墩的剪力会随着高度的减小而增加；左右墩弯矩变化比较复杂；对于桥墩的位移，墩高变化对桥梁的竖向位移没有影响，对于横桥向位移，随着桥墩的降低，模型1横向位移变化值远大于模型2，顺桥向位移变化较小，这是因为连续刚构桥桥墩与桥梁固结不容易发生落梁；对于桥梁主要截面的三方向位移变化，具有很好的一致性，随着墩高的降低，桥梁各方向的位移变化值均有所减小。因此，跨山体地形桥梁的桥墩高度对于桥梁动力响应具有显著影响，抗震设计时应尽量降低桥墩高度。
作者：	齐亚坤
专业：	资源与环境
导师：	王伟;刘汉勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	防灾科技学院
学位年度：	2023