可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验
第42卷第8期2010年8月
哈尔滨工业大学学报
JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Vol.42No.8
Aug．2010
可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验
徐鹏举，凌贤长，唐亮，高霞，张勇强，胡庆立
（哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨150090，hit
－
tl@163．com）
摘要：实施了可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用振动台试验，研究桩基桥梁结构地震响应特征．
试验再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象．小震输入下，地基动力反应较小，孔压在输
入波峰值到达后几秒内达到峰值，并很快进入消散阶段，近桩区与远桩区峰值孔压差别很小，砂层上部轻微
液化；桩－柱墩表现为弹性动力变形，地基对桩地震反应约束效应较大，桩在砂层中动应变大于粘土层中动
应变；由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用，致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩
动应变．大震输入下，砂层很快全部液化且发生强烈剪切流动，孔压在输入波峰值到达瞬间增大，而后缓慢上
升至峰值，消散也很慢，近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压；墩顶配重产生较大惯性力作用，加之砂层全
部强烈液化使得桩－柱墩动力反应十分强烈，导致桩上部嵌固点发生大幅度上移，且在砂层与上覆粘土层过
渡带附近出现大范围破裂、在粘土层中折断．
关键词：可液化场地；桩基础；桥梁结构；地震响应；振动台试验
中图分类号：U473.1文献标志码：A文章编号：0367－6234（2010）08－1189－05
Shake table test for seismic response of pile foundation
and bridge structure in liquefiable ground
XU Peng-ju，LING Xian-zhang，TANG Liang，GAO Xia，ZHANG Yong-qiang，HU Qing-li
（School of Civil Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin150090，China，hit
－
tl@163．com）Abstract：The shake table test for studying the pile-soil-structure seismic interaction in liquefiable ground was carried out，and the characteristics of seismic response of the structure were investigated．Results show that un-der small seismic input，the dynamic response of foundation is relatively small，while the pore pressure reaches its peak within several seconds after the peak input acceleration time and then，almost immediately，begins to dissipate．Slight liquefaction occurs in the upper sand layer，and the difference of peak pore pressure between far-pile area and near-pile area is very little．The dynamic deformation of pile-pier manifests specific elasticity，and the confinement effect of foundation on the seismic response of the pile cannot be neglected．The dynamic strain of pile in sand is larger than that in clay．On the other hand，the dynamic strain of pile in clay is much larger than that of pier，due to the co-action of confinement effect of upper clay on the pile and counterweight in-ertia effect of the pier top．While inputting the large seismic wave，complete liquefaction，accompanied by strong shear flow，occurs in a short time．The pore pressure increases immediately after the peak input accelera-tion time，then increases to its peak gradually，and the dissipation rate is also very low．The peak pore pressure of near-pile area，different from the case of small seismic input，is much larger than that of far-pile area．Dy-namic response of pile-pier is quite violent，and the fixing point of pile greatly moves upwards，as a result of large counterweight inertia effect together with complete liquefaction in sand．A large range of damage locates a-round the interface of sand and upper clay layers，and the pile breaks in the clay layer．
Key words：liquefiable ground；pile foundation；bridge structure；seismic response；shake table test
收稿日期：2009－01－28．
基金项目：国家自然科学基金重大研究计划资助项目（90815009）；
国家自然科学基金资助项目（50378031；50178027）．
作者简介：徐鹏举（1967—），男，副教授，博士研究生；
凌贤长（1963—），男，教授，博士生导师．
场地液化是导致桩基桥梁震害的主要原因［1－3］．振动台试验是研究可液化场地桩基桥梁地震反应的一种有效手段，日、美等国已取得较多
重要的研究成果［4－6］，特别是日本E－Defense目前世界最大的三维地震模拟地震台（台面积20m?15m，最大承载1200t）的建成与投入使用，为更大比例尺模型的振动台试验研究提供了很好的手段．2002年以来，在国家自然科学基金连续资助下，针对可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用问题，我们分别考虑单桩与群桩、低承台群桩与高承台群桩、液化场地与非液化场地、场地不同地层结构等，先后完成了多个试验体的振动台试验研究．本文报道可液化场地单桩－土－桥梁结构地震相互作用振动台试验研究成果．
1试验概况
试验体设计与传感器布置见图1：采用缩尺模型桩－柱墩直径0.1m、长度2.52m、入土深度1.7m，由微粒混凝土配镀锌铁丝预制［7－8］；地基为3层土结构，上覆、下伏均为湿粘土层，中间为可液化砂层（不均匀系数3.5，平均粒径0.35mm，最大粒径2mm．改进的水沉法制备）；墩顶配120kg质量块，以模拟上部桥梁结构．在同济大学土木工程防灾国家重点试验室完成试验，采用美国MTS电液伺服驱动式三向模拟地震振动台装置，土箱为由范立础院士课题组研制的长2m?宽1.5m?高2m层状剪切变形土箱［9］，在与振动方向垂直的两侧内壁各设置一层厚10cm海绵垫以减少土箱边界反射效应；同时，控制模型结构平面尺寸与模型地基的平面尺寸之比小于一定倍数，本试验取地基平面长度D与结构平面尺寸d 之比为4.33．试验工况：0.02g白噪声，压缩
图1传感器布置图（mm）
0.15gEl Centro波（时间压缩系数为1：槡10．小震），0.15gEl Centro波（小震），0.5g El Centro波（大震），前一工况加载结束，待孔压基本消散后，进行后一工况加载．
2土－结体系自振特性
土－结体系基频的白噪声扫描值为2.55 6.45Hz，而土箱自振频率的理论计算值为1.36Hz、环境小幅激振实测值为1.40Hz、人工大幅激振实测值为1.20Hz，所以土箱的自振频率远离试验体的基频，因此土箱的自振不影响土－结体系的振动．由大振幅（约5cm）自由振动衰减法测得土箱的阻尼比为3.5%，而地基的阻尼比为12.71% 21.2%，因此土箱的阻尼显然不对地基动力反应产生不良影响［9］．
3试验宏观现象
压缩0.15gEl Centro波输入下，地表和桩－柱墩轻微振动．0.15gEl Centro波输入下，砂层上部轻微液化，地表局部有水渗出，桩－柱墩振动较小．0.5gEl Centro波输入下，砂层全部液化，强烈喷砂冒水，地表下沉5 8cm（局部达15 18cm）；桩－柱墩强烈振动，并在输入波峰值到达时桩在粘土层与砂层分界以上16cm处折断（位于粘土层中）；桩在砂层与上覆粘土层过渡带发生范围长达31cm破裂，说明桩的破坏发生于砂土液化过程中，并随砂土液化的发展，桩的嵌固点一直在移动且破裂逐步扩展；排水后，可见地表分布较多喷出的小砂堆．
4砂层孔压反应
砂层中孔压与孔压比时程见图2 4．压缩3
2
1
-10102030
K6
t/s
孔
压
/
K
P
a0.4
0.2
0.0
-0.20102030
K6
t/s
孔
压
比
3
2
1
-10102030
K4
t/s
孔
压
/
K
P
a0.4
0.2
0.0
-0.20102030
K4
t/s
孔
压
比
3
2
1
-10102030
K3
t/s
孔
压
/
K
P
a
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
0102030
K3
t/s
孔
压
比
4
3
2
1
-10102030
K1
t/s
孔
压
/
K
P
a
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
0102030
K1
t/s
孔
压
比
图2压缩0．15gEl Centro波输入孔压与孔压比
·
0911
·哈尔滨工业大学学报第42卷
420-2
20
406080100K6
t /s
孔压/K P a
0.60.40.20.0-0.2K6
t /s
孔压比
6420-2K4
t /s
孔压/K P a K4
t /s
孔压比
K3
t /s
孔压/K P a
K3t /s
孔压比K1
t /s
孔压/K P a
K1
t /s 孔压比
020*********
0.60.40.20.0-0.202040
6080100
6420-2020
4060801000
20406080100
020
4060801000.60.40.20.0-0.2
6420-20
20
40
60
80100
0.6
0.40.20.0-0.20
20
406080100孔压比
孔压
图3
0．15gEl Centro
波输入孔压与孔压比
10
0-10-20
20
4060
80100
K6
t /s
孔压/K P a
210-1-2K6
孔压比
20100-10-20K4
t /s
孔压/K P a
孔压比
K3
t /s
孔压/K P a
K3t /s
孔压比
K1
t /s 孔压/K P a
K1
t /s 孔压比
20406080100
020
406080100
02040
6080100
020
406080100
20-2-4
020
406080100
2.0
1.00.0-1.00
20
406080100孔压比
孔压
200-20-4020100-10-20
图40．5gEl Centro 波输入孔压与孔压比
0.15gEl Centro 波输入下，自下而上，峰值孔压不断减小（土层减震引起），而峰值孔压比明显递增，但未超过0.3．0.15gEl Centro 波输入下，自下
而上，
峰值孔压不断减小（土层减震引起），但是峰值孔压比明显递增且上部达到0.6（砂层上部轻微液化的原因）．0.5gEl Centro 波输入下，自下而上峰值孔压、峰值孔压比均有递减趋势（与小震输入下的规律不同．这是由于上部孔压水易于排出地表，试验现象也如此），但是，峰值孔压比均达到或超过1且持续30 50s ，因此砂层全部强烈液化．3种波输入下，孔压均瞬间达到峰值．小震输入下，孔压在输入波峰值之后5s 内达到峰值，并很快进入消散阶段．大震输入下，孔压在输入波峰值到达时刻瞬间增大，而后缓慢上升至峰值，峰值后消散也很慢，主要原因是大震的加速度足以使孔压较长时间维持较高的水平．比较测
点K3、K4可见，小震输入下近桩区峰值孔压与远桩区峰值孔压差别很小，而大震输入下近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压，因此桩距对孔压的影响很大程度上取决于输入波的强度．输入波峰值到达时，出现瞬时负孔压现象，大震输入下尤其突出（负孔压峰值甚至远大于正孔压峰值），文
献认为这是由于土体瞬时剪胀所致
［7－8，10］
．3种El Centro 波输入砂层产生最大负压的时刻也近
似满足1：槡
10的时间相似计算结果．5地基加速度反应
根据试验加速度记录，绘制的地基反应的峰
值加速度、
峰值加速度放大系数沿深度分布见图5．压缩0.15g El Centro 波和0.15g El Centro 波输入下，自下而上，相应各点的峰值加速度基本相
同；但是，在砂层和上覆粘土层中，0.15g El Centro 波较压缩0.15g El Centro 波输入下峰值加速度偏
大，特别是前者的峰值加速度放大系数明显大于后者（前者≥1，后者为0.63 0.91），说明地基对0.15gElCentro 波输入的反应更强烈，
而对压缩
0200
400600800
峰值加速度/g
埋深/m
m
0200400600800峰值加速度放大系数
土层深度/m m
注：峰值加速度放大系数：反应加速度峰值与输入加速度峰值之比．峰值加速度分布图中A11为加速度计编号．峰值加速度放大系数分布图中括号内数据为峰值加速度发生时刻，单位为s．
图5地基峰值加速度及其放大系数沿深度分布
·
1911·第8期
徐鹏举，等：可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验
0.15g El Centro 波输入有明显减震作用，吻合于试验宏观现象（0.15g El Centro 波较压缩0.15g El Centro 波输入下砂层上部液化现象更明显）和砂层孔压反应记录．0.5g El Centro 波输入下，自下而上，峰值加速度和峰值加速度放大系数均呈
很有意义的“增加－减小”波动变化，下伏粘土层对输入波有较大衰减作用，而砂层在较大震激励
下很快完全液化而发生强烈剪切流动作用，致使地基加速度记录显示砂层和上覆粘土层对输入波具有显著放大效应的假象，也就是说，图5中砂层和上覆粘土层对0.5g El Centro 波输入的放大作用实际为液化砂层发生强烈剪切流动所致（土层中加速度计随之往返剪切运动），并非土层对输入波的真正放大作用
．
400800峰值加速度/g
埋深/m
m
峰值加速度放大系数
埋深/m m
图6桩－柱墩峰值加速度及其放大系数沿深度分布
6桩－柱墩加速度反应
根据试验加速度记录，绘制的桩－柱墩反应的峰值加速度、峰值加速度放大系数沿深度分布见图6．压缩0.15g El Centro 波和0.15g El Centro 波输入下，自下而上，桩体相应各点的峰值加速度基本相同、峰值加速度放大系数＜1，墩顶峰值加速度偏大、峰值加速度放大系数超过1.5，说明小震输入下地基对桩的较大约束效应而限制桩的地
震反应（对输入波的放大作用）；两种波输入下，桩底的峰值加速度、峰值加速度放大系数均近似相同，说明下伏粘土层对桩具有显著的嵌固作用；
但是，在砂层和上覆粘土层中，0.15g El Centro 波较压缩0.15g El Centro 波输入下峰值加速度偏
大，特别是前者的峰值加速度放大系数明显大于后者，说明桩体对0.15g El Centro 波输入的反应更强烈，吻合于试验宏观现象（0.15g El Centro 波输入下桩－柱墩振动幅度较大）．0.5g El Centro 波输入下，桩底的峰值加速度（1.17g ）、峰值加速度放大系数（2.03）均很大，但是进入砂层和上覆粘土层，桩的峰值加速度、峰值加速度放大系数均大幅度减小，特别是桩下段的峰值加速度放大系数＜1，而上段（上覆粘土层中折断位置以下）的峰值加速度放大系数也不过1.05．这是由于大震
输入下，
上部结构配重的较大惯性力作用，加之砂层全部强烈液化（致使桩体上部嵌固点发生大幅
度滑移．据桩体上部破裂范围达31cm 判断桩体上部嵌固点发生大幅度下移），桩底因此发生瞬间滑移（下伏粘土层对桩的嵌固作用失效）导致加速度记录很大（并非桩底对输入波的实际放大
作用）；另一方面，
砂层发生强烈液化而导致桩体上部嵌固点发生大幅度下移，
加之桩底瞬间滑移，致使砂层和上覆粘土层中桩的峰值加速度、峰值加速度放大系数均大幅度减小．墩顶的的峰值加速度、峰值加速度放大系数均十分大，这是由于大震输入下桩折断倒塌所致．
7柱墩动位移
试验记录的柱墩顶部动位移时程见图7．小震输入下，柱墩顶部动位移峰值出现稍滞后于输入波峰值到达时刻，并在输入波结束后柱墩自上而下的动位移很快恢复到初始状态，说明不仅桩－柱墩为弹性动力变形作用，而且地基也主要为可恢复变形；而柱墩顶部动位移幅值，
0.15g El Centro 波输入下的约为压缩0.15g El Centro 波输入下的两倍，这是由于原型波持时较长所致；但
20
100-10-20010
2030
单桩柱墩顶部位移
4
20-2-40
10
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振动台台面位移
t /s
位移/m m
400-40
050100
t /s
t /s 位移/m m
位移/m m
200-20
050100t /s 位移/m m
(a)压缩0.15gEL Centro 波输入下动位移时程
(b)0.15gEL Centro 波输入下动位移时程
图7柱墩和台面动位移
·2911·哈尔滨工业大学学报第42卷
是，压缩0.15g El Centro 波输入下柱墩顶部动位
移约为台面动位移5倍，而0.15g El Centro 波输入下柱墩顶部动位移仅为台面动位移约两倍，表明压缩波由于频率高而有利于刚性较大结构对地震反应的放大作用，这一点值得工程抗震的注意．0.5gEl Centro 输入下，桩很快折断倒塌，墩顶动位移记录已失真，无讨论意义．
8桩－柱墩动应变
试验记录的桩－柱墩动应变时程见图8 9．
20
100-10
0102030S1
t /s
应变
200-20-40
01020
30
S3
t /s
应变
100
0-100-200
0102030
S5
t /s
应变
4000-400
0102030S7
t /s
应变
2000-200-400
0102030S9
t /s
应变
102030
S10
t /s
应变
2000-200
图8
压缩0．15g El Centro 波输入桩－柱墩动应变
20100-10-20
050100
S1
t /s
应变
1000-100S3
t /s
应变
2000-200-400S5
t /s
应变
10000-1000S7
t /s
应变
2000-200-400S9t /s
应变
S10t /s
应变
2000-200050100
0501000501000
50100
50100
图9压缩0．15g El Centro 波输入桩动应变
小震输入下，自下而上，桩－柱墩的动应变不断增加，但是桩在砂层较粘土层中动应变显著增大，这也是砂层中桩体较粘土层中桩体更易发生震害的原因之一；0.15gEl Centro 波较压缩0.15gEl Cen-tro 波输入下桩－柱墩的动应变幅值大得多，这是由于原型波持时较长所致；由于下伏粘土层对桩的嵌固作用，两种波输入下，下伏粘土层与砂层分界附近桩的动应变未出现突变（比较测点S1、S3）；而在地基上部，由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用，致使上覆粘土层中桩的动应变远大于柱墩的动应变（出现突变．
比较测点S7与S9、S10），故0.5gEl Centro 波输入
下桩折断发生于上覆粘土层中，因此实际地震中桩基破坏与上部桥梁结构的惯性力作用关系密
切．0.5gEl Centro 输入下，
桩很快折断倒塌，桩－柱墩动应变记录已失真，无讨论意义．
9结论
1）振动台试验很好再现了自然地震触发场地液化及结构破坏的主要宏观现象．桩在砂层与
上覆粘土层过渡带发生大范围破裂且在粘土层中折断倒塌，说明桩的破坏发生于砂土液化过程中，并随液化的发展，桩的嵌固点一直上移且破裂逐步扩展，这一点对于桩的配筋设计具有一定指导意义．
2）小震输入下，地基自下而上峰值加速度基本相同，但是对非压缩波输入的反应更强烈，而对压缩波输入有一定减震作用；孔压在输入波峰值
到达后几秒内达到峰值，
并很快进入消散阶段，近桩区与远桩区峰值孔压差别很小．大震输入下，地基自下而上峰值加速度和峰值加速度放大系数均
呈“增加－减小”变化．桩距对孔压的影响主要取决于输入波的强度．
3）桩－柱墩地震反应主要取决于场地条件、结构材性、上部结构配重和输入波的强度、持时、频率等．小震输入下，桩－柱墩表现为弹性动力变
形且自下而上动应变不断增加，
压缩波由于频率高而有利于放大作用，非压缩波由于持时长而使得地震反应更强烈；地基对桩地震反应的约束效应较大，桩在砂层较粘土层中动应变明显增大；上覆粘土层中桩的动应变远大于柱墩的动应变．大震输入下，桩－柱墩加速度反应十分强烈，由于墩顶配重较大惯性力作用，加之砂层全部强烈液化，致使桩上部嵌固点发生大幅度上移，桩上段出现大范围破裂且于粘土层中折断倒塌，下伏粘土层对桩的嵌固失效而使桩底发生瞬间滑移．
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（下转第1198页）
·
3911·第8期徐鹏举，等：可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验
加固性能有所下降．
2）提出了考虑火灾影响的用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土梁的受弯承载力计算公式和刚度计算方法，计算结果和试验数据吻合较好．
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（编辑刘彤）
（上接第1193页）
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（编辑赵丽莹）
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8911
·哈尔滨工业大学学报第42卷
悬索桥的风致振动及控制方法的探讨
悬索桥的风致振动及控制方法的探讨 刘琳娜，何杰，王志春 武汉理工大学，道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，湖北武汉（430070） 摘要：风对悬索桥的作用是十分复杂的现象，随着桥梁结构的大跨度发展，桥梁对风作用反应的敏感和复杂逐渐成为设计的控制因素。本文章就悬索桥的三个重要组成部分——梁体，主塔以及缆索各自的风致振动研究现状和控制方法进行了分析介绍，同时探讨了悬索桥应该进一步研究的风致振动方面的问题。 关键词：悬索桥，风致振动，振动形式，控制方法 1. 引言 悬索桥以其受力性能好、跨越能力大、轻型美观，抗震能力好，而成为跨越江河、海峡港湾等交通障碍的首选桥型。由于桥梁是裸露于地球表面大气边界层内的建筑物，不可避免的会受到风的作用。而且随着桥梁理论的不断完善和施工技术的不断提高，桥梁结构型式向轻型化、长大化发展[1]，这就使风对桥梁的作用更加明显。风荷载逐渐成为悬索桥设计的主要控制荷载。然而，桥梁界对风对桥梁的作用的认识是在惨痛的历史教训中总结发展的。据不完全统计，18世纪以来，世界上至少有11座悬索桥由于风的作用而毁坏[2]。直到1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的Tacoma吊桥在不到20 m/s 的8级大风作用下发生破坏才引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切。 目前，世界上已修建的最大跨度的悬索桥为日本的明石海峡大桥，其主跨跨度已达到1990m，而一些跨度更大的特大跨悬索桥，如Messina海峡大桥、Gilbralter海峡大桥也己先后提上议事日程。随着我国经济的迅速发展，桥梁建设事业也得到了飞速发展，我国也己成功修建了汕头海湾大桥、广东虎门大桥、西陵长江大桥和江阴长江大桥等多座悬索桥，尤其江阴长江大桥跨度达到1385米，进入世界前列；目前还有多座大跨悬索桥在规划中，如珠江口伶仃洋跨海工程、杭州舟山大桥等。因此，二十一世纪中国的桥梁事业将有更崭新的发展。 随着悬索桥跨度的增加，结构刚度和阻尼显著下降，因此对风的作用更为敏感，从而抗风设计已逐渐成为大跨悬索桥设计中的控制因素。而对于悬索桥风致振动及其控制方法的研究也显的越来越重要了。悬索桥的风致振动在其结构上主要表现为梁体、主塔、缆索等三个构件的振动，因此本文从这三个构件的风致振动机理的研究入手，借以探讨对悬索桥各个构件的控制方法。 2. 梁体的风致振动和控制方法 由于悬索桥轻柔、大跨的性质，梁体的振动机理是最受关注的，一般来说，其主要风致振动形式有两种——对桥梁具有摧毁作用的颤振和最常见的抖振。 2.1 颤振 颤振是一种危险性的自激发散振动。对于近流线型的扁平断面可能发生类似机翼的弯扭耦合颤振。对于非流线型断面则容易发生分离流的扭转颤振[3]。上述两种颤振分析理论可以较好地解决悬索桥的颤振问题。 对桥梁结构进行颤振分析可首推Bleich，他于1948年首次将以Theodorson函数为基础
TMD多点控制体系随机地震响应分析的虚拟激励法_朱以文
收稿日期:2003-10-26; 修回日期:2003-11-22 基金项目:国家电力公司资助项目(KJ 00-03-26-01) 作者简介:朱以文(1945-),男,教授,主要从事计算力学和结构防灾减灾研究 文章编号:1000-1301(2003)06-0174-05 TM D 多点控制体系随机地震响应 分析的虚拟激励法 朱以文,吴春秋 (武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072) 摘要:对于频率分布密集或受频带较宽的地震激励的结构,其响应不再以某一单一振型为主,须考虑采用多点控制。本文对受T M D 多点控制的结构进行了研究。文中建立了带有多个子结构系统的以模态坐标和子结构自由度为未知量的统一运动方程。针对所得方程为非对称质量、非对称刚度、非经典阻尼的情况,本文给出了使用直接法求解的格式。地震随机响应分析采用了虚拟激励法,可以考虑各振型之间的耦合项,计算量小且精度高。本文的方法适用于带有多个子结构的系统的一般性问题,具有广泛的应用价值。 关键词:多点控制;主结构;子结构;随机地震响应中图分类号:P315.96 文献标识码: A Pseudo -excitation method for random earthquake response analysis of control system with MTMD ZH U Yi -wen ,WU Chun -qiu (Civil and structural engineering school ,W uhan university ,Wuhan 430072,China ) A bstract :The response of the structure is no t constituted with one sing le mode shape w hen the frequency distri -bution is dense o r the earthquake excitation 's frequency band is w ide .At this time ,it is necessary to adopt the multi -point control sy stem .The study on the structures w ith M TMD is carried out in this paper .The uniform dynamic equation w ith mode coordinate and slave system 's DOF as variables is established fo r the system w ith multi slave sy stem .The equatio n has asy mmetric mass m atrix ,asymmetric stiffness matrix and nonclassical damping m atrix ,and the direct solving format is given in this paper .The random earthquake response is studied by using pseudo -excitation method ,thus the coupling items between modes can be considered .The calculation is cheap and precision is high .The method in this paper is adaptable to the general case of the sy stem with multi -slave structures and has broad application wo rth .Key words :multi -point control ;master structure ;slave structure ;random earthquake response 1 引言 对于高层建筑、大跨桥梁、高耸塔架等高柔结构采用TMD (Tuned Mass Damper )减小风振及地震响应是有效的,这一点得到了人们的普遍认同。TMD 对建筑结构的功能影响较小,便于安装、维修和更换控制元 第23卷第6期2003年12月地 震 工 程 与 工 程 振 动EA RT HQ UAK E ENG IN EERI NG A ND ENG IN EERIN G V IBRA T ION V ol .23,No .6 Dec .,2003DOI :10.13197/j .eeev .2003.06.028
建筑结构抗震设计课后习题答案
武汉理工大学《建筑结构抗震设计》复试 第1章绪论 1、震级和烈度有什么区别和联系？ 震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。 2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？ 规范将建筑物按其用途分为四类： 甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。 1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。 2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3 ）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。 4 ）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3.怎样理解小震、中震与大震？ 小震就是发生机会较多的地震，50年年限，被超越概率为63.2%； 中震，10%；大震是罕遇的地震，2%。 4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？ 建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。他们是一个不可割裂的整体。 5.试讨论结构延性与结构抗震的内在联系。 延性设计：通过适当控制结构物的刚度与强度，使结构构件在强烈地震时进入非弹性状态后仍具有较大的延性，从而可以通过塑性变形吸收更多地震输入能量，使结构物至少保证至少“坏而不倒”。延性越好,抗震越好.在设计中，可以通过构造措施和耗能手段来增强结构与构件的延性，提高抗震性能。 第2章场地与地基 1、场地土的固有周期和地震动的卓越周期有何区别和联系？ 由于地震动的周期成分很多，而仅与场地固有周期T接近的周期成分被较大的放大，因此场地固有周期T也将是地面运动的主要周期，称之为地震动的卓越周期。 2、为什么地基的抗震承载力大于静承载力？ 地震作用下只考虑地基土的弹性变形而不考虑永久变形。地震作用仅是附加于原有静荷载上
桥梁结构涡激振动实例及减振措施比较研究
桥梁结构涡激振动实例及减振措施比较研究 摘要：针对设计中不被重视的涡激共振问题，讨论了桥梁结构涡激振动及其响应分析的复杂性，介绍了几座国外大跨度桥梁结构的涡激振动问题，并比较分析了这些桥梁结构所采用的不同减振措施方案，推荐设计阶段首先选择气动控制措施来抑制桥梁涡激振动，而已建成的桥梁发生涡振病害则更适宜选用机械减振措施。abstract： in view of the ignored problem of vortex-induced resonance in design， this article analyzes vortex-induced vibration of bridge structure and the complexity of response analysis. the vortex-induced vibration problem of some foreign large span bridge structures is introduced and different vibration reducing measures of these bridges are analyzed and compared. it is recommended that pneumatic control measures be firstly used to control the vortex-induced vibration of bridges in design phase， while for vortex-induced vibration of built-up bridges， mechanical vibration reduction measures are more appropriate. 关键词：桥梁；涡激振动；振动控制；气动措施 key words： bridge；vortex-induced vibration；vibration control；pneumatic measures 中图分类号：u441 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）24-0100-03
桥梁专业设计技术规定 第八章 桥梁震动及抗震
8 桥梁振动及抗震 8.1结构抗震体系 8.1.1结构应具有合理的地震作用传力途径和明确的计算简图。结构除了具有必要的承载能力以外，还应具有良好的变形能力和耗能能力，以保证结构的延性性能。 8.1.2结构的质量和刚度应均匀分布，避免因质量和刚度突变而造成地震时结构各部分相对变形过大。对于质量和刚度变化较大的部位，应采取有效措施予以加强。 8.1.3结构基础应建造在坚硬的地基上，尽可能避开活断层及地质条件不好的地基。当结构必须建造在软土地基或可能液化的地基上时，应对地基进行处理。 8.1.4上部结构应尽量采取连续的形式。当上部结构与下部结构之间的支座允许上部结构平动时，必须保证支承面宽度并采取相应的限位措施，防止落梁的发生。 8.1.5确定墩柱的截面尺寸时应避免墩柱的轴压比（墩柱所承受的轴向压力与抗压极限承载力之比）过大，以保证墩柱截面的延性性能。 8.1.6对于多跨连续结构，各中墩柱的截面尺寸和高度应使各柱的纵桥向刚度和横桥向刚度基本相同。跨径相差较大时，应考虑上部结构质量对横桥向频率的影响。对于地面高差较大的地形，可通过下挖地面来调整墩柱的高度。 8.1.7对于大跨度桥梁，应结合桥位处的地质条件和地震动特性等具体情况，对各种结构体系进行分析研究，选择抗震性能较好的结构体系。 8.2地震反应计算 8.2.1工程设计项目应按《地震安全性评价管理条例》（国务院令第323号）及各地方相应管理办法，要求业主对相应区域进行地震危险性分析，
并根据地震危险性分析进行结构的地震反应计算。在桥梁建设中尽量避开具有危险性的活动地震断层。活动性地震断层附近桥梁的地震反应计算要特别注意地面位移对结构的影响。按“条例”不需进行地震安全性评价的一般性工程，应按照《中国地震动参数区划图》（GB18306-xx）规定的设防要求进行抗震设防。 8.2.2应根据工程的重要性等级、场地的地质条件和地震烈度、结构的自振特性等情况，按照规范用反应谱方法进行结构的地震反应计算。对于大跨度桥梁，还应进行时程反应分析，并考虑地震动的空间不均匀性。 8.2.3对于地震作用的计算，应按公路桥梁相关规范执行，城市桥梁应根据道路等级和桥梁的重要性，按表8.1进行重要性系数修正。 表8.1 城市桥梁重要性修正系数Ci 考虑地震引起的位移，避免结构因位移过大而导致非强度破坏。 8.2.5对大跨度桥梁进行地震反应计算时，由于高阶振型的影响较大，必须计算足够多的振型。 8.2.6采用减震措施设计时，应结合具体桥型进行动力时程分析。 8.3构件抗震设计和抗震构造措施 8.3.1 应搜集桥位处地震基本烈度、地质构造、地震活动情况、工程地质及水文地质条件，并根据地震基本烈度及桥梁重要性等级采取相应的
工程结构抗震题目及答案
填空题（每空1分，共20分） 1、地震波包括在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波，其中体波包括纵波（P）波和横（S）波，而面波分为瑞雷波和洛夫波，对建筑物和地表的破坏主要以面波为主。 2、场地类别根据等效剪切波波速和场地覆土层厚度共划分为IV类。3．我国采用按建筑物重要性分类和三水准设防、二阶段设计的基本思想，指导抗震设计规范的确定。其中三水准设防的目标是小震不坏，中震可修和大震不倒4、在用底部剪力法计算多层结构的水平地震作用时，对于T1>1.4T g时，在结构顶部附加ΔF n，其目的是考虑高振型的影响。 5、钢筋混凝土房屋应根据烈度、建筑物的类型和高度采用不同的 抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。 6、地震系数k表示地面运动的最大加速度与重力加速度之比；动力系数 是单质点最大绝对加速度与地面最大加速度的比值。 7、在振型分解反应谱法中，根据统计和地震资料分析，对于各振型所产生的地震作用效应，可近似地采用平方和开平方的组合方法来确定。 名词解释（每小题3分，共15分） 1、地震烈度： 指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。 2、抗震设防烈度： 一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发的文件（图件）执行。 3、反应谱： 地震动反应谱是指单自由度弹性体系在一定的地震动作用和阻尼比下，最大地震反应与结构自振周期的关系曲线。 4、重力荷载代表值： 结构抗震设计时的基本代表值，是结构自重（永久荷载）和有关可变荷载的组合值之和。 5 强柱弱梁： 结构设计时希望梁先于柱发生破坏，塑性铰先发生在梁端，而不是在柱端。 三简答题（每小题6分，共30分） 1.简述地基液化的概念及其影响因素。 地震时饱和粉土和砂土颗粒在振动结构趋于压密，颗粒间孔隙水压力急剧增加，当其上升至与土颗粒所受正压应力接近或相等时，土颗粒间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒像液体一样处于悬浮状态，形成液化现象。其影响因素主要包括土质的地质年代、土的密实度和黏粒含量、土层埋深和地下水位深度、地震烈度和持续时间 2.简述两阶段抗震设计方法。？
桥梁抗风与抗震
桥梁抗风与抗震 1.桥梁抗震 1.1桥梁的震害及破坏机理 调查与分析桥梁的震害及其破坏机理是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。 国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，桥梁震害主要表现为： (1)上部结构的破坏：桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形不多，一般都是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而引起的。如落梁，一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低估横向地震作用和位移。导致活动节点处所设置的支座长度明显不足以及相邻梁体之间因横向距离不足而引起的相互冲击，造成落梁及相邻结构的撞击破坏；另外一种是由于地基土的作用造成大的地震位移，这种桥梁震害主要发生在建在软土或者可能液化的地基土上的桥梁上。软土通常会使结构的振动反应放大，使得落梁的可能性增加。 (2)支座连接部位的破坏：这中破坏比较常见，由于连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。 (3)下部结构和基础的破坏：下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲破坏，矮粗的桥墩多为剪切型破坏，介于两者之间的为混合型。地基破坏主要表现为砂土液化，地基失效，基础沉降和不均匀沉降破坏及由于其上承载力和稳定性不够，导致地面产生大变形，地层发生水平滑移，下沉，断裂。 (4)桥台沉陷，当地震加速度作用时，由于桥台填土与桥台是不完全固结的，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用，桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转，导致基础破坏。如果桥台基础在液化土上，又将引起桥台垂直沉陷，最终导致桥梁破坏。 以上所介绍桥梁的几种破坏形式是相互影响的，不同的地质条件和不同的抗震措施所造成的破坏程度和类型往往是不同的。这就要求我们在桥梁设计中尤其是不规则桥梁和大跨度桥梁，必须从整体分析桥梁的抗震性能。 1.2抗震分析理论
结构抗震课后习题答案
结构抗震课后习题答案
《建筑结构抗震设计》课后习题解答建筑结构抗震设计》第 1 章绪论 1、震级和烈度有什么区别和联系？震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。 2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？规范将建筑物按其用途分为四类：甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。 1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。 2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9 度时应按比9 度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3 ）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9 度时应按比9 度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。 4 ）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为 6 度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3.怎样理解小震、中震与大震？ 小震就是发生机会较多的地震，50 年年限，被超越概率为63.2%；中震，10%；大震是罕遇的地震，2%。 4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？ 建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。他们是一个不可割裂的整体。
桥梁抗风抗震复习资料
第一讲 1、《中华人民共和国防震减灾法》的主要内容是什么？ 答：主要内容包括：1.《防震减灾法》的立法目的2.《防震减灾法》的调整对象及适用范围3.防震减灾工作方针4.对各级人民政府的基本要求。5.政府各部门在防震减灾工作中的职责6.单位和个人的义务7.群测群防工作8.依靠科学进步提高防震减灾工作水平9.提高政府领导防震减灾工作能力10.提升地震监测能力和社会服务职能11.提高建设工程的抗震设防水平12.提高社会的非工程性地震预防能力13.及时完善地震应急救援等相关规定。 2、地震引起的地表破坏现象有哪几种？ 答：1.地表断裂 2.滑坡 3.砂土液化 4.软土震陷 3、工程结构主要有哪些震害现象？ 答：建筑结构软弱层机制破坏、钢筋混凝土柱压弯破坏和剪切破坏、梁柱节点破坏、框架填充墙剪切破坏、桥梁结构落梁、整体或部分倒塌、钢筋混凝土桥墩压弯破坏和剪切破坏、桥梁碰撞、节点破坏、现代斜拉桥震害现象等。 4、近年来结构震害的主要经验教训是什么？ 答：⑴结构抗震设防应采用性能设计原则。即在综合考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、结构的重要性、耐久性和修复费用等因素下，定义结构允许的损坏程度（性能）。 ⑵结构抗震设计应同时考虑强度和延性，尤其注重提高结构整体及延性构件的延性能力。 ⑶重视采用减隔震的设计技术，以提高结构的抗震性能。 ⑷对体系复杂的结构，强调进行空间非线性动力时程分析的必要性。 ⑸对桥梁结构，应重视支座的作用及其设计，同时开发更有效的防落梁装置。 ⑹充分认识到按早期规范设计的旧结构的地震易损性，认识到对重要的旧结构进行抗震加固的紧迫性和必要性。 ⑺充分认识到城市生命线工程遭受地震破坏可能导致的严重社会后果，认识到保证城市生命线工程抗震安全性的意义。 ⑻充分认识到，地震区的一切新建工程都都必须严格按照国家颁布的抗震设计规范进行设防，为此而增加一些基建投资是值得的和必要的。 第二讲 1、构造地震的成因是什么？ 答：构造地震主要是由于断层的错动而造成的。自板块构造学说提出后，人们已广泛接受这样的观点：断层错动是由全球性的大规模板块构造运动所造成的。可以说，板块构造运动是构造地震发生的宏观背景，而断层错动则是构造地震发生的局部机制。 2、什么是地震动的特性及其三要素？ 答：特性：地震动是以运动方式出现。地震动是迅速变化的随机振动，地震动的这一特点，导致了抗震设计对地震作用峰值的关注。地震动对结构的作用效应与结构的动力特性和变形反应有关。地震动具有更大的不确定性，这使得抗震设计不能完全依靠强度安全储备。 三要素：地震动的幅值（最大振幅或叫峰值）、频谱（波形）和持续时间（简称持时）， 3、什么是地震安全性评价？ 答：地震安全性评价是指对具体建设工程场址及其周围地区的地震地质条件、地
浅谈风荷载对桥梁结构的影响
浅谈风荷载对桥梁结构的影响 121210104 罗余双 摘要：风荷载是桥梁结构设计需要考虑的重要内容之一。本文先分析了风荷载的静力作用和动力作用对桥梁结构的影响，然后考虑桥梁结构进行抗风设计的主要影响因素，并给出了桥梁结构抗风设计的主要流程。 关键词：桥梁、风荷载、抗风设计 The Impact of Wind Load on the Bridge Structure 121210104 Luo Yushuang Abstract:Wind load is one of the important contents of the bridge structure design needs to consider.At first,this paper analyzes the static effect and dynamic wind load effect on the influence of the bridge structure, and then it considers main influencing factors of wind resistance design of bridge structure, giving the bridge structure wind resistance design of the main process. Key words:Bridge、Wind load、Wind-resistance design 一、风荷载对桥梁结构影响研究的必要性 桥梁的风毁事故最早可以追溯到1818年，苏格兰的Dryburgh Abbey桥首先因风的作用而遭到毁坏。之后，英国的Tay桥因未考虑风的静力作用垮掉，造成75人死亡的惨剧。但直到1940年，美国华盛顿新建成的Tacoma Narrows悬索桥，在不到20 m/s 的风速作用下发生了强烈的振动并导致破坏（见图1），才使工程界注意到桥梁风致振动的重要性。现代桥梁抗风研究自此开始。 众所周知，桥梁是一种在风荷载作用下容易产生变形和振动的柔性结构，而且桥梁一般修建在江河、海峡等风速较大的区域。故此，抗风设计是桥梁结构设计的重要内容之一。 为避免此类惨剧就必须要把风荷载对桥梁结构的影响降到最低，而有效抵抗和预防风荷载对桥梁结构的影响的一大前提，就是清楚的把握风荷载对桥梁结构的影响。
桥梁抗震构造措施
桥梁抗震的构造要求有哪些? 1．对简支梁，连续梁等梁式体系，必须设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造，阻止梁的横向位移。 2．对悬臂梁和T型刚构除采取上述措施外，还应采取阻止上部结构与上部结构之间出现横向相对位移的构造措施。 3．对活动支座，均应采取限制其位移、防止其歪斜的措施。 4．对简支梁应采取措施防止地震中落梁，如采用螺栓连接，钢夹板连接，以及将基础置于可液化层一定深度等措施。 5．对于桩式墩和柱式墩，桩(柱)与盖梁，承台联接处的配筋不应少于桩或柱身的最大配筋。 6．对于砖石混凝土墩台，应考虑提高墩台帽与墩台本身以及基础连接处，截面突变处的抗剪强度。 7．桥台胸墙应予加强。在胸墙与梁端部之间，宜填充缓冲材料，如沥青、油毛毡等。 8．砖石、混凝土墩台和拱圈的最低砂浆强度等级应按现行《公路桥涵设计规范》的要求提高一级使用。 9．不论为梁式桥、拱桥尽量避免在不稳定的河岸修建，并应合理布置桥孔，避免将墩台布设于在地震时可能滑动的岸坡上的突变处。 10．大跨径拱桥的主拱圈，宜采用抗扭刚度较大整体性较好的断面型式，如箱形拱，板拱等。当主拱圈采用组合断面时，应加强组合截面的连接强度，对双曲拱桥应加强肋波间的连接。 11．大跨径拱桥不宜采用二铰和三铰拱。当小跨径拱桥采用二铰板拱时，应采取防止落拱构造措施。 12．砖石、混凝土腹拱的拱上建筑，除靠近墩台的腹拱采用三铰或二铰外，其余铰拱宜采用连续结构。 13．拱桥宜尽量减轻拱上建筑的重量。 14．刚性地基烈度为9度时，或非刚性地基烈度为7度时的单孔及连拱桥与端腹孔，均应采取防止落拱构造，包括加长拱座斜面，设置防落牛腿以及将主拱钢筋伸入墩台帽内。 桥梁结构抗震措施 【提要：措施,抗震,结构,桥梁,】 桥梁结构抗震措施 为防止或减轻震害，提高结构抗震能力，对结构构造所作的改善和加强处理，通常称为抗震措施。各国的工程结构抗震规范对此都有明确的规定。对于桥梁结构,这些措施可归纳为:①对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强;②对结构各部加强整体联结;③对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件;④加强桥梁支座的锚固;⑤加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋,提高结构的延性;⑥对桥位处的不良土质应采取必要的土层加固措施;⑦须特别重视施工质量，如施工接缝处的强度保证等;⑧在重要的大桥上，必要时需采用减震消能装置，如橡胶垫块，特制的消能支座等。
简支梁的地震响应分析
简支梁的地震响应分析 /PREP7 !进入前处理模块 /TITLE, EX 8.4(3) by Zeng P, Lei L P, Fang G ET,1,BEAM3 !设定1号单元 L=240 $A=273.9726 $H=14 $I=1000/3 !设定几何参数 R,1,273.9726,(1000/3),14 !设定1号实常数(梁单元) MP,EX,1,3E7 $MP,PRXY,1,0.3 $MP,DENS,1,73E-5 !设定弹性模量, 泊松比, 密度 K,1,0,0 $K,2,L,0 !生成两个关键点 L,1,2 !由关键点生成线 ESIZE,,8 !设定单元网格划分的分段数 LMESH,1 !对1号线划分单元网格 NSEL,S,LOC,X,0 !选择位置x=0的节点 D,ALL,UY !对所选择的节点施加位移约束UY=0 NSEL,S,LOC,X,L !选择位置x=L的节点 D,ALL,UX,,,,,UY !对所选择的节点施加位移约束UX=UY=0 NSEL,ALL !选择所有节点 FINISH !结束前处理模块 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,MODAL !设定模态分析方式 MODOPT,REDUC,,,,3 !设置缩减算法，提取3阶模态 MXPAND,1,,,YES ! 设定模态扩展的阶数为1，并计算单元及支反力结果 M,ALL,UY !对所有节点定义主自由度UY OUTPR,BASIC,1 !设置输出结果的方式 SOLVE !进行求解 *GET,F1,MODE,1,FREQ !提取第一阶模态频率，赋给F1 FINISH !结束 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,SPECTR !设定谱分析方式 SPOPT,SPRS !设定单点激励谱分析 SED,,1, !设定单点激励的方向为Y轴 SVTYP,3 !指定单点响应谱类型为地震位移谱 FREQ,.1,10 !设定频率数据表格的频率点 SV,,.44,.44 !设定频率数据表格的对应于频率点的激励值SOLVE !进行求解 *GET,F1_COEF,MODE,1,MCOEF !提取模态1的谱分析结果的模态系数FINISH !结束求解 /POST1 !进入一般性后处理模块 SET,1,1,F1_COEF !调出第1阶模态的结果，并乘以模态系数PRNSOL,DOF !打印节点结果 PRESOL,ELEM !打印单元结果 PRRSOL,F !打印支反力结果
桥梁抗震体系
桥梁抗震体系 内容摘要：在桥梁设计中，现行的通常做法是仅对桥粱进行简单抗震设防，桥粱结构设计工程师应努力掌握更多的结构抗震知识，提高抗震设防意识。本文分析了桥梁的震害特征和原因，阐述了桥梁抗震设计的具体原则和方法。 关键词：抗震设计；桥梁；地基与基础 一．概述 我国是世界上地震活动最为强烈的国家之一，今年5月份的四川汶川大地震造成了令人触目惊心的损失，作为结构设计工程师，必须充分认识到自己的职责所在，尽可能得利用自己掌握的专业知识，合理提高结构物的抗震能力。尽量减少地震带来的灾害。 二．桥梁的震害及特征 对国内外震害的调查表明，在过去的地震中，有许多桥梁遭受了不同程度的破坏，其主要震害有以下几点。 1．桥台震害 桥台的震害主要表现为桥台与路基一起向河心滑移，导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂：霞力式桥台胸墙开裂，台体移动、下沉和转动；桥头引道沉降，翼墙损坏、开裂，施工缝错工、开裂以及因与主梁相撞而损坏。桥台的滑移与倾斜会进一步使主梁受压破坏，甚至使主梁坍毁。 2．桥墩震害 桥墩震害主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，受压缘混凝土崩溃。钢筋裸露屈曲，桥墩与基础连接处开裂、折断等。 3．支座震害 在地震力的作用下，由于支座设计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚同螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等．并由此导致结构力f专递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。 4．梁的震害
桥梁最严重的震害现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜、倒塌，支座破坏．梁体碰撞，相邻墩间发生过大相对位移等引起的。 5．地基与基础震害 地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌。并在震后难以修复使用的蕈要原因。地基破坏主要是指因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因数导致的地层水平滑移、下沉、断裂。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，地基破坏一般都会导致基础的破坏，主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳。 6．另外桥梁结构的震害还表现在：结构构。造及连接不当所造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降或斜度过大而造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏。 三．桥梁的震害原因 国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，现在桥梁的破坏大多沿顺桥向和横桥向发生，而顺桥向震害尤其严重，分析其破坏原因主要表现在以下几个方面： 1．地震位移造成的粱式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或粱体相互碰撞引起的破坏。而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。 2.地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时，则使桩基的承载力降低，从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移，而简支粱桥对此尤为明显。另外，由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜．下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 3．支座破坏，在地震力的作用下，由于支座设计没有克分考虑抗震要求。构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚同螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，并由此导致结构力的传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。 4．软弱的下部结构破坏。即由于桥梁下部结构不足以抵抗其自身的惯性力和支座传递的主梁的地震力，导致结构下部的开裂、变形和失效，甚至倾覆，并
地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析
振 动 与 冲 击 第26卷第9期 JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCK Vol .26No .92007 地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50578118)收稿日期:2006-12-18 修改稿收到日期:2007-01-18第一作者邓育林男,博士生,1977年3月生 邓育林, 彭天波, 李建中 (同济大学桥梁系,上海 200092) 摘 要:针对桥梁结构在地震作用下梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性时程积分法,研究了横向地震作 用下梁体与挡块间的碰撞效应。通过对刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系表达式,在此基础上建 立了能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞模型,并对碰撞刚度、初始间隙、恢复系数以及桥梁跨径等参数进行了影响分析。分析结果表明:最大撞击力随碰撞刚度和桥梁跨径的增大而增大,但随初始间隙的变化规律不明显;恢复系数对碰撞效应影响很大,忽略碰撞过程中的能量损失会高估碰撞反应。为减轻梁体与横向挡块间的碰撞效应,提出了挡块刚度的合理取值。 关键词:横向地震;非线性;碰撞效应;碰撞模型;参数分析 中图分类号:U442.5+5 文献标识码:A 最近二十余年,地球上发生的多次地震灾害对桥 梁抗震设计理论产生了巨大影响,并且开展了一系列深入研究。其中地震作用下,结构的碰撞被认为是影响结构地震反应和结构抗震性能的一个重要因素。许多桥梁结构地震震害表明:桥梁连接构造处的碰撞是 引起结构破坏的主要原因之一[1,2] 。从历次大地震中可知碰撞不但造成构造设施的损坏,而且还会引起相应构件内力急剧增大,对下部结构的延性能力要求增 加,甚至造成桥梁墩台脆性剪切破坏[3-5] 。 在桥梁工程中,为了防止落梁的震害或保证支座的抗震安全性,通常采用设置挡块的抗震措施。目前,各国学者对挡块的抗震性能研究不多,在国外,Shervin Maleki [6,7] 对简支梁桥上部结构与横向约束挡块间碰撞效应进行了研究,分析表明碰撞刚度、初始间隙和结构周期影响很大,同时指出忽略碰撞效应,将会低估挡块及下部结构的地震需求,在抗震设计中造成不安全的结果。其不足是采用的是线性碰撞模型,没有考虑碰撞过程中的能量损失。而在国内,目前的桥梁工程抗震规范仅把挡块作为一种构造措施,实际上挡块的作用对主体结构的地震反应有较大的影响,因而在地震反应分析中,分析挡块的作用以及横向碰撞效应就很有意义。本文通过刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系,在此基础上建立了简支梁桥横向碰撞简化模型,并进行了参数分析,得到了一些结论和规律,为减轻地震作用下碰撞效应提供依据。 1 刚体碰撞模型 对于混凝土简支梁桥, 上部结构横向刚度一般很 图1 刚体碰撞模型 大,可将其视为刚体,在与挡块发生碰撞时,由于碰撞持时很短,横向碰撞过程可以等效为图1刚体碰撞模型,其中m 为刚体质量,k 为碰撞刚度,c 代表碰撞 过程中的能量损失,假定在t =0时刻发生碰撞。 建立系统的运动方程 m x ?? +cx ? +kx +0x (0)=0,x ? (0)=υ (1) 对于小阻尼情况,上式解为: x (t )=A exp (-ξωn t )sin ωd t (2) 式中 ξ=c /(2m ωn )<1,A =υ0/ωd ,ωd =1-ξ2 ωn , ωn = k /m 。 由条件cx ? (t 0)+kx (t 0)=0或x ?? (t 0)=0可以得到碰撞接触时间。对式(2)求二阶导数并代入t =t 0得: -A exp (-ξωn t 0)[(1-2ξ2 )ωn sin ωd t 0+2 ξωd cos ωd t 0]=0(3)碰撞接触时间为上式的最小正解,即 t 0=π-arctan λωn 1-ξ 2,λ=2 ξ1-ξ2 1-2ξ2(4)同样,可以给出碰撞前后的速度关系,对式(2)求一阶导数并计算碰撞末t =t 0的速度:x ?(t 0)=υ0 1-2ξ2exp [-ξ1-ξ 2(π-arctan λ)]?co s (π-arctan λ)(5) 引入Ne wt on 恢复系数e,得到碰撞前后速度比:
结构地震反应谱分析实例
在多位朋友的大力帮助下，经过半个多月的努力，鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解，现将其求解步骤整理出来，以便各位参阅，同时，尚有一些问题，欢迎各位讨论！ 为叙述方便，举一简单实例： 在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析，谱值为加速度反应谱，考虑X 与Y向地震效应作用。已知地震影响系数a与周期T的关系： a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0<T<=0.04 秒 0.4853*(0.10/T)^(-0.686) 0.04<T<=0.1 秒 0.4853 0.1<T<=1.2 秒 0.4853*(1.2/T)^1.5 1.2<T<=4 秒 以下是命令流程序 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- /filname,SPEC,1 /PREP7 !定义单元类型及材料特性 ET,1,45 MP,EX,1,2.8E10 MP,DENS,1,2.4E3 MP,NUXY,1,0.18 !建立模型 BLOCK,0,1,0,1,0,5 !网格剖分 ESIZE,0.5 VMESH,all /VIEW,,-0.3,-1,1 EPLOT FINISH /SOLU !施加底部约束 ASEL,,LOC,Z,0 DA,ALL,ALL ALLSEL !施加自重荷载 ACEL,0,0,10 !进行模态求解
ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,30 SOLVE FINISH !进行谱分析 /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,30,YES SVTYP,2 !加速度反应谱 SED,1,1 !X与Y向 FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000 SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167 SOLVE FINISH !进行模态求解(模态扩展) /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,30,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !进行谱分析(合并模态) /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,disp SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !结果1 /INP,,mcom lcwrite,11
ANSYS地震响应分析讨论
地震响应分析 1模态组合就是根据模态分析中的几阶振型（也可以少于这几阶，看你要求的精度）进行组合（类似于结构最不利组合），从而求出地震响应的最大值。 2组合各振型反应的最大值，求得结构地震响应的最大值。 这个问题在论坛上已经有很多人问过，也有各种各样的回答，但是至今没有令人满意的解答。我自己试过很多种方法，加上论坛上其他人提到的方法，大致归类如下： 1.先做静力恒载工况分析，打开预应力pstres开关；然后转到时程分析。 结果：恒载对后面的时程计算不起作用，时程计算依然从0开始。 2.直接在antype，trans中考虑恒载：先把timint，off加acel,,9.81,打开应力刚化，sstif，on，lswrite，1，然后timint，on开始时程计算。 结果：恒载9.81起作用了，但结果是错的，它被积分了。 3.不用什么前处理，直接把9.81加在地震波上acel，9.81+ac（i）。 结果，同2，9.81带入了积分，这个9.81相当于阶跃荷载，而不是产生恒载。 4.ansys帮助中施加初始加速度的方法（篇幅限制请自己看帮助）。 结果，同2、3，9.81还是带进时间积分。 5.这种是我受到别人的启发，通过结构受ramp荷载的特点施加的，可以近似的解决问题。 即1）求出结构的自振一阶频率w 2）令tr＝1/w 3) 定义ramp荷载为从0到tr加到9.81，然后在整个时间积分中保持不变 4）antype,trans中分几个荷载步将荷载从0加到9.81 5) 在随后的荷载步中acel，，9.81+ac（i） 这种做法虽然也是将9.81++加到地震波中，但是因为满足TR的要求，所以这个动力效应被削弱到了静力效应，它作用在结构上就像静载一样。对于单自由度结构理论上跟静载是完全一样的，但是多自由度会子静力效应上下很小的范围内波动，所以可以认为相当于静载的作用，这样我们就可以达到考虑恒载的目的了。 第5种是我至今为止考虑恒载的做法，我也很想知道还有没有更简单精确的方法，或者在前4种方法中就有只是我使用不正确，希望大家能一起来讨论，彻底解决这个问题。谢谢！ 地震反应怎么考虑重力 SOLU ANTYPE, TRANS TRNOPT,FULL TIMINT,OFF !*先关闭时间积分效应 TIME,1E-8 !*设一个极短的积分时间 acel,,9.8 NSUBST,2 !有时候子步数要增大 KBC,1 LSWR,1 !*把这个写入第一步 TIMINT,ON !*然后再时间积分效应开关，以后就正常写载荷步了 这种方法应该是对的,ANSYS帮助文件中也有提到, 可是,有一个问题:由于是阶跃荷载,就会产生动力效应,整个结构的变形大于实际的情况吧?这样与实际结构在重力下受到的变形就不一样了!