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高架桥多处于城市公共交通的枢纽和咽喉地段,为城市生命线工程的重要组成部分,其在地震中一旦遭到破坏,将造成巨大的经济损失和人员伤亡,并可能导致整个城市的震后救灾工作陷入混乱和无序。传统的桥梁结构时程分析通常是假定结构范围内的地面运动是一致的,而高架桥的桥型通常为多跨连续梁、连续刚构及多跨简支梁桥,由于其跨度大,导致桥梁墩底的地震动将存在较大差异,因此,在地震反应分析时,考虑多点非一致激励是很有必要的。本文结合高架桥中常见的连续梁、连续刚构桥进行了大量的数值计算,主要开展了以下几个方面的工作。
(1)总结了桥梁结构多维多点地震反应的研究现状及分析方法,重点讨论了时程分析法的基本原理及优缺点。
(2)对连续梁桥在多维多点下地震反应进行了参数敏感性分析,以E1-centro地震波为例对结构进行了线弹性时程分析,分别研究了桥梁跨数、跨度及墩高对桥梁地震反应的影响。结果表明,一致激励下,跨数增加后,桥墩内力减小,墩顶顺桥向位移减小,横桥向位移增大,支座顺桥向内力减小,横桥向内力增大,梁端位移减小。非一致激励下与一致激励有相同的结果,行波效应的影响较小。跨径的影响与跨数的影响相同。桥墩越矮,桥墩和支座受力越不利,行波效应对结构受力影响较小。
(3)研究了连续刚构桥的跨数、墩高等敏感参数对其抗震性能的影响。研究表明,桥墩越高,对桥墩和主梁受力越有利,考虑行波效应会放大结构的内力。
(4)以某连续梁桥为背景,对比分析了安装复合式金属型阻尼器和防落梁拉杆桥梁的地震反应,结果表明,原桥在E1地震情况下基本处于弹性阶段,结构内力及变形较小,而E2地震作用下,原桥桥墩的塑性铰进入第二屈服阶段,桥墩内力和变形、活动支座位移超过支座位移允许值,通过抗震加固,桥梁的各个指标均满足规范要求,复合式金属型阻尼器在低于设计位移时,提供较小且稳定的出力,一旦达到设计位移,其出力随着位移的增加而大幅提升,将其用于桥梁抗震,既可以消耗一定的地震能量,又可以防止落梁。