(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶 400041)

淺談懸索橋的抗震分析

趙 岳

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶 400041)

地震對(duì)國家的交通有強(qiáng)大破壞，而橋梁是交通里面的重要組成部分。因此懸索橋的抗震因素研究是有必要的。通過對(duì)國內(nèi)和國外的懸索橋的抗震研究成果的講述，可以了解到一些抗震因素如行波效應(yīng)、阻尼比等。選用適當(dāng)?shù)淖枘崞鲿?huì)更好的防震效果，還有對(duì)于懸索橋的力學(xué)分析也是好的方法。

地震；懸索橋；抗震因素；抗震研究

0 前言

如今，懸索橋優(yōu)良的特點(diǎn)受到國內(nèi)外的認(rèn)可，成為橋梁發(fā)展的好途徑。特別在我國，它的發(fā)展迅速。然而懸索橋抗震是我國面臨的主要問題。我國是一個(gè)多地震國家，這方面的研究很有意義。地震可使橋梁的各個(gè)主要部位受到傷害，本文主要是對(duì)國內(nèi)外懸索橋的抗震研究進(jìn)行綜述。同時(shí)，利用懸索橋自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出在懸索橋抗震方面的實(shí)際意義。

1 國內(nèi)概況

在我國，地震有幾千年的發(fā)展。早在三千多年就有文獻(xiàn)記載，從明代開始，關(guān)于地震的記載有很多，而且描述得很詳細(xì)。如趙州橋經(jīng)歷了一千多年的洗禮，地震對(duì)它沒有絲毫的損害?，F(xiàn)在，我國已成為一個(gè)大國，更應(yīng)該重視橋梁抗震的防治。我國的懸索橋雖然從八十年代開始起步，但是現(xiàn)在發(fā)展的越來越迅速。而且由于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，越來越受到國內(nèi)外的認(rèn)可，因此對(duì)懸索橋的抗震研究是很有必要。懸索橋分為自錨式和地錨式，下面分別介紹我國的發(fā)展?fàn)顩r。

1.1 自錨式懸索橋的抗震研究

我國從發(fā)展之初到現(xiàn)在，修建了很多自錨式懸索橋，因此對(duì)于自錨式懸索橋在地震響應(yīng)、減震抗震的方法上用的最多。下面進(jìn)行一一介紹。

在2002到2004年間，利用虛擬激勵(lì)法，可以得到自錨式懸索橋的地震反應(yīng)受行波效應(yīng)和相干效應(yīng)的影響，另外它的主梁和主塔在地震作用下內(nèi)力變大了很多。在2004年，張奇?zhèn)サ热死谜駝?dòng)實(shí)驗(yàn)得到它的錨固形式改變了耗能方式和整體剛度。

在2007年間，方海等人研究出自錨式懸索橋采用應(yīng)變能比例法合理的考慮其阻尼特性并計(jì)算其的動(dòng)力性能，獲得采用恒定阻尼比得出的地震響應(yīng)的結(jié)果要低。

在2011年間，楊孟剛等人研究磁阻尼器的力學(xué)性能得到非線性滯回模型，并且把橋當(dāng)作單自由度系統(tǒng)，獲得由于不同地震波作用下的自錨式懸索橋的減震效果。

在2012年間，王浩等人研究了南京江心洲大橋，得到了新型彈塑性剛阻尼器比其他的裝置效果要好。

1.2 地錨式懸索橋的抗震研究

在我國地錨式的懸索橋的抗震研究比較少。不過曹哲研究了地錨式三塔四跨懸索橋的地震響應(yīng)分析，得出了如下結(jié)論：在各種視波速行波效應(yīng)下，非一致激勵(lì)的行波對(duì)內(nèi)力分布沒有影響，對(duì)邊塔的縱向位移有影響。另外還有其他研究人員也進(jìn)行過抗震研究，在此不一一講述。

2 國外概況

在國外，尤其是日本和美國，這兩個(gè)國家也發(fā)生過較大的地震，對(duì)其交通產(chǎn)生了很大的影響，對(duì)其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了重創(chuàng)。因此，國外研究人員對(duì)橋梁的抗震分析也非常的重視。不過國外針對(duì)地錨式的懸索橋的研究比較多，但對(duì)于自錨式的比較少。下面針對(duì)懸索橋進(jìn)行介紹。

國外的研究在八十年代初期進(jìn)行研究，比如在1982年到1984年間，AbdelGh-affar等人以時(shí)域和頻域兩個(gè)因素研究了自錨式懸索橋金門大橋的地震響應(yīng)，最后得到的結(jié)論是使懸索橋產(chǎn)生較大影響的是行波效應(yīng)。在2001年，Mohamm-ed Ettouney等人研究出了影響懸索橋地震響應(yīng)的另外一個(gè)重大因素是地震波的入射角度。在2005年，Cole C.McDaniel等人研究了奧克蘭大橋的地震響應(yīng)，最終得到彈塑性連接器對(duì)自錨式懸索橋的整體結(jié)構(gòu)減震效果好。在2009年，D.Karmakar等人得到影響懸索橋的因素之一是場(chǎng)地效應(yīng)的空間變異性。在2010， Nurdan Memiso-glu等人以自振特性、粘滯阻尼器和場(chǎng)地效應(yīng)分析了伊斯坦?fàn)柺械膬勺炒髽虻牡卣鹦?yīng)。不管是地錨式還是自錨式，主要的研究的方向在懸索橋的結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)，安裝的阻尼器以及行波效率等等。

3 研究現(xiàn)狀分析和建議

通過對(duì)國內(nèi)和國外的懸索橋的抗震研究分析，可以知道地震響應(yīng)下，對(duì)橋梁的影響有行波效應(yīng)，阻尼器。但是還有一些方面是不夠的，比如自錨式懸索橋的受力特性及減震的控制等。另外還不能夠考慮材料的非線性的因素。而對(duì)于地錨式的懸索橋的結(jié)構(gòu)特性比不上自錨式，因此我的建議為對(duì)自錨式懸索橋進(jìn)行非線性地震響應(yīng)分析，研究阻尼器對(duì)地震響應(yīng)的影響。

3.1 研究?jī)?nèi)容

我們知道自錨式的懸索橋的主要振動(dòng)在橋的上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)部分的振動(dòng)。首先可以利用能量原理的Raleihd法獲得橋的自動(dòng)頻率公式，再用有限元軟件建模型得到自動(dòng)特性結(jié)果。之后利用規(guī)范得到反映譜，利用其理論得到地震響應(yīng)時(shí)程分析；最后對(duì)截面M-φ分析，分析自錨式懸索橋的地震響應(yīng)性，以此來確定阻尼器的力學(xué)參數(shù)和安放位置，能夠使橋減震。而具體的研究方法如下：

（1）采用合適的振型形狀函數(shù)的Rayeigh法，得到橋的自動(dòng)頻率公式，其中有橫向和正對(duì)稱的自由震動(dòng)、一階豎向反對(duì)稱。

（2）可以建立模擬結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量分布的空間有限元計(jì)算模型，在這中間，主要考慮自錨式懸索橋個(gè)構(gòu)件單元的處理，才能建立好三維模型。

（3）計(jì)算自錨式懸索橋的地震反應(yīng)，可以考慮阻尼調(diào)整系數(shù)、抗震重要性系數(shù)等參數(shù)獲取較準(zhǔn)確的加速度反應(yīng)譜。計(jì)算采用疊加的法則，這樣可以對(duì)提高結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的精度。

（4）采用當(dāng)前的減震和抗震方法得到合適的阻尼器，且獲得有限元模型。之后，根據(jù)上面得到的地震響應(yīng)結(jié)果，來知道阻尼器位置。并最終得到好的減震方案。

4 結(jié)語

懸索橋的抗震研究在國內(nèi)和國外都經(jīng)歷了三四十年的時(shí)間，都不是很長(zhǎng)。不過從發(fā)展到現(xiàn)在，我們?cè)谟邢拊Ｐ椭谐Ｊ褂玫氖欠从称辗?，靜力法，動(dòng)力時(shí)程分析法等方法。以此為基準(zhǔn)，我們可以考慮橋梁防震的因素有地震的行波效應(yīng)，使用阻尼器的型號(hào)以及他的阻尼比。但是我們還是面臨著很多問題。比如我們國家的一些規(guī)范只能針對(duì)一些中小型的懸索橋，并不能用于大型的懸索橋。另外，我國對(duì)于地錨式懸索橋抗震研究深度不足，還有很大的研究空間。

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趙岳(1992-)，男，內(nèi)蒙古包頭人，碩士在讀研究生，研究方向?yàn)榈罉蚺c隧道工程監(jiān)測(cè)與評(píng)估。