SSI效應(yīng)對邵華大橋動力特性及地震響應(yīng)影響分析

摘 要：本文主要通過等代土彈簧m法來初步研究SSI效應(yīng)對邵華大橋的動力特征及地震響應(yīng)影響，通過midas試算考慮SSI效應(yīng)和沒考慮SSI效應(yīng)的兩個模型，分析計算結(jié)果對比的出SSI效應(yīng)對邵華大橋的結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響趨勢。理解SSI效應(yīng)在結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析中的影響程度。

關(guān)鍵詞：等代土彈簧法；自錨式懸索橋；動力特性分析

地震波通過對土體傳播再通過土體與結(jié)構(gòu)相互作用傳遞給結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震動響應(yīng)。從地震波對結(jié)構(gòu)作用的路徑可以看出，考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用（Soil Structure Interaction）對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響是必須的。SSI影響結(jié)構(gòu)整體變形、應(yīng)力和動力特性，而且影響程度取決于土體的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量有關(guān)。

本文主要用m法來模擬SSI效應(yīng)，按規(guī)范《2008公路橋梁抗震設(shè)計細則》中建議用等代土彈簧法考慮SSI效應(yīng)的方法，模擬SSI效用對邵華大橋的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)影響，分析SSI效應(yīng)對結(jié)構(gòu)動力特性變化及地震響應(yīng)結(jié)果的影響。

1 結(jié)構(gòu)模型

邵華大橋位于湖南省湘潭市岳塘區(qū)，本橋主橋為（44.76+168+228+45+44.68）m獨塔自錨式懸索橋，主梁采用混合梁，主跨采用鋼箱梁，錨跨和副跨采用混凝土，橋面全寬39.5米。用Midas Civil建立模型，其中索單元采用受拉單元模擬外，其余結(jié)構(gòu)采用梁單元模擬。支座單元采用滯后系統(tǒng)來模擬，剛混連接段采用組合截面，對于m法的模擬采用節(jié)點彈性支承來模擬。

1.1 計算方法與公式推導(dǎo)

KH，KZ分別為等代土彈簧的水平剛度和豎向剛度，為土層厚度，為樁的計算寬度。

1.2 參數(shù)計算

全橋樁位所在土質(zhì)基本為單層微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，根據(jù)規(guī)范《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》給定范圍并考慮動力影響放大兩倍后，m和m0取值為20000KN/m4，由規(guī)范算出bp取值，各取值由下表列出。

2 地震動輸入及計算結(jié)果分析

通過規(guī)范查找出邵華大橋所在橋址的地震動峰值加速度為0.05g，反應(yīng)譜特征周期0.35s，地震基本烈度以VII度設(shè)防，地震波選用1952，Hollywood Storage P.E.，270 Deg，該波峰值發(fā)生13.3s左右出現(xiàn)峰值為0.0592g，接近橋址場地地震峰值，持續(xù)時間78.62s。模型只分析地震波前50s，分別對考慮SSI效應(yīng)的模型和不考慮SSI效應(yīng)的模型進行計算地震波分別按1.0、1.5比例系數(shù)輸入，分析結(jié)果并取出比較關(guān)注的數(shù)據(jù)制表如下。

從表2可以看出在同一放大系數(shù)工況下SSI效應(yīng)對節(jié)點位移有一定影響，但隨著放大系數(shù)的增大，也就是地震等級的增大時SSI效應(yīng)對結(jié)構(gòu)位移的影響也隨之上升，如工況：1.5地震波有SSI中，節(jié)點位移受SSI效應(yīng)影響比原大增長了50%左右，影響效果很顯著。同樣，通過表3可以看出SSI效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響跟結(jié)構(gòu)位移影響類似，但是從單元118和119可以看出，由于SSI的存在使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力向好的趨勢發(fā)展，但在索中影響較小，可能是地震波的特征周期和所的振動特征周期相近引起的，這里有待進一步研究。

從邁達斯計算結(jié)果來看，結(jié)構(gòu)采用m法來考慮SSI效應(yīng)，對結(jié)構(gòu)的各振型周期影響不大，如考慮SSI結(jié)構(gòu)前三階振型周期為：3.364、2.116、1.980，而沒考慮SSI的結(jié)構(gòu)前三階振型周期為：3.368、2.141、2.006。顯然考慮SSI效應(yīng)，結(jié)構(gòu)周期會變小，結(jié)構(gòu)從短周期結(jié)構(gòu)向長周期結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)論

1）從計算結(jié)果來看，SSI效應(yīng)對邵華大橋的地震響應(yīng)影響是很明顯的，不僅對橋梁受地震動后位移響應(yīng)的影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)力也受影響，同時位移受的影響更顯著。

2）隨著地震等級的提升，SSI效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響更加明顯，所以對于大橋的設(shè)計一定要考慮SSI效應(yīng)的影響，在結(jié)構(gòu)計算中要體現(xiàn)。

3）SSI效應(yīng)對邵華大橋的振型周期有一定的影響，但是m法只考慮剛度，而沒有考慮土的附加質(zhì)量對結(jié)構(gòu)振動特征的影響，土的附加質(zhì)量影響程度有待進一步研究。

4）m法的有點很明顯，就是計算方便，可以了解SSI效應(yīng)對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響的方向預(yù)測，但是精度顯然是不過的，在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計采用m法來模擬SSI效應(yīng)有利于簡化計算的復(fù)雜度，但后期驗算需要采用精度更高的方法來驗算初步設(shè)計結(jié)果。

參考文獻

[1]董江華.土—樁基礎(chǔ)—橋梁動力相互作用的計算模型研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

[2]肖曉春.地震作用下土—樁—結(jié)構(gòu)動力相互作用的數(shù)值模擬[D].大連理工大學(xué)，2003.

[3]李國豪，易建國，陳忠延.灤河大橋抗震分析（之二）——地震反應(yīng)分析[J].同濟大學(xué)學(xué)報，1981（01）.

[4]王德榮.灤河大橋抗震分析（之一）——現(xiàn)場測試及分析[J].同濟大學(xué)學(xué)報，1980（04）.

作者簡介

陳亮輝（1990-），男，漢族，廣東中山市人，學(xué)生，在讀研究生，重慶交通大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，研究方向：橋梁抗震應(yīng)用研究。