摘 要：本文主要通過(guò)等代土彈簧m法來(lái)初步研究SSI效應(yīng)對(duì)邵華大橋的動(dòng)力特征及地震響應(yīng)影響，通過(guò)midas試算考慮SSI效應(yīng)和沒(méi)考慮SSI效應(yīng)的兩個(gè)模型，分析計(jì)算結(jié)果對(duì)比的出SSI效應(yīng)對(duì)邵華大橋的結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響趨勢(shì)。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(dòng)力特性分析

地震波通過(guò)對(duì)土體傳播再通過(guò)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(dòng)響應(yīng)。從地震波對(duì)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(duì)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(dòng)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(lái)模擬SSI效應(yīng)，按規(guī)范《2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)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(duì)邵華大橋的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響，分析SSI效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)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?yàn)椋?4.76+168+228+45+44.68）m獨(dú)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?jiǎn)卧M。支座單元采用滯后系統(tǒng)來(lái)模擬，剛混連接段采用組合截面，對(duì)于m法的模擬采用節(jié)點(diǎn)彈性支承來(lái)模擬。

1.1 計(jì)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(jì)算寬度。

1.2 參數(shù)計(jì)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(jì)規(guī)范》給定范圍并考慮動(dòng)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(dòng)輸入及計(jì)算結(jié)果分析

通過(guò)規(guī)范查找出邵華大橋所在橋址的地震動(dòng)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(chǎng)地地震峰值，持續(xù)時(shí)間78.62s。模型只分析地震波前50s，分別對(duì)考慮SSI效應(yīng)的模型和不考慮SSI效應(yīng)的模型進(jìn)行計(jì)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(duì)節(jié)點(diǎn)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(jí)的增大時(shí)SSI效應(yīng)對(duì)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(diǎn)位移受SSI效應(yīng)影響比原大增長(zhǎng)了50%左右，影響效果很顯著。同樣，通過(guò)表3可以看出SSI效應(yīng)對(duì)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(shì)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(dòng)特征周期相近引起的，這里有待進(jìn)一步研究。

從邁達(dá)斯計(jì)算結(jié)果來(lái)看，結(jié)構(gòu)采用m法來(lái)考慮SSI效應(yīng)，對(duì)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(méi)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(huì)變小，結(jié)構(gòu)從短周期結(jié)構(gòu)向長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)論

1）從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，SSI效應(yīng)對(duì)邵華大橋的地震響應(yīng)影響是很明顯的，不僅對(duì)橋梁受地震動(dòng)后位移響應(yīng)的影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)力也受影響，同時(shí)位移受的影響更顯著。

2）隨著地震等級(jí)的提升，SSI效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響更加明顯，所以對(duì)于大橋的設(shè)計(jì)一定要考慮SSI效應(yīng)的影響，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中要體現(xiàn)。

3）SSI效應(yīng)對(duì)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(méi)有考慮土的附加質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征的影響，土的附加質(zhì)量影響程度有待進(jìn)一步研究。

4）m法的有點(diǎn)很明顯，就是計(jì)算方便，可以了解SSI效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響的方向預(yù)測(cè)，但是精度顯然是不過(guò)的，在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)采用m法來(lái)模擬SSI效應(yīng)有利于簡(jiǎn)化計(jì)算的復(fù)雜度，但后期驗(yàn)算需要采用精度更高的方法來(lái)驗(yàn)算初步設(shè)計(jì)結(jié)果。

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作者簡(jiǎn)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。