地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

来源：中国血液净化杂志2021年第2期北京时间：

作者：王亚伟, 郑凯锋, 熊籽跞, 朱金, 冯霄暘, 雷鸣

单位：西南交通大学桥梁工程系, 四川成都 610031"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51908472, 51778536, 51708470); China Postdoctoral Science Foundation (2019TQ0271); Science and Technology Plan Project of Sichuan Provincial Science and Technology Department (2020YJ080)

摘要：为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应，在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上，利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用，建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台，通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型，利用有限元方法建立桥梁模型，采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动，通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例，基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台，计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应；并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时，桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加，地震动对车-桥系统动力响应起控制作用；与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比，考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动，但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用；与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比，同时考虑地震和平均风速为20 m&#183;s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载，但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后，车辆的横向加速度极值超过0.5<i>g</i>，竖向加速度极值接近1<i>g</i>，可能引起车辆的侧滑或翻滚，车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比，考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异，而且响应极值也发生了较大的变化，可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。

关键词：桥梁工程,地震-风-车-桥系统,耦合振动,大跨桥梁,空间变异性

基金资助：国家自然科学基金项目（51908472，51778536，51708470）；中国博士后科学基金项目（2019TQ0271）；四川省科学技术厅科技计划项目（2020YJ080）