工程科技 ・１６７・ 高墩桥梁抗震研究现状 杨荣生 （中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原０３００００） 摘要：近年来，国内外学者对高耸结构地震需求和位移延性能力进行了一些有益的探讨。根据研究对象采用的计算模型、分析手段 和研究范畴的不同，已有对高耸结构的相关研究大致可分为：线弹性地震反应分析、弹塑性地震反应及墩柱位移延性能力、考虑高阶振型 参与的ＭＤＯＦ体系地震需求修正方法。 关键词：抗震；高墩；现状 １线弹性地震反应分析 应进行了研究，讨论了高阶振型效应对最大层间位移需求的影响。 通过分析考虑效应的高墩与不考虑效应高墩受力和位移的 对于长周期结构，高阶振型的影响变得更重要，层间位移需求在框 区别，并且讨论了采用多个振型组合与第一阶振型计算高墩内力和 架高度上不再均匀分布，层间位移和整体位移需求随结构周期的延 位移的区别；通过反应谱和线弹性时程计算比较发现，取２－３个振 长而增大。在用等效单自由度体系方法进行多自由度体系桥梁结构 型就可以得到比较准确的计算结果；研究结果表明：随着墩高的增 基于位移的抗震设计计算基础上，研究了上部结构与桥墩之间相对 加，高阶振型对其地震需求的影响愈益增加。刘坤由铁路空心墩的 刚度变化对非规则桥梁结构横桥向模态形状和模态质量分布的影 抗震计算结果得知，效应对墩底弯矩影响很小，在抗震计算中可不 响，提出了考虑高阶模态影响的ＭＤＯＦ体系桥梁结构基于位移的抗 予考虑。以某黄河大桥空心薄壁高墩为例，将墩底群桩基础及上部 震设计方法，给出了多模态等效体系等效阻尼的计算公式。探讨了 结构约束分别简化为墩底和墩顶弹簧，并取四种计算模型考虑其刚 ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法在桥梁结构中的应用范围，将地震作用下高阶振型对 度对高墩地震响应的影响，发现墩顶弹簧刚度对内力、位移影响很 结构最大位移需求的贡献作为判断ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法是否适用于该桥 大，应该慎重取值。此外，高墩反应谱分析结果也证明，高墩结构第 梁结构的指标。 一阶振型对反应谱分析结果的贡献与低墩相比较小。周国良对比分 由上述非规则高墩桥梁抗震设计现状的综述可知，现有研究大 析了动力特性不同的三座桥梁结构在不同持续时间地震作用下的 多从定性的角度指出高阶振型对高耸结构（如高层建筑、桥梁高墩 反应，计算表明强震持续时间对结构反应的影响与反应谱频谱特 等）的地震响应和位移延性能力可能有显著影响，但并未给出系统、 性、结构自振特性密切相关。基于长周期成分丰富的反应谱合成的 量化的计算方法解释和解决高阶振型效应对高耸结构的影响［１】。 地震动，若强震持续时间越长，高墩桥梁就越表现出不利的反应。 参考文献 ２弹塑性地震反应及墩柱位移延性能力 ［１１马健中．高桥墩桥梁抗震分析方法［Ｊ】．公路交通科技，２００４，２１（１２）： 采用弹塑性梁柱单元，分别对桥梁高墩和高层建筑结构的非线 ６６－６８． 性地震反应进行了研究。研究表明，高阶振型对高耸结构地震需求 影响较大，此类结构在地震作用下可能形成两个或两个以上塑性 铰。采用细分的弹塑性梁柱单元建立了２４５ｍ钢筋混凝土高烟囱计 算模型，并求得其在地震荷载作用下的曲率、弯矩等结构需求。分析 结果表明：由于高阶振型对高烟囱的地震反应起主导地位，在地震 作用下高烟囱将形成多个塑性铰，对高墩桥梁地震需求分析具有一 定的借鉴意义。黄庆伟对高墩大跨曲线连续刚构桥进行了地震反应 谱分析和地震时程反应分析，讨论了几何非线性对分析结果的影响 以及这种影响与墩高和曲率半径的关系。对矩形和圆形混凝土桥墩 在效应影响下的位移延性能力进行了理论推导和试验数据统计， 提出了修正的墩柱位移延性能力计算公式。采用非线性静力推倒分 析ｆ即ｐｕｓｈｏｖｅｒ）方法与增量动力分析方法（ＩＤＡ方法，即Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ Ｄｙｎａｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ），比较了ＳＤＯＦ（－￣自由度）体系和ＭＤＯＦ（多自由度） 体系的弹塑性纤维梁柱单元模型在计算高墩位移延性系数上的区 别。通过二者的比较，发现ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法在计算桥梁高墩位移延性 系数上存在较大误差，证明墩身质量及高阶振型对高墩位移延性系 数有一定贡献，不可忽略。梁智鑫采用ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法和公式法分析 比较了不同墩高墩柱的位移延性能力，指出低墩采用公式法和 ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法得到的位移延性能力基本相同。但随着墩高的增加， 两种计算方法得到的位移延性系数差别越来越大。当现行位移延性 能力计算方法应用于高墩桥梁设计时，计算结果误差可能导致基于 强度的抗震设计和直接基于位移的抗震设计结果的不安全。 ３考虑高阶振型参与的ＭＤＯＦ体系地震需求修正方法 通过定义一系列修正系数，比较了ＭＤＯＦ体系和等效的ＳＤＯＦ 体系的地震响应；考虑高阶振型参与的ＭＤＯＦ体系基底剪力与ＳＤ— ＯＦ体系基底剪力之比总是大于１的，且随周期的增大而增加，表明 高阶振型对基底剪力有较大影响；此外，在高层结构中发现由于高 阶振型的影响，层间位移在顶部突然放大，且长周期结构对高阶振 型参与更为敏感。研究表明：由于高阶振型影响的程度受到反应类 型、地震分类、结构形式和延性水平等参数的影响，高阶振型效应对 高层建筑地震响应有显著影响，忽略高阶振型效应将导致错误的结 果。通过对３层、９层、２０层的框架结构在不同地震强度下的地震反
