长周期地震动下超大跨斜拉桥行波效应与功率谱分析

"这篇论文是2014年发表在《湖南大学学报(自然科学版)》第41卷第4期上的，作者包括陈清军、张婷、陈志海和张振炫，来自于同济大学土木工程防灾国家重点实验室。研究主要关注长周期随机地震作用下超大跨斜拉桥的行波效应分析。作者从全球地震记录库中筛选出具有高质量记录和充足场地信息的强震记录，特别关注长周期地震波，并对比了其与普通地震波在不同场地条件下的平均加速度反应谱。通过迭代方法，他们基于软土场地的反应谱拟合了相应的功率谱密度函数，揭示了长周期地震动的特性。利用ANSYS软件建立的三维有限元模型，对一个具体的大跨斜拉桥结构进行模拟，比较了长周期和普通地震动输入下的位移响应。研究发现，长周期地震动的卓越频率显著低于普通地震动，且在长周期地震动作用下，桥梁的塔顶和桥面板节点位移响应增强，呈现出双峰分布。考虑行波效应后，结构的位移和弯矩响应降低。关键词涉及长周期地震动、功率谱密度、斜拉桥、行波效应以及虚拟激励法。" 这篇研究深入探讨了超大跨斜拉桥在长周期地震作用下的动力响应问题。地震动通常分为短周期和长周期，长周期地震动对大跨度桥梁的影响尤为显著，因为这类结构往往有较长的动力特征周期，与长周期地震波相匹配，可能导致更大的响应。论文中的关键步骤包括： 1. **数据选择与分析**：研究人员从多国地震记录库中选取具有高质量记录的强震事件，特别是长周期地震波，以分析其在不同地质条件下的加速度反应谱。 2. **功率谱密度函数**：基于软土场地的反应谱，通过迭代方法得到与之匹配的长周期地震动功率谱密度函数，这有助于理解长周期地震波的动力特性。 3. **模型建立与仿真**：采用ANSYS这一专业有限元分析软件，构建了超大跨斜拉桥的三维模型，模拟了两种不同类型的地震动输入（长周期和普通周期）下的桥梁行为。 4. **行波效应研究**：行波效应是指地震波在结构内部传播过程中，由于结构尺寸较大而产生的动态响应变化。通过对比分析，作者发现长周期地震动导致的位移响应更强烈，特别是在塔顶和桥面板节点处。 5. **结果解释**：结果表明，长周期地震动的卓越频率较低，使得桥梁在这些频率下的响应增强，呈现双峰分布。同时，考虑行波效应能够减少结构的位移和弯矩响应，这对于抗震设计具有重要指导意义。 这项研究对于提升超大跨斜拉桥的抗震设计和安全评估具有重要理论价值，为未来此类结构在地震环境下的工程实践提供了科学依据。