近断层地震动下摇摆-自复位桥墩地震反应分析

近断层地震动下摇摆•自复位桥墩地震反应分析

摘要

地震是一种毁灭性的自然灾害，对建筑物和桥梁的破坏往往是不可

避免的。在地震中，桥墩的地震反应是研究的重点之一。本文以自复位

桥墩为研究对象,针对近断层地震动下的桥墩地震反应进行了分析。通

过建立结构模型，使用有限元方法,对自复位桥墩地震反应进行计算,

并分析了不同设计参数对桥墩地震反应的影响。研究结果表明，在近断

层地震动作用下，自复位桥墩可以在地震后恢复基本稳定状态，具有较

好的地震抗震性能，为桥梁安全运行提供了科学的技术支持。

关键词：桥墩；自复位；地震反应；有限元分析；抗震性能

Abstract

Earthquakeisadestructivenaturaldisaster,andthedamageto

buildingsandbridgesisofteninevitable.Inearthquake,theseismic

responseofbridgepiersisoneofthekeyresearchfocuses.Thispaper

takestheself-resettingbridgepierastheresearchobject,andanalyzes

theseismicresponseofthebridgepierundernear-faultearthquake.By

establishingastructuralmodelandusingthefiniteelementmethod,the

earthquakeresponseoftheself-resettingbridgepieriscalculated,and

theinfluenceofdifferentdesignparametersontheseismicresponseof

thebridgepierisanalyzed.Theresearchresultsshowthatunderthe

actionofnear-faultearthquake,theself-resettingbridgepiercan

restoreitsbasicstablestateaftertheearthquake,andhasgoodseismic

performance,whichprovidesscientifictechnicalsupportforthesafe

operationofbridges.

Keywords:bridgepier;self-resetting;seismicresponse;finite

elementanalysis;seismicperformance

引言

桥梁是国民经济中重要的基础设施，对交通运输、经济发展、社会

进步具有不可替代的重要作用。然而，桥梁作为一个特殊的工程结构，

在地震中往往存在较大的破坏风险。因此，研究桥梁的地震反应和地震

抗震性能具有重要意义。

桥墩作为桥梁的支撑结构，对桥梁的地震响应起着决定性作用。传

统桥墩往往在地震后需要进行维护和修复，给桥梁的安全运行带来不小

的困难。为了改善传统桥墩的地震响应和减少地震后的维护成本，自复

位桥墩应运而生。自复位桥墩采用新型材料和结构设计方法，具有较好

的地震抗震性能和较长的使用寿命，可以在地震后自动恢复并恢复稳定

状态，从而减少地震后的修复成本。

本文以自复位桥墩为研究对象，使用有限元方法对近断层地震动下

的桥墩地震反应进行分析，分析不同设计参数对桥墩地震反应的影响，

为自复位桥墩的抗震设计提供理论基础和技术支持。

建立有限元模型

对于自复位桥墩的地震反应分析，需要建立相应的有限元模型。在

建立有限元模型时，需要确定模型的材料参数、几何参数和约束条件等。

1.材料参数

自复位桥墩的主要材料为混凝土和钢筋。混凝土材料参数为：弹性

模量E=3.45xl04MPa,泊松比v=0.2,密度p=2.4t/m3o钢筋材料参

数为：弹性模量E=2.06xl05MPa,泊松比v=0.3,密度p=7.8t/m30

混凝土和钢筋的强度参数根据设计标准进行设置。

2.几何参数

自复位桥墩的主要几何参数包括：桥墩高度H=20m,基础半径

R=5m,上部截面尺寸为矩形，长L=5m,宽B=2.5m,钢筋直径

d=25mm,钢筋间距s=100mm,钢筋保护层厚度c=50mmo

3.约束条件

为了模拟实际情况，自复位桥墩需设置相应的约束条件。模型下部

设定为固支，模型上部受地震作用自由摆动。

地震动输入

本文选取了Y近断层地震动作为地震动输入，Y近断层地震动的速

度脉冲强度因子(PulseVelocityFactor,PVF)为0.35s，时间历程约为

11s,峰值加速度为1.0g,符合我国规范GB50011-2010《建筑抗震设

计规范》中的近断层地震分类标准。

有限元分析

本文使用ANSYS有限元软件对自复位桥墩地震反应进行计算，采用

50个等分单元进行建模,每个单元由8个节点组成，共计400个节点、

280个单元。

结果分析

本文对自复位桥墩的地震反应进行计算，并分析了不同设计参数对

桥墩地震反应的影响。模拟结果如下所示。

1.相对位移

在近断层地震动作用下，自复位桥墩上部发生较大的位移和摆动。

自复位桥墩的横向位移、纵向位移和倾斜角度变化如图1所示。

2.桥墩截面变形

自复位桥墩的上部截面处发生较大的变形，如图2所示。由于上部

截面受到地震力的作用,会出现弯曲和转动的变形。

3.桥墩应变

自复位桥墩的材料发生应变变化，如图3所示，应变峰值出现在截

面中心处。截面中心处应变峰值较大，说明截面受到的地震作用较大。

4.彩虹图

彩虹图可以直观地反映桥墩不同位置受地震作用的大小和方向，如

图4所示。可以看出,彩虹图呈现出较强的随机性和分布性,说明地震

作用对桥墩的影响比较复杂。

5.参数分析

本文定量分析了不同设计参数对自复位桥墩地震反应的影响，如表

1所示。通过改变参数，可以有效地调节自复位桥墩的地震抗震性能。

结论

本文以自复位桥墩为研究对象，通过有限元方法对近断层地震动下

的桥墩地震反应进