(重庆交通大学土木工程学院， 重庆 400041)

浅谈悬索桥的抗震分析

赵 岳

(重庆交通大学土木工程学院， 重庆 400041)

地震对国家的交通有强大破坏，而桥梁是交通里面的重要组成部分。因此悬索桥的抗震因素研究是有必要的。通过对国内和国外的悬索桥的抗震研究成果的讲述，可以了解到一些抗震因素如行波效应、阻尼比等。选用适当的阻尼器会更好的防震效果，还有对于悬索桥的力学分析也是好的方法。

地震；悬索桥；抗震因素；抗震研究

0 前言

如今，悬索桥优良的特点受到国内外的认可，成为桥梁发展的好途径。特别在我国，它的发展迅速。然而悬索桥抗震是我国面临的主要问题。我国是一个多地震国家，这方面的研究很有意义。地震可使桥梁的各个主要部位受到伤害，本文主要是对国内外悬索桥的抗震研究进行综述。同时，利用悬索桥自身的结构特点，提出在悬索桥抗震方面的实际意义。

1 国内概况

在我国，地震有几千年的发展。早在三千多年就有文献记载，从明代开始，关于地震的记载有很多，而且描述得很详细。如赵州桥经历了一千多年的洗礼，地震对它没有丝毫的损害。现在，我国已成为一个大国，更应该重视桥梁抗震的防治。我国的悬索桥虽然从八十年代开始起步，但是现在发展的越来越迅速。而且由于它的结构特点，越来越受到国内外的认可，因此对悬索桥的抗震研究是很有必要。悬索桥分为自锚式和地锚式，下面分别介绍我国的发展状况。

1.1 自锚式悬索桥的抗震研究

我国从发展之初到现在，修建了很多自锚式悬索桥，因此对于自锚式悬索桥在地震响应、减震抗震的方法上用的最多。下面进行一一介绍。

在2002到2004年间，利用虚拟激励法，可以得到自锚式悬索桥的地震反应受行波效应和相干效应的影响，另外它的主梁和主塔在地震作用下内力变大了很多。在2004年，张奇伟等人利用振动实验得到它的锚固形式改变了耗能方式和整体刚度。

在2007年间，方海等人研究出自锚式悬索桥采用应变能比例法合理的考虑其阻尼特性并计算其的动力性能，获得采用恒定阻尼比得出的地震响应的结果要低。

在2011年间，杨孟刚等人研究磁阻尼器的力学性能得到非线性滞回模型，并且把桥当作单自由度系统，获得由于不同地震波作用下的自锚式悬索桥的减震效果。

在2012年间，王浩等人研究了南京江心洲大桥，得到了新型弹塑性刚阻尼器比其他的装置效果要好。

1.2 地锚式悬索桥的抗震研究

在我国地锚式的悬索桥的抗震研究比较少。不过曹哲研究了地锚式三塔四跨悬索桥的地震响应分析，得出了如下结论：在各种视波速行波效应下，非一致激励的行波对内力分布没有影响，对边塔的纵向位移有影响。另外还有其他研究人员也进行过抗震研究，在此不一一讲述。

2 国外概况

在国外，尤其是日本和美国，这两个国家也发生过较大的地震，对其交通产生了很大的影响，对其经济产生了重创。因此，国外研究人员对桥梁的抗震分析也非常的重视。不过国外针对地锚式的悬索桥的研究比较多，但对于自锚式的比较少。下面针对悬索桥进行介绍。

国外的研究在八十年代初期进行研究，比如在1982年到1984年间，AbdelGh-affar等人以时域和频域两个因素研究了自锚式悬索桥金门大桥的地震响应，最后得到的结论是使悬索桥产生较大影响的是行波效应。在2001年，Mohamm-ed Ettouney等人研究出了影响悬索桥地震响应的另外一个重大因素是地震波的入射角度。在2005年，Cole C.McDaniel等人研究了奥克兰大桥的地震响应，最终得到弹塑性连接器对自锚式悬索桥的整体结构减震效果好。在2009年，D.Karmakar等人得到影响悬索桥的因素之一是场地效应的空间变异性。在2010， Nurdan Memiso-glu等人以自振特性、粘滞阻尼器和场地效应分析了伊斯坦尔市的两座海湾大桥的地震效应。不管是地锚式还是自锚式，主要的研究的方向在悬索桥的结构力学性质，安装的阻尼器以及行波效率等等。

3 研究现状分析和建议

通过对国内和国外的悬索桥的抗震研究分析，可以知道地震响应下，对桥梁的影响有行波效应，阻尼器。但是还有一些方面是不够的，比如自锚式悬索桥的受力特性及减震的控制等。另外还不能够考虑材料的非线性的因素。而对于地锚式的悬索桥的结构特性比不上自锚式，因此我的建议为对自锚式悬索桥进行非线性地震响应分析，研究阻尼器对地震响应的影响。

3.1 研究内容

我们知道自锚式的悬索桥的主要振动在桥的上部结构和基础部分的振动。首先可以利用能量原理的Raleihd法获得桥的自动频率公式，再用有限元软件建模型得到自动特性结果。之后利用规范得到反映谱，利用其理论得到地震响应时程分析；最后对截面M-φ分析，分析自锚式悬索桥的地震响应性，以此来确定阻尼器的力学参数和安放位置，能够使桥减震。而具体的研究方法如下：

（1）采用合适的振型形状函数的Rayeigh法，得到桥的自动频率公式，其中有横向和正对称的自由震动、一阶竖向反对称。

（2）可以建立模拟结构刚度和质量分布的空间有限元计算模型，在这中间，主要考虑自锚式悬索桥个构件单元的处理，才能建立好三维模型。

（3）计算自锚式悬索桥的地震反应，可以考虑阻尼调整系数、抗震重要性系数等参数获取较准确的加速度反应谱。计算采用叠加的法则，这样可以对提高结构地震反应的精度。

（4）采用当前的减震和抗震方法得到合适的阻尼器，且获得有限元模型。之后，根据上面得到的地震响应结果，来知道阻尼器位置。并最终得到好的减震方案。

4 结语

悬索桥的抗震研究在国内和国外都经历了三四十年的时间，都不是很长。不过从发展到现在，我们在有限元模型中常使用的是反映普法，静力法，动力时程分析法等方法。以此为基准，我们可以考虑桥梁防震的因素有地震的行波效应，使用阻尼器的型号以及他的阻尼比。但是我们还是面临着很多问题。比如我们国家的一些规范只能针对一些中小型的悬索桥，并不能用于大型的悬索桥。另外，我国对于地锚式悬索桥抗震研究深度不足，还有很大的研究空间。

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赵岳(1992-)，男，内蒙古包头人，硕士在读研究生，研究方向为道桥与隧道工程监测与评估。