脈沖型地震動(dòng)作用下大跨輸煤棧橋的動(dòng)力響應(yīng)

常志旺，潘毅,1b， 江賽雄,2，胡思遠(yuǎn)，李晰

(1.西南交通大學(xué) a.土木工程學(xué)院；b.抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610031；2.西南電力設(shè)計(jì)院，成都 610021)

輸煤棧橋作為火力發(fā)電廠聯(lián)系燃料系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)的一種重要的特殊工業(yè)建筑，其在復(fù)雜場地內(nèi)運(yùn)送燃料需要足夠的跨度、高度來跨越洼地、道路、設(shè)備及工業(yè)建(構(gòu))筑物，因此，輸煤棧橋往往有跨度大、剛度小、重心剛心不重合及結(jié)構(gòu)不規(guī)則等特點(diǎn)。輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)形式主要分為混凝土支柱-鋼桁架棧橋、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)棧橋、鋼結(jié)構(gòu)棧橋。其中，鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋由于具有自重輕和施工快的優(yōu)點(diǎn)，在西部山區(qū)火力發(fā)電廠中得到普遍應(yīng)用[1-2]。隨著“西電東送”建設(shè)的不斷推進(jìn)，部分輸煤棧橋被修建于西部山區(qū)地震斷裂帶附近，甚至可能跨越地震斷裂帶，例如，攀鋼1×300 MW煤矸石綜合利用自備電廠、神華四川天明電廠2×1 000 MW新建工程等均處于斷裂帶附近，這會(huì)使輸煤棧橋結(jié)構(gòu)面臨嚴(yán)重的地震威脅。

近年來，學(xué)者們對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了研究。丁光熒等[3]對(duì)長跨鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋在多點(diǎn)非一致激勵(lì)作用下的抗震可靠度進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在大震條件下輸煤棧橋可靠度指標(biāo)為負(fù)值，將產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。金聯(lián)社等[4]對(duì)超大跨度輸煤棧橋在豎向地震作用下的抗震性能進(jìn)行了研究。李正坤等[5]對(duì)超大跨、長距離輸煤棧橋在一致激勵(lì)與非一致激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明，行波效應(yīng)對(duì)輸煤棧橋內(nèi)力造成了不利影響。劉厚營等[6]采用ABAQUS對(duì)大跨度輸煤棧橋進(jìn)行了不同地震強(qiáng)度下的彈塑性時(shí)程分析，得出了其在特定地震波下出現(xiàn)的破壞模式、塑性發(fā)展特點(diǎn)及抗震薄弱位置。李峰等[7]對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋進(jìn)行了模態(tài)及豎向地震響應(yīng)分析，結(jié)果顯示，其在豎向地震作用下的豎向位移及桿件內(nèi)力平均增加量達(dá)到了50%以上。吳王平等[8]以某鋼筋混凝土輸煤棧橋?yàn)檠芯繉?duì)象，通過結(jié)構(gòu)實(shí)測振動(dòng)頻率對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了修正，在此基礎(chǔ)上，研究了其在強(qiáng)震作用下的抗震性能。以上為近幾十年來有關(guān)輸煤棧橋抗震性能的主要研究工作，可以看出，相關(guān)研究幾乎都集中在中國，且主要研究了地震動(dòng)空間效應(yīng)以及地震強(qiáng)度等因素對(duì)輸煤棧橋地震響應(yīng)的影響，而均鮮有涉及考慮近斷層地震動(dòng)速度脈沖對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響的研究。

然而，近年世界各地發(fā)生的地震中，如1999年中國臺(tái)灣集集地震[9]、2008年中國汶川地震[10]、2016年中國臺(tái)灣美濃地震等[11]以及2018年中國臺(tái)灣花蓮地震[12]，獲得了大量的近斷層地震記錄。在這些地震記錄中常常會(huì)包含明顯的速度脈沖，這就使速度脈沖成為近斷層地震動(dòng)的基本特征之一[13]。這種近斷層脈沖型地震動(dòng)具有幅值大、地震動(dòng)峰值速度與地震動(dòng)峰值加速度的比值大、反應(yīng)譜長周期區(qū)域譜值高等特點(diǎn)，會(huì)對(duì)輸煤棧橋這類細(xì)高、大跨的長周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重危害[14]。從火力發(fā)電廠震害統(tǒng)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，位于近斷層附近的輸煤棧橋均遭受到了不同程度的破壞[15-16]。而中國的《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL 5022—2012)[17]并未對(duì)輸煤棧橋在近斷層地震動(dòng)作用下的地震響應(yīng)提出設(shè)計(jì)建議。因此，為研究近斷層地震動(dòng)作用下輸煤棧橋的地震響應(yīng)規(guī)律,本文采用基于能量的脈沖識(shí)別方法[18-19]，選取9條不同脈沖周期的典型近斷層脈沖型地震動(dòng)，并剔除其中的主脈沖成分，得到相應(yīng)的非脈沖型地震動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)典型鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋模型進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，得到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移，并通過對(duì)比分析，探尋脈沖效應(yīng)以及不同脈沖周期對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律，從而給出相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)修正系數(shù)，供鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋設(shè)計(jì)人員參考。

1 棧橋結(jié)構(gòu)模型

1.1 模型建立

選取火電廠中典型的鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋?yàn)檠芯繉?duì)象，工程所處地區(qū)設(shè)防烈度為8度，場地類別為II類，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.03。輸煤棧橋全橋長151 m，橋面寬6 m，由4跨36 m的鋼桁架、2組雙柱鋼支柱(高度分別為23.8、31.5 m)及1組四柱鋼支柱(高度為39.12、40.61 m)組成，鋼材為Q235B。該輸煤棧橋橋面為壓型鋼板作為底模的鋼筋混凝土樓板，混凝土等級(jí)為C30，材料詳細(xì)參數(shù)如表1所示。輸煤棧橋主梁鋼桁架矢高3 m，爬升頂點(diǎn)高度為48.30 m。鋼桁架IV的右側(cè)支座為滑動(dòng)支座，其余鋼桁架支座及鋼支柱底端支座均采用鉸支座。橋面橫梁、支撐、鋼桁架腹桿、上下弦桿、鋼支柱間橫梁等兩端均為鉸接，立面布置見圖1，主要構(gòu)件截面特性見表2。

表1 輸煤棧橋材料參數(shù)表Table 1 Material parameters of the steel coal-conveyer gallery

圖1 某鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋縱向立面圖(單位：mm)Fig.1 Elevation view of the steel coal-conveyer

截面名稱截面特性支柱ABH600 mm×400 mm×12 mm×30 mm支柱BBH600 mm×400 mm×12 mm×30 mm支柱CHW400 mm×400 mm×13 mm×21 mm支撐HW200 mm×200×8 mm×12 mm橫梁HW250 mm×250×9 mm×14 mm上弦桿HW350 mm×350×12 mm×19 mm下弦桿HW350 mm×350×12 mm×19 mm

續(xù)表2

基于有限元軟件SAP2000對(duì)上述輸煤棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。模型共372個(gè)節(jié)點(diǎn)，804個(gè)框架線單元。模型的重力荷載包括橋面板自重、踏步及欄桿自重，經(jīng)計(jì)算取4.5 kN/m2，采用均布面荷載的方式輸入到棧橋的橋面板上。在此基礎(chǔ)上，分別采用特征向量法和常加速度的Newmark方法進(jìn)行自振特性計(jì)算和動(dòng)力時(shí)程分析[20]。

對(duì)于本文的輸煤棧橋結(jié)構(gòu)，由于鋼支柱B高度較高、縱向剛度小且平面內(nèi)無支撐柱，在地震中更容易破壞，為結(jié)構(gòu)的薄弱構(gòu)件。因此，重點(diǎn)分析支柱B的相對(duì)位移和柱底軸力，關(guān)鍵截面位置如圖1所示。

此外，鋼桁架作為輸煤棧橋結(jié)構(gòu)中另一關(guān)鍵受力構(gòu)件，其跨度大、剛度柔，若鋼桁架豎向撓度過大會(huì)影響輸煤棧橋的正常運(yùn)行。雖然，鋼桁架I、II、III、IV跨度均相等，但由于支撐鋼桁架IV的支柱高度最高，在同等條件下鋼桁架IV受到的地震作用影響可能更大，因此，選取鋼桁架IV的下弦桿中點(diǎn)處豎向位移進(jìn)行考察，選取位置見圖1。

1.2 動(dòng)力特性

該鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋的模態(tài)信息如表3所示?？梢钥闯?，結(jié)構(gòu)前10階X向振型參與質(zhì)量之和為98%，Y向?yàn)?2%，均大于90%。此外，圖2給出了結(jié)構(gòu)前3階模態(tài)的振型，可以看出，結(jié)構(gòu)的第1階振型為縱向振動(dòng)，振動(dòng)周期為2.01 s，第2、3階振型分別為橫向?qū)ΨQ(振動(dòng)周期1.83 s)和反對(duì)稱振動(dòng)(振動(dòng)周期1.61 s)，結(jié)構(gòu)偏柔且橫向剛度要大于縱向剛度。

表3 輸煤棧橋結(jié)構(gòu)前10階模態(tài)信息Table 3 Details of first 10 modes of the steel coal-conveyer gallery

續(xù)表3

圖2 輸煤棧橋結(jié)構(gòu)前3階自振振型Fig.2 First 3 modes of the coal-conveyer gallery structure

2 地震動(dòng)記錄的選取

由于該輸煤棧橋結(jié)構(gòu)模型的基本自振周期為2.01 s，采用基于能量的脈沖型地震動(dòng)識(shí)別方法，選取脈沖周期在1.2～2.8 s范圍內(nèi)的9條近斷層脈沖型地震動(dòng)，所選地震動(dòng)信息見表4。同時(shí)，為了量化分析脈沖周期對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，利用標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)學(xué)模型[21]的方法，剔除其中的主脈沖成分，得到9條相應(yīng)的非脈沖型地震動(dòng)。用于結(jié)構(gòu)計(jì)算的9條脈沖、非脈沖地震動(dòng)速度反應(yīng)譜見圖3。

表4 近斷層地震動(dòng)參數(shù)Table 4 Parameters of the near-fault ground motions

注：PGA為地震動(dòng)峰值加速度。

圖3 9條近斷層脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)速度反應(yīng)譜Fig.3 Velocity response spectra of the 9 near-fault pulse-like and non-pulse-like ground

此外，為了對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行8度罕遇地震作用下動(dòng)力響應(yīng)的對(duì)比分析，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)[22]的要求，將所選地震動(dòng)峰值加速度統(tǒng)一調(diào)幅至0.4g(400 cm/s2)，同時(shí)，對(duì)X、Y、Z向輸入的地震動(dòng)峰值加速度在0.4g的基礎(chǔ)上，按1∶0.85∶0.65進(jìn)行調(diào)幅。

3 結(jié)果比較與分析

為研究脈沖型與非脈沖型地震動(dòng)對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力和位移的影響，對(duì)有限元模型進(jìn)行地震動(dòng)單向輸入(X向、Y向、Z向)、雙向輸入(XY向、XZ向、YZ向)以及三向輸入(XYZ向)的時(shí)程分析，得到了B柱底軸力、B柱頂位移和桁架IV跨中位移的響應(yīng)規(guī)律。此外，為了研究該輸煤棧橋結(jié)構(gòu)在近斷層脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下的影響規(guī)律，并對(duì)其進(jìn)行量化分析，定義近斷層脈沖型地震動(dòng)放大系數(shù)K為脈沖型地震動(dòng)計(jì)算得到的內(nèi)力或位移與相應(yīng)非脈沖型地震動(dòng)計(jì)算得到的內(nèi)力或位移之比。

3.1 內(nèi)力或位移的放大系數(shù)與脈沖周期的變化規(guī)律

圖4為不同地震激勵(lì)下支柱B的相對(duì)位移和柱底軸力以及桁架IV跨中豎向位移放大系數(shù)變化規(guī)律圖。從圖4可以看出，柱底軸力放大系數(shù)KN、柱頂位移放大系數(shù)KΔ及桁架IV跨中豎向位移放大系數(shù)Kδ均大于1.0，說明脈沖型地震動(dòng)對(duì)棧橋的地震響應(yīng)有明顯的放大作用。從圖中還可以看出，在地震動(dòng)單向輸入、雙向輸入以及三向輸入下，KN、KΔ以及Kδ均隨脈沖周期Tp的增加呈現(xiàn)先遞增后遞減的規(guī)律，當(dāng)Tp位于結(jié)構(gòu)基本周期2.0 s附近時(shí)，達(dá)到峰值，且其最大值出現(xiàn)在XYZ三向輸入時(shí)，分別為2.1、1.8和1.3。從上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，KN、KΔ、Kδ的峰值都出現(xiàn)在脈沖周期Tp為2.0 s附近。這是因?yàn)?，所選取的脈沖型地震動(dòng)中低頻成分較高頻成分含有的能量更高，而剔除脈沖之后的非脈沖型地震動(dòng)則不具有這部分低頻成分，當(dāng)結(jié)構(gòu)的基本周期在脈沖型地震動(dòng)脈沖周期附近時(shí)，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致KN、KΔ、Kδ在此時(shí)出現(xiàn)峰值。此外，還可以發(fā)現(xiàn)，脈沖效應(yīng)對(duì)墩底軸力的放大效應(yīng)最為明顯，并且，在進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，有必要考慮地震的多維性，否則，會(huì)低估脈沖的放大效應(yīng)。

圖4 內(nèi)力、位移與脈沖周期的變化規(guī)律Fig.4 Relations of internal force, displacement

3.2 B柱底部軸力的變化規(guī)律

輸煤棧橋結(jié)構(gòu)X、Y向剛度差異較大，但由于Y向剛度弱且鋼支柱數(shù)量少，當(dāng)?shù)卣饎?dòng)Y向輸入時(shí)，鋼支柱Y向更容易破壞。限于篇幅，鋼支柱B的柱底軸力計(jì)算結(jié)果僅列出與Y向地震動(dòng)輸入有關(guān)的結(jié)果，如圖5所示。

從圖5可以看出，在脈沖型地震動(dòng)作用下，鋼支柱B的柱底軸力N隨脈沖周期Tp的增大，整體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在個(gè)別脈沖周期處出現(xiàn)一定的波動(dòng)，這是由于輸煤棧橋高階振型對(duì)柱底軸力產(chǎn)生了影響。當(dāng)脈沖周期Tp位于2.0 s附近時(shí)，脈沖型地震動(dòng)與相應(yīng)非脈沖型地震動(dòng)作用下N的差值達(dá)到最大。為了考察脈沖型地震動(dòng)對(duì)柱底軸力N的放大作用，表5列出了不同Tp脈沖型地震動(dòng)作用對(duì)鋼支柱B的柱底軸力放大系數(shù)，可以看出，相對(duì)于非脈沖地震動(dòng)，在脈沖型地震動(dòng)作用下N的放大系數(shù)在區(qū)間(1.31，1.83)之間變化，各方向的放大系數(shù)平均值為1.53，放大系數(shù)的最大值出現(xiàn)在XYZ向輸入時(shí)，為1.83。從上面的結(jié)果可以看到，脈沖型地震動(dòng)對(duì)輸煤棧橋柱底軸力產(chǎn)生了較為明顯的影響，有必要在抗震設(shè)計(jì)中考慮地震動(dòng)的脈沖效應(yīng)，否則，會(huì)錯(cuò)誤地估計(jì)鋼支柱的穩(wěn)定性，使鋼支柱在地震中更容易發(fā)生失穩(wěn)。

圖5 鋼支柱B的柱底軸力計(jì)算結(jié)果Fig.5 Axial force of the steel pillar

響應(yīng)類型柱底軸力N的放大系數(shù)響應(yīng)類型柱底軸力N的放大系數(shù)X向1.31Y向1.34Z向1.46XY向1.38XZ向1.70YZ向1.71XYZ向1.83平均值1.53

3.3 B柱頂水平位移的變化規(guī)律

由于輸煤棧橋結(jié)構(gòu)模型左端為鉸支座，右端為X向釋放的滑動(dòng)支座，因此，在地震動(dòng)X向輸入時(shí)，鋼支柱B的柱頂水平位移最大。限于篇幅，鋼支柱B的柱頂水平位移計(jì)算結(jié)果僅列出與X向地震動(dòng)輸入有關(guān)的動(dòng)力響應(yīng)。鋼支柱B柱頂水平位移計(jì)算結(jié)果見圖6。

從圖6中可以看出，在脈沖型地震動(dòng)作用下，鋼支柱B柱頂水平位移Δ隨脈沖周期Tp的增大，出現(xiàn)一定波動(dòng)，但整體上呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。而在非脈沖型地震動(dòng)作用下，Δ隨脈沖周期Tp的增大呈現(xiàn)一定波動(dòng)，但整體上保持相對(duì)穩(wěn)定的規(guī)律。脈沖型地震動(dòng)作用下的Δ與相應(yīng)非脈沖型地震動(dòng)作用下的Δ的差值隨脈Tp的增大，表現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律，當(dāng)Tp位于2.0 s附近時(shí)，其差值達(dá)到最大。相對(duì)于非脈沖型地震動(dòng)，脈沖型地震動(dòng)對(duì)鋼支柱B柱頂水平位移Δ在各方向的放大系數(shù)如表6所示，可以看出，在9條脈沖型及相應(yīng)的非脈沖型地震動(dòng)作用下，Δ在各方向的放大系數(shù)在區(qū)間(1.16，1.61)之間變化，各方向的放大系數(shù)平均值為1.38，放大系數(shù)的最大值出現(xiàn)在XYZ向輸入時(shí)，為1.61。雖然，相對(duì)于柱底軸力N的放大系數(shù)變化區(qū)間，Δ的變化區(qū)間較小，波動(dòng)范圍較小，但脈沖型地震動(dòng)也對(duì)輸煤棧橋的柱頂位移產(chǎn)生了不可忽略的影響，在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)同樣引起重視。

圖6 B柱頂水平位移計(jì)算結(jié)果Fig.6 Horizontal displacement of the illar B

表6 B柱頂水平位移放大系數(shù)Table 6 Horizontal displacement amplification factor of the pillar B

由于《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL 5022—2012)等行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)柱頂位移并無明確規(guī)定，故參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)5.5.5條，大震下多層鋼結(jié)構(gòu)鋼支柱柱頂位移按1/50H控制，即彈塑性位移限值為546 mm。表6給出了各方向近斷層地震動(dòng)作用下柱頂水平位移計(jì)算值相對(duì)于規(guī)范允許值的放大系數(shù)。從表6可以看出，在9條脈沖型地震動(dòng)作用下，除Y向、Z向、YZ向外，其余方向輸入的地震動(dòng)所產(chǎn)生的柱頂水平位移均超過了彈塑性位移限值，最大為脈沖型地震動(dòng)XYZ向輸入時(shí)，為彈塑性位移限值的1.36倍。而在非脈沖型地震動(dòng)作用下，柱頂?shù)乃轿灰凭闯^彈塑性位移限值。這說明在脈沖型地震作用下輸煤棧橋的鋼支柱將會(huì)產(chǎn)生超出設(shè)計(jì)預(yù)期的嚴(yán)重破壞甚至倒塌，會(huì)對(duì)災(zāi)后重建造成很大影響。

3.4 桁架IV跨中豎向位移的變化規(guī)律

計(jì)算結(jié)果顯示，地震動(dòng)Z向輸入時(shí)，對(duì)桁架IV跨中豎向位移影響最大。因此，桁架IV的豎向位移計(jì)算結(jié)果僅列出與Z向地震動(dòng)輸入有關(guān)的動(dòng)力響應(yīng)，見圖7。

從圖7可以看出，在脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下，桁架IV跨中豎向位移δ隨脈沖周期Tp的增大，在平均值附近波動(dòng)，且脈沖型地震動(dòng)作用下的δ與相應(yīng)非脈沖型地震動(dòng)作用下的δ的差值隨Tp的變化基本保持穩(wěn)定。相對(duì)于非脈沖型地震動(dòng)，脈沖型地震動(dòng)對(duì)桁架IV跨中豎向位移δ在各方向的放大系數(shù)如表7所示，可以看出，9條脈沖型及相應(yīng)的非脈沖型地震動(dòng)作用下，δ在各方向的放大系數(shù)在區(qū)間(1.18，1.23)之間變化，各方向的放大系數(shù)平均值為1.21，放大系數(shù)的最大值出現(xiàn)在XYZ向、XZ向和Z向輸入時(shí)，為1.23。相比于N、Δ的放大系數(shù)變化區(qū)間，δ的變化區(qū)間最小，波動(dòng)范圍最小，表明脈沖型及相應(yīng)的非脈沖型地震動(dòng)作用下δ的計(jì)算值比較接近。

為了避免鋼桁架發(fā)生過大變形，保證其在地震中具有足夠剛度，滿足輸煤皮帶的正常運(yùn)行及附屬設(shè)備的安全，根據(jù)常規(guī)電廠輸煤皮帶設(shè)備廠家的要求，桁架跨中豎向撓度不應(yīng)大于L/400，即正常使用限值為90 mm。表7給出了各方向近斷層地震動(dòng)作用下桁架IV跨中豎向位移δ計(jì)算值相對(duì)于允許值的放大系數(shù)。從表中可以看出，在9條脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下，除X向、Y向外，其余方向輸入的地震動(dòng)所產(chǎn)生的桁架IV跨中豎向位移δ均超過了正常使用限值，但在脈沖型地震作用下桁架IV跨中豎向位移與正常使用限值相差更大，最大為脈沖型地震動(dòng)Z向輸入時(shí)，為正常使用限值的2.97倍。從以上結(jié)果可以看出，在脈沖型地震作用下鋼桁架的變形除X向、Y向外均超過了正常使用的限值，并且比非脈沖地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)更為明顯，因此，為了避免低估結(jié)構(gòu)的剛度需求，保證結(jié)構(gòu)的適用性及附屬設(shè)備的安全，有必要在抗震設(shè)計(jì)中考慮地震動(dòng)的脈沖效應(yīng)。

圖7 桁架IV跨中豎向位移計(jì)算結(jié)果Fig.7 Vertical displacement of the truss IV

表7 桁架IV跨中豎向位移放大系數(shù)Table 7 Vertical displacement amplification factor of the truss IV

4 結(jié)論

為考察近斷層脈沖型地震動(dòng)對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)某典型輸煤棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)了脈沖型地震動(dòng)與非脈沖型地震動(dòng)作用下的動(dòng)力時(shí)程分析，并對(duì)其鋼支柱柱底軸力、柱頂位移以及桁架跨中豎向位移進(jìn)行了比較，得到如下結(jié)論：

1)脈沖型地震動(dòng)會(huì)對(duì)輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)響應(yīng)產(chǎn)生明顯的放大作用，并隨脈沖周期的增加呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律，且當(dāng)脈沖周期與結(jié)構(gòu)周期接近時(shí)最為明顯。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意脈沖周期與結(jié)構(gòu)自振周期接近的情況。

2)與單向和雙向輸入相比，三向輸入時(shí)脈沖效應(yīng)對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)的放大作用最為明顯，其最大值為2.1。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)需考慮地震動(dòng)多維性對(duì)脈沖效應(yīng)放大作用的影響，否則，會(huì)低估結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

3)在脈沖型地震作用下，輸煤棧橋的柱頂水平位移為彈塑性位移限制的1.36倍，將產(chǎn)生超出預(yù)期的嚴(yán)重破壞，會(huì)對(duì)災(zāi)后重建造成重大影響。其鋼桁架跨中撓度為正常使用限值的2.97倍，將會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的適用性及附屬設(shè)備的安全。有必要在設(shè)計(jì)中考慮脈沖效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的放大作用。