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摘要：结构动力特性被广泛应用于桥梁结构技术状态评估中， 由此涉及到一些结构动力学基本概念的理解和实际应用的问题.本文就桥梁中存在的一些动荷载等相关问题，指出结构动力学知识在桥梁结构抗震安全方面重要的应用。
关键词：结构动力学桥梁抗震工程动力特性性能水准
引言
随着经济的发展和科学技术的进步，人们越来越关心一些重大工程的安全问题，对一些工程的安全设计标准和校核的要求变得更高。人们也开始展开对桥梁中存在的一些结构动力特性的研究，结构动力学相关理论越来越广泛地应用于桥梁结构抗震设计、桥梁结构故障诊断和桥梁结构健康状态监测等工程技术领域。
1.结构动力学分析
结构动力学作为结构力学的一个分支，着重研究结构对于动荷载的响应，以便确定结构的承载能力和动力学特性，或者为改善结构的性能提供依据。结构动力学考虑了结构因变形而产生的弹性力，任何结构所受的荷载都具有不同程度的动载荷性质，结构动力学中动力荷载下所受的荷载比静力学中的静力荷载下所受的荷载要高，而且有大部分重大工程结构主要在振动环境下工作，我们应充分考虑结构不安全的一面，尽可能的减少大型工程中的风险以保证人们生命财产安全。结构动力学的理论和动力学实验研究不仅为结构动力学深一步的理论分析奠定了基础，而且成为解决实际工程问题的重要手段。
2.桥梁中的抗震问题
实际震害表明，在以生命安全为单一设防水准的规范指导下设计的建筑，尽管可以有效防止倒塌，但是由于结构破坏而带来的直接与间接财产损失却是事先没有预料到的。为了防止这种情况的发生，就要求以后设计的结构不仅要保证生命的安全，同时也要控制结构的破坏程度，使财产的损失控制在可以接受的范围内。这就需要在实际设计中，针对不同设防水准的地震，结构应该具有明确的性能水平。由于结构的性能与结构的破坏状态相关联，而结构的破坏状态又可由结构的反应参数或者某些定义的破坏指标来确定，所以结构性能水平可以这些参数来划分。尽管知道结构性能由某个参数来划分可能不尽完善，但是鉴于目前研究水平，研究者们提出基于位移（变形） 来划分结构性能水平是方便实用的，因为结构变形也可以有效地反映结构破坏情况。对应于各地震作用水准，建筑应满足的性能水准[1]：
水准1：正常使用：结构无永久侧移；基本保持原有强度和刚度；结构构件以及非结构构件基本不损坏。
水准2：可以暂时使用：结构无永久侧移；基本保持原有强度和刚度；结构构件与非结构构件有轻微破坏。
水准3：生命安全：结构保持稳定；具有足够的竖向承载力储备。
水准4：防止倒塌：桥梁整体结构保持不倒；承受荷载的柱子仍起作用。
在基于性能抗震設计中，为了求得在不同水平地震作用下结构的反应性能指标（这个指标可以由结构变形来确定，也可以由一些定义的破坏指标来确定），就需要采用合理的结构模型、恰当的分析方法进行结构受力分析。由于基于性能抗震设计要考虑不同水平地震作用下结构的性能状态，故不仅需要在低水平地震作用下结构的弹性分析，而且更重要的是结构在强烈地震作用下的非线性受力分析。对于弹性结构分析，一般可采用弹性静力或弹性动力分析手段，分析方法也比较成熟。而对于非线性分析，一般采用弹塑性时程分析或者弹塑性静力分析方法，对于弹塑性时程分析，由于计算量大，分析复杂，且在合理选择地震动时程时也有很大困难，故不适于广泛的应用。而对于弹塑性静力分析方法。特别是结构性能指标以结构变形（层间位移、顶点位移或某些构件的截面的变形）来表示时，弹塑性静力分析可以很方便地确定这些性能指标。目前，在国际上被广泛推广使用。在基于性能抗震设计中，为了很好地控制结构在不同水平地震作用下结构反应性能，在分析中也有必要采用三维的弹塑性分析，考虑地基与结构的相互作用、结构扭转以及非结构构件对结构的影响等诸多因素。反映到桥梁的安全标准设计中，就是要充分考虑桥梁在当地发生历史最大地震的情况下不发生完全破坏可进行修复的标准。
3.结构动力学在桥梁抗震工程中的应用
通常人们使地震对桥梁减小破坏的措施主要是通过两种途径，即通过减小地震动的输入来使其控制在桥梁能够承受的范围和通过改变桥梁本身的性能来适应或应对地震振动等来减小对桥梁的影响，使桥梁能够承受住这种影响。地震的灾害给我国人民人身安全造成了严重的威胁，发生重大灾情的时候，桥梁作为交通枢纽，它的安全稳定显得特别重要。因此，我们必须在一定的经济条件下，最大限度得限制和减轻桥梁结构的地震破坏，从而保证人民的生命财产安全不受损害。
根据结构动力学所特有的特性，动力结构在地震时就会有一定的动力效应，简单的说就是结构上质点的地震反应加速度与地面运动的加速度有所不同，且结构上质点的地震结构自震周期与阻尼具有一定的联系。对动力学方法的应用可以对自由度弹性体系质点的加速度反应进行求解，并求得不同周期的加速度反应，并根据实际已有的数据给出合理的优化方案。
如果我们仔细研究钢框架结构的非弹性地震反应我们会发现柱的轴向塑性变形会朝一个方向积累，进而导致水平位移增大，从而加剧 P—Δ效应。轴向力将减小挠曲为主的振型的自振频率，而且将加大拉伸振型的自振频率。运用离散变量方法，对整个体系进行处理，用拉格朗日方程进行一般性分析，以便考虑结构的空间特性[2]。
结束语
桥梁是交通建设中的枢纽工程，桥梁工程结构动力学相关领域的理论为桥梁安全性、稳定性提供了重要的技术支撑，使得桥梁结构整体的安全性能得到了保障。在对桥梁抗震结构的设计过程中，不仅需要对桥梁结构的使用功能和使用年度进行考虑，同时还需要对建筑结构的安全防震性能进行考虑，并在桥梁结构设计的过程中充分对地震的来临进行模拟，要保证桥梁符合小震不坏、中震可修、大震不倒的原则[3]。为了做到以上的抗震要求，就要对结构动力学的基本原理和方法进行充分的学习，并运用到桥梁抗震结构设计中。
参考文献：
[1]孙俊，刘铮等.工程结构基于性能的抗震设计方法研究.四川建筑科学研究，2005，6.
[2]刘旺.建筑结构中结构动力学的防震减震应用分析[J].现代商贸工业，2011，23（22）：312.
[3]王敬东，胡晓飞，董一丁.建筑结构中结构动力学的防震减震应用研究[J].城市建筑，2013（18）：49.
作者简介：田晶（1996年3月）女汉族河北省徐水县身份证号：230208199603030029 本科生研究方向：水利水电工程
关键词：结构动力学桥梁抗震工程动力特性性能水准
引言
随着经济的发展和科学技术的进步，人们越来越关心一些重大工程的安全问题，对一些工程的安全设计标准和校核的要求变得更高。人们也开始展开对桥梁中存在的一些结构动力特性的研究，结构动力学相关理论越来越广泛地应用于桥梁结构抗震设计、桥梁结构故障诊断和桥梁结构健康状态监测等工程技术领域。
1.结构动力学分析
结构动力学作为结构力学的一个分支，着重研究结构对于动荷载的响应，以便确定结构的承载能力和动力学特性，或者为改善结构的性能提供依据。结构动力学考虑了结构因变形而产生的弹性力，任何结构所受的荷载都具有不同程度的动载荷性质，结构动力学中动力荷载下所受的荷载比静力学中的静力荷载下所受的荷载要高，而且有大部分重大工程结构主要在振动环境下工作，我们应充分考虑结构不安全的一面，尽可能的减少大型工程中的风险以保证人们生命财产安全。结构动力学的理论和动力学实验研究不仅为结构动力学深一步的理论分析奠定了基础，而且成为解决实际工程问题的重要手段。
2.桥梁中的抗震问题
实际震害表明，在以生命安全为单一设防水准的规范指导下设计的建筑，尽管可以有效防止倒塌，但是由于结构破坏而带来的直接与间接财产损失却是事先没有预料到的。为了防止这种情况的发生，就要求以后设计的结构不仅要保证生命的安全，同时也要控制结构的破坏程度，使财产的损失控制在可以接受的范围内。这就需要在实际设计中，针对不同设防水准的地震，结构应该具有明确的性能水平。由于结构的性能与结构的破坏状态相关联，而结构的破坏状态又可由结构的反应参数或者某些定义的破坏指标来确定，所以结构性能水平可以这些参数来划分。尽管知道结构性能由某个参数来划分可能不尽完善，但是鉴于目前研究水平，研究者们提出基于位移（变形） 来划分结构性能水平是方便实用的，因为结构变形也可以有效地反映结构破坏情况。对应于各地震作用水准，建筑应满足的性能水准[1]：
水准1：正常使用：结构无永久侧移；基本保持原有强度和刚度；结构构件以及非结构构件基本不损坏。
水准2：可以暂时使用：结构无永久侧移；基本保持原有强度和刚度；结构构件与非结构构件有轻微破坏。
水准3：生命安全：结构保持稳定；具有足够的竖向承载力储备。
水准4：防止倒塌：桥梁整体结构保持不倒；承受荷载的柱子仍起作用。
在基于性能抗震設计中，为了求得在不同水平地震作用下结构的反应性能指标（这个指标可以由结构变形来确定，也可以由一些定义的破坏指标来确定），就需要采用合理的结构模型、恰当的分析方法进行结构受力分析。由于基于性能抗震设计要考虑不同水平地震作用下结构的性能状态，故不仅需要在低水平地震作用下结构的弹性分析，而且更重要的是结构在强烈地震作用下的非线性受力分析。对于弹性结构分析，一般可采用弹性静力或弹性动力分析手段，分析方法也比较成熟。而对于非线性分析，一般采用弹塑性时程分析或者弹塑性静力分析方法，对于弹塑性时程分析，由于计算量大，分析复杂，且在合理选择地震动时程时也有很大困难，故不适于广泛的应用。而对于弹塑性静力分析方法。特别是结构性能指标以结构变形（层间位移、顶点位移或某些构件的截面的变形）来表示时，弹塑性静力分析可以很方便地确定这些性能指标。目前，在国际上被广泛推广使用。在基于性能抗震设计中，为了很好地控制结构在不同水平地震作用下结构反应性能，在分析中也有必要采用三维的弹塑性分析，考虑地基与结构的相互作用、结构扭转以及非结构构件对结构的影响等诸多因素。反映到桥梁的安全标准设计中，就是要充分考虑桥梁在当地发生历史最大地震的情况下不发生完全破坏可进行修复的标准。
3.结构动力学在桥梁抗震工程中的应用
通常人们使地震对桥梁减小破坏的措施主要是通过两种途径，即通过减小地震动的输入来使其控制在桥梁能够承受的范围和通过改变桥梁本身的性能来适应或应对地震振动等来减小对桥梁的影响，使桥梁能够承受住这种影响。地震的灾害给我国人民人身安全造成了严重的威胁，发生重大灾情的时候，桥梁作为交通枢纽，它的安全稳定显得特别重要。因此，我们必须在一定的经济条件下，最大限度得限制和减轻桥梁结构的地震破坏，从而保证人民的生命财产安全不受损害。
根据结构动力学所特有的特性，动力结构在地震时就会有一定的动力效应，简单的说就是结构上质点的地震反应加速度与地面运动的加速度有所不同，且结构上质点的地震结构自震周期与阻尼具有一定的联系。对动力学方法的应用可以对自由度弹性体系质点的加速度反应进行求解，并求得不同周期的加速度反应，并根据实际已有的数据给出合理的优化方案。
如果我们仔细研究钢框架结构的非弹性地震反应我们会发现柱的轴向塑性变形会朝一个方向积累，进而导致水平位移增大，从而加剧 P—Δ效应。轴向力将减小挠曲为主的振型的自振频率，而且将加大拉伸振型的自振频率。运用离散变量方法，对整个体系进行处理，用拉格朗日方程进行一般性分析，以便考虑结构的空间特性[2]。
结束语
桥梁是交通建设中的枢纽工程，桥梁工程结构动力学相关领域的理论为桥梁安全性、稳定性提供了重要的技术支撑，使得桥梁结构整体的安全性能得到了保障。在对桥梁抗震结构的设计过程中，不仅需要对桥梁结构的使用功能和使用年度进行考虑，同时还需要对建筑结构的安全防震性能进行考虑，并在桥梁结构设计的过程中充分对地震的来临进行模拟，要保证桥梁符合小震不坏、中震可修、大震不倒的原则[3]。为了做到以上的抗震要求，就要对结构动力学的基本原理和方法进行充分的学习，并运用到桥梁抗震结构设计中。
参考文献：
[1]孙俊，刘铮等.工程结构基于性能的抗震设计方法研究.四川建筑科学研究，2005，6.
[2]刘旺.建筑结构中结构动力学的防震减震应用分析[J].现代商贸工业，2011，23（22）：312.
[3]王敬东，胡晓飞，董一丁.建筑结构中结构动力学的防震减震应用研究[J].城市建筑，2013（18）：49.
作者简介：田晶（1996年3月）女汉族河北省徐水县身份证号：230208199603030029 本科生研究方向：水利水电工程