不同高度高层建筑连接桥梁的地震效应有限元分析——基于2025年3月泰国地震案例研究

为解决高层建筑(HRBs)连接桥梁在地震荷载下的失效风险，Ahmed M. Sayed团队通过有限元分析(FEA)对33种模型进行研究，重点探讨建筑几何尺寸差异对桥梁内力的影响。结果表明，高度差异导致桥梁承受巨大轴向力（最高达59955 kN）和弯矩，60%高度比为最危险连接位置。该研究为HRBs抗震设计提供了关键数据支撑，发表于《Results in Engineering》。

　　

在城市化快速发展的今天，高层建筑(HRBs)如雨后春笋般拔地而起。为了满足功能需求和美学要求，建筑师们常常在不同高度的HRBs之间架设连接桥梁。然而，2025年3月28日泰国曼谷发生的7.7级地震，无情地揭示了这些连接桥梁的致命弱点——多座桥梁因无法承受地震荷载而坍塌。这一惨痛教训促使Majmaah University土木与环境工程系的Ahmed M. Sayed教授团队开展了一项开创性研究，成果发表在《Results in Engineering》上。

传统观点认为，连接桥梁主要承受竖向荷载，但这项研究颠覆了认知：当连接不同高度的HRBs时，地震引发的水平相对位移会产生惊人的轴向力。研究团队采用ETABS软件进行非线性有限元分析，以2025年泰国地震记录为输入，建立了11组共33个模型。关键创新在于系统考察了建筑长度（18-30m）、宽度（18-30m）、高度（20-50层）及桥梁位置（中部/四分之一/边缘）等多维变量。

研究首先通过时程分析捕捉地震动力响应。结果显示，不同高度HRBs的地震谐波运动(Harmonic Seismic Motion)存在显著差异：20层建筑在10秒内经历8个位移周期，而50层建筑仅4个周期。这种"不同步跳舞"现象导致连接桥梁被迫承受巨大内力。最惊人的发现是：当较短建筑高度达到较高建筑的60%时（如30层连接50层），桥梁轴向力达到峰值59955 kN，是同等高度建筑连接时的近3000倍。

建筑几何尺寸的影响同样引人深思。长度增加25%会使轴向力提升24.45%，却让剪力降低9.85%；而宽度增加25%则全面加剧各类内力，其中弯矩增幅达7.93%。桥梁位置的选择也充满玄机：位于建筑宽度中部的桥梁比边缘位置多承受36.2%的轴向力，这种差异源于边缘连接允许部分位移释放。

该研究不仅解释了泰国地震中桥梁坍塌的力学机制，更建立了HRBs连接设计的量化标准。特别值得注意的是，研究者指出60%高度比是一个关键阈值，超过此值后内力关系会发生逆转。这些发现为修订抗震规范提供了实验依据，建议在设计不同高度HRBs连接时，或采用足够滑移距离的滑动支座，或显著加强桥梁抗拉/压能力。

这项研究的价值还体现在方法论上：通过ETABS软件实现了从材料非线性（混凝土f_c'=50MPa，钢材f_y=282MPa）到结构响应的多尺度模拟。虽然研究聚焦钢-混凝土组合结构，但其结论可推广至其他材料体系。未来研究可进一步探索剪力墙布置、耗能装置等优化方案，让城市天际线既美观又安全。