鄰梁碰撞對隔震連續(xù)梁橋地震反應(yīng)的影響★

閤小進(jìn) 王 超

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610036)

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鄰梁碰撞對隔震連續(xù)梁橋地震反應(yīng)的影響★

閤小進(jìn) 王 超

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610036)

采用非線性時(shí)程分析方法，模擬了粵東高烈度地區(qū)兩聯(lián)隔震連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)地震動反應(yīng)，并通過接觸單元法Kelvin模型模擬鄰梁的碰撞效應(yīng)，探討了鄰梁碰撞對隔震連續(xù)梁橋地震反應(yīng)的影響，結(jié)果表明：地震作用下，主梁過大的相對位移導(dǎo)致了鄰梁間的多次碰撞且碰撞力非常大，可能引起梁端的局部破壞；碰撞減小了主梁的位移，但幅度不大，明顯減小了鄰梁間的相對位移；碰撞作用增大了右聯(lián)連續(xù)梁橋中間墩的地震反應(yīng)，減小了其他墩的地震反應(yīng)。

連續(xù)梁橋，非線性時(shí)程分析，隔震支座，碰撞效應(yīng)

對高烈度地震造成的橋梁結(jié)構(gòu)損害的研究表明，如果橋梁結(jié)構(gòu)之間距離過小，地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)的碰撞會對結(jié)構(gòu)造成相當(dāng)大的損害甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌。橋梁結(jié)構(gòu)的非同向振動引起橋臺和與之相連的主梁、主梁與主梁、主梁和與其臨近的結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞[1,2]。一般來說，橋梁結(jié)構(gòu)碰撞所引起的碰撞力是非常大的，給橋梁下部結(jié)構(gòu)帶來了非常大的附加荷載。此外，碰撞力的沖擊特性增加了橋梁結(jié)構(gòu)脆性斷裂的可能性。

模擬相鄰結(jié)構(gòu)碰撞的方法可以歸為兩類：立體力學(xué)法、接觸單元法[3]。立體力學(xué)法不能反映碰撞過程中的應(yīng)力和變形，其在地震引起的橋梁結(jié)構(gòu)碰撞分析中的應(yīng)用非常有限，僅用于集中質(zhì)量的單自由度系統(tǒng)。接觸單元法的碰撞力由彈性碰撞單元或者粘彈性碰撞單元進(jìn)行模擬，簡單、明確，且便于與計(jì)算軟件結(jié)合，被廣泛運(yùn)用于地震模擬。接觸單元中的Kelvin模型常用于地震作用中的結(jié)構(gòu)碰撞分析。

橋梁隔震支座在減隔震設(shè)計(jì)中應(yīng)用很普遍。高阻尼橡膠支座通過支座較大的剪切變形和橡膠較大的阻尼比來發(fā)揮隔震作用。摩擦擺式減隔震支座通過支座內(nèi)部的相對滑動產(chǎn)生的摩擦阻力逐漸消耗地震能量[4]。這種減弱橋梁上、下部結(jié)構(gòu)連接的減隔震方法，在地震作用下橋梁上部結(jié)構(gòu)往往有較大的位移，從而導(dǎo)致鄰梁伸縮縫處較大的梁體相對位移，可能造成連續(xù)梁相鄰梁體嚴(yán)重的碰撞。

目前對于隔震橋梁的抗震性能研究很少考慮伸縮縫處鄰梁的碰撞效應(yīng)的影響，因此本文結(jié)合粵東高烈度地區(qū)某兩聯(lián)隔震連續(xù)梁橋，探討了縱向地震作用下鄰梁碰撞對隔震連續(xù)梁橋地震反應(yīng)的影響。

1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

某2聯(lián)連續(xù)梁橋布置如圖1所示。左聯(lián)為跨度4×40 m預(yù)應(yīng)力先簡支后連續(xù)T梁，橋墩處采用高阻尼橡膠支座(HDR)連接；右聯(lián)為(40+60+35) m預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，墩梁采用摩擦擺式隔震支座(FPS)連接。摩擦擺式支座(FPS)的布置為，邊墩5號、8號支座JZQZ-3500/350-GX-Z80-e200-3s，中墩6號、7號支座JZQZ-12500/1000-GD-e200-4s。高阻尼橡膠支座(HDR)的等效水平剪切剛度為2.44×103kN/m，等效阻尼比ξ=12%。

采用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行非線性時(shí)程分析。計(jì)算模型中采用三維彈性梁單元Beam188模擬主梁、橋墩。高阻尼橡膠支座通過等效水平剛度和等效阻尼比來考慮，摩擦擺式支座采用雙折線模型。考慮橋梁結(jié)構(gòu)自重和二期恒載，考慮樁土的相互作用。地震波通過安平報(bào)告的反應(yīng)譜人工合成地震波。計(jì)算分析中，橋跨結(jié)構(gòu)采用瑞利阻尼，混凝土的阻尼比取為5%。采用接觸單元法中的Kelvin模型模擬的鄰梁碰撞，如圖2所示。

圖2中，d0為伸縮縫處的初始間隙，k為接觸單元的剛度，取為主梁較小的軸向剛度[5,6]。計(jì)算可知左聯(lián)和右聯(lián)主梁間碰撞的剛度k=7.10×106N/m。伸縮縫處鄰梁碰撞的能量損失通過接觸單元的阻尼來考慮，計(jì)算可得左聯(lián)和右聯(lián)主梁間碰撞的阻尼系數(shù)c=9.51×106kg/s。

2 鄰梁碰撞效應(yīng)

輸入地震動，計(jì)算出不考慮鄰梁碰撞和考慮鄰梁碰撞兩種情況下橋跨結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，研究鄰梁碰撞對連續(xù)梁橋地震反應(yīng)的影響。

鄰梁碰撞的時(shí)程曲線如圖3所示，結(jié)果表明過大的相對位移導(dǎo)致了相鄰梁體的多次碰撞而且碰撞力都非常大，但碰撞時(shí)間間隔、碰撞力大小波動不大，碰撞較均勻。發(fā)生的8次碰撞中，最大碰撞力為1.54×104kN，最小碰撞力為5.61×103kN。

左、右聯(lián)主梁的位移峰值和相對位移峰值如表1所示。可以看出，碰撞作用減小了左、右聯(lián)主梁的縱向位移峰值，而且對左聯(lián)的影響更大。同時(shí)鄰梁的碰撞作用明顯減小了主梁間的相對位移峰值。

表1 主梁位移和相對位移峰值 m

圖4為不考慮鄰梁碰撞和考慮鄰梁碰撞橋墩地震反應(yīng)峰值的對比圖。由圖4a)得知，左伸縮縫處相鄰梁的碰撞稍微減小了第一聯(lián)橋墩1號～4號墩頂位移、墩底剪力和墩底彎矩，明顯減小了5號、8號過渡墩墩頂位移、墩底剪力和墩底彎矩，但顯著增大了第三聯(lián)中間墩6號、7號墩頂位移、墩底剪力和墩底彎矩，對第三聯(lián)邊墩9號的墩頂位移、墩底剪力和墩底彎矩幾乎無影響。說明鄰梁碰撞對高阻尼橡膠隔震支座的隔震作用有利，但對摩擦擺式支座的隔震不利。

3 結(jié)語

針對粵東高烈度地區(qū)某隔震連續(xù)梁橋，探討了縱向地震作用下鄰梁碰撞對隔震連續(xù)梁橋地震反應(yīng)的影響，分析結(jié)果表明：

1)縱向地震作用下，由于采用了隔震橡膠支座和摩擦擺式隔震支座，引起了相鄰聯(lián)主梁間較大的相對位移，從而導(dǎo)致了鄰梁間的碰撞，碰撞次數(shù)多且碰撞力很大，對主梁梁端的局部結(jié)構(gòu)不利。

2)隔震連續(xù)梁橋的鄰梁碰撞，減小了主梁的位移峰值，幅度不大，但大幅度減小了鄰梁間的相對位移峰值。

3)對于橋梁下部結(jié)構(gòu)，碰撞作用減小了左聯(lián)橋墩的地震反應(yīng)，對左聯(lián)1號～4號橋墩有利；相鄰主梁的碰撞明顯增大了右聯(lián)橋跨中間墩6號、7號的地震反應(yīng)，說明碰撞作用對摩擦擺式支座的隔震作用不利，因此在設(shè)計(jì)中要考慮鄰梁碰撞。

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The influence of pounding of superstructure segmentson the response of isolated elevated continuous girder bridges★

Ge Xiaojin Wang Chao

(Civil Engineering and Architecture College, School of Southwest Jiaotong University， Chengdu 610036, China)

Using the nonlinear time history analysis method, this paper simulated the earthquake ground response of two isolated continuous girder bridge structure in Guangdong Gailie area, and through the contact element method Kelvin model to simulate the collision effect of adjacent beams, discussed the influence of adjacent beam collision to seismic response of isolated continuous girder bridge, the results showed that under the earthquake action, the main beam with larger relatively displacement led to many collisions between the adjacent beams and had larger collision force, may cause the local failure of beam end, the collision reduced the main beam displacement, but the range was less, significantly reduced the relative displacement between the adjacent beams; the collision effect increased the seismic response of right beam continuous girder bridge middle pier, decreased the seismic response of other piers.

continuous beam bridge, nonlinear time history analysis, seismic isolation bearing, collision effect

1009-6825(2017)08-0150-03

2017-01-05★：廣東省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃(科技-2014-02-015)

閤小進(jìn)(1991- )，男，在讀碩士

U442.55

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