城市高架桥梁非线性地震碰撞反应分析

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1、2014年5月第5期城市道桥与防洪科技研究223城市高架桥梁非线性地震碰撞反应分析岳福青(交通运输部规划研究院，北京市100028)摘要：地震时城市高架桥梁易发生碰撞反应而引发灾害。采用时程分析法，对简支隔震梁桥、连续隔震梁桥、非隔震简支梁桥及非隔震连续梁桥的碰撞反应进行r参数分析。主要参数包括：间隙大小、支座特性、桥墩非线性及土基础相互作用。分析得出以下结论：简支粱桥的碰撞反应主要是由于桥台约束产生的，连续梁桥的碰撞反应主要是由邻联动特性差异造成的。相同条件下，隔震梁桥的最大撞击力高于非隔震梁桥，连续梁桥的最大撞击力高于简支梁桥的最大撞击力。增大间隙能有效减小碰撞反应

2、强度。对于隔震梁桥，增大隔震支座屈服力会减小碰撞反应强度，但同时会增大墩底弯矩。考虑桥墩非线性或土基础相互作用时简支梁桥与连续梁桥的最大撞击力均比不考虑时大，墩底弯矩均比不考虑时小。关键词：城市高架桥；碰撞；地震反应；隔震支座；土基础相互作用中图分类号：U442．5+5文献标识码：A文章编号：1009—7716(2014)05—0223—06分析模型。两种桥型每跨均为40m，墩高均为10m，0引言全长2001TI，且上部结构重量均为120kN／m。为比由地震引发的碰撞反应对城市桥梁的抗震性较其碰撞反应的不同特点，两桥的上部结构、桥能和局部受力状况会产生很大的影响，这引起

3、了墩、桥台、基础采用了相同的材料和几何尺寸。其国内外学者的广泛重视⋯。碰撞一般发生在连续梁区别仅在于简支梁桥上部结构被分为5跨，而连桥的伸缩缝处、简支梁桥邻跨之间以及桥梁上部续梁桥的上部结构被划分为两联，如图1fb)所示。结构与桥台之间。碰撞产生时会形成很大的冲击A西．一’正+A一一A一。A．一一面A8．。]j『A力，使遭受碰撞的梁体或桥台产生冲击破坏，严重1号2号f34号f时会损坏支座，引发落梁，因此对地震荷载引发的桥梁碰撞问题进行研究是十分必要的。—国内外学者【D1对桥梁碰撞问题进行了广泛研fa1简支梁桥联l联2]究。DesRoches[等与kimt1等研究了碰撞对

4、刚构桥6广1A__l_A一一。’’一一B{：一1’。‘地震反应的影响。Ruangrass~meel等研究了碰撞对l2号f3爿4号邻梁相对位移的影响并建立了相对位移谱。Zanardot等研究了地震动空间效应对隔震梁桥碰一、撞反应的影响。在国内，王军文I7J等研究了邻联周(h)连续梁桥期比对碰撞反应的影响。陈学喜吲等与谢旭ll0等考图I计算模型虑了支座非线性等因素研究了梁体间的碰撞对桥采用Kelvin碰撞单元来模拟邻梁(邻联)间及梁结构地震响应的影响。王东升等在考虑碰撞的主梁与桥台间的碰撞反应。图1中A所示位置布情况下对简支梁桥的落梁震害进行了分析。置了碰撞单元。Kelvi

5、n碰撞单元构造如图2(a)所示，已有研究成果表明，梁桥地震碰撞反应受多其中k为碰撞弹簧刚度，c为阻尼系数，其值1l71分因素影响，但目前多数研究均偏重某一因素的作别取为：6×10N／m与2×10Ns／m。用，缺少较为全面的分析。本文采用时程分析法，图1中的B处为支座所在位置，本文考虑了对简支隔震梁桥、连续隔震梁桥、非隔震简支梁桥两种支座，一种是LRB隔震支座，另一种为横向刚及非隔震连续梁桥的碰撞反应进行了参数分析。度较大的非隔震橡胶支座。LRB隔震支座的恢复考虑的参数包括：间隙大小、支座特性、桥墩非线力模型用如图2fb)所示的双线性模型模拟。临界位性及土基础相互作用。移

6、dy=0．01m。fy为屈服力，k，与k分别为屈服前刚度与屈服后刚度。非隔震支座的横向刚度统一1有限元模型取值为7×10N／m。每一桥型的各桥墩与桥台上采用图1所示多跨简支与多跨连续梁桥作为采用相同性能的支座。收稿日期：2014—12—09为模拟桥墩的非线性特征，假定塑性铰发生作者简介：岳福青(1977一)，男，河北沧州人，博士，高级工程在桥墩底部，本文采用非线性弹簧单元与刚体单师，主要从事工程结构抗震、减震控制研究。224科技研究城市道桥与防洪2014年5月第5期作用会使桥墩的弯矩计算值产生一定的误差。(a)碰撞单元(b)LRB隔震支座模型(c)桥墩模拟图2非线性构件

7、模拟元共同来模拟塑性铰，其恢复力滞回曲线采用图2(c)所示的双线性模型模拟。其中，k,=my／Oy，k=mJO．，my=14900kN。m，0．0165rad，m=17500kN。m，(b)时间／s图3EICentro波作用下碰撞对隔震简支梁桥3桥墩上部邻跨=0．0528rad。相对位移与桥墩弯矩的影响在考虑土与基础相互作用时，将桥台、桥墩的基础简化为质点。将桥台处固结约束用一个水平弹簧代替，将桥墩处的固结约束用一个水平弹簧和一个转动弹簧代替。桥台与桥墩基础的质量分别为408t与170t。桥台处水平弹簧刚度为1．33X10N／m。桥墩基础