桥台伸缩缝处的碰撞对地震反应的影响.pdf

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1、70低温建筑技术2013年第12期(总第186期)桥台伸缩缝处的碰撞对地震反应的影响温亚枫，杨海霞(河海大学工程力学系，南京210098)【摘要】连续梁桥在地震作用下，伸缩缝处发生碰撞而造成结构破坏。本文在建立考虑桥台与梁之间碰撞效应的简化刚体模型的基础上，采用有限元分析软件ANSYS对模型进行地震反应时程分析，研究了在考虑桥台与梁之间碰撞作用下，纵向地震作用时梁与梁伸缩缝处的碰撞效应。并分析了梁与桥台的碰撞对桥梁结构位移的影响，研究结果对类似的连续梁桥的抗震设计有一定的参考价值。【关键词】地震；连续梁桥；桥台；

2、双边碰撞；地震反应【中图分类号】TU311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2013)12—0070—03近几十年来，地震造成的桥梁结构破坏逐渐增多，其中不少破坏是由碰撞反应引起的。在1971年美国SanFemando地震、1995年13本阪神大地震和1995年台湾921大地震中，多座桥梁的破坏是由碰撞引起的⋯。当认识到碰撞的危害后，多国的学者对地震作用下桥梁结构碰撞行为进行了大量研究。图1连续梁桥模型研究发现影响桥梁结构碰撞效应的因素有如下几种，相邻桥跨的伸缩缝间隙大小、墩柱的弹塑性、质量比以

3、及周期比等。多数学者认为影响桥梁结构地伸缩缝1伸缩缝2震碰撞反应的主要因素为相邻跨的周期比。在单边碰撞中，周期比小于等于1的情况下，相邻联的碰撞效应随着两联周期比的减小而增大。为了进一步了解在地震作用下，考虑桥台作用时碰撞对桥梁结构的影响，文中利用有限元分析软件ANSYS建立包括桥台的碰撞模型进行研究。研究中考虑相邻联的质量比、周期比以及伸缩缝间隙大小三个因素对连续梁桥碰撞效应的影响，末考虑墩柱弹塑图2等效刚体模型性的影响。1碰撞模型的建立计算中考虑混凝土结构的阻尼比。采用如图3所示的模型设计过程中，为方便研究碰

4、撞对桥梁的影Kelvin模型n模拟伸缩缝处的碰撞。碰撞模型采用一响，对桥梁结构模型进行简化，如图1所示。由于桥台个阻尼器和一个连接弹簧并联来模拟碰撞的力学特刚度相对桥梁来说很大，所以将桥梁模型等效为图2性。碰撞力与位移的关系可用式(1)表示。所示的刚体模型。模型的组成可分为4部分：桥梁Fo=k1(l一2一△G)+Ck(五l一五2)的相邻两联用系统1与系统2等效，伸缩缝处的支墩当Ml一／,2一AG／>0则等效为系统3，桥台则等效为系统4。Tl和分别F。=0，当I—u2一AG≤0(1)为代表系统1与系统2的基本周期，

5、c。和c则分别为系统1、系统2的阻尼，△。则为1号、2号伸缩缝处初式中，F为碰撞力；k为连接弹簧的刚度，也可称始间隙。和C。分别为桥梁支墩的基本周期和阻尼，为接触刚度，取为梁体的轴向刚度；／,、“为系统1即模型中的系统3。桥台与地基简化成一个整体，成和系统2的位移；C为阻尼系数。桥台与系统1的碰为系统4。四个系统受到相同地震加速度的作用。撞力的表达式是同样可以用式(1)表示。在ANSYS在进行碰撞反应分析时，计算模型中不考虑墩柱中采用弹簧单元combin40模拟Kelvin模型。的弹塑性。模型中采用mass21单

6、元模拟桥梁的质量碰撞过程中，引入恢复系数e的概念。恢复力系分布。弹簧单元combin40模拟伸缩缝处的滑板支座。数的大小直接影响碰撞阻尼的大小。其中e=1代表72低温建筑技术2013年第l2期(总第186期)取相同的r。。在间隙比r。的取值在0．1—0．9的范围而增大。同时可以看出，大质量短周期联在m／m>内变化的9种情况下进行了计算。图7为位移峰值比1．0的范围内受到碰撞作用的影响很小。和相对位移峰值比随间隙比大小变化的结果，图中纵3结语坐标值取5条波计算结果的平均值。分析中发现，在(1)在碰撞过程中考虑桥台作

7、用下的情况下，考虑桥台作用的情况下，1号伸缩缝在间隙比r<0．3碰撞增大了长周期联的位移，但使短周期联的位移和时碰撞力较大，当r。=0．3～0．9时，碰撞力较小。2号两联间的相对位移减小。当／=1．0时，在考虑单一伸缩缝在间隙比较大(>0．7)时碰撞力较小，而间隙边碰撞的情况下，两联同向振动，伸缩缝处-的＼碰一撞＼●力：．-一『∞比为r。=0．2～0．6时碰撞力较大。研究中发现两联很小。但在桥台的作用下，两联出现了不同向的振动，且碰撞力较大。相对位移随间隙比的变化不大。当r。>0．5时，长联(2)间隙比对两联相对

8、位移的影响影响不大，位移的碰撞效应随间隙比的增大而减小。当r：0．I而长周期联的位移随间隙比的增大而减小，短周期联～0．9时，问隙比对短周期联的位移影响则随着间隙一的位移随间隙比的增大而增大。间隙比对碰撞力的比的增大而减小。影响较复杂。大致为，在r。=0．1～0．3时，1号伸缩缝1．3O处碰撞力较大，间隙比r>0．3时，1号伸缩缝处碰撞1．2O力较小。当0．1