桥梁伸缩缝处碰撞效应研究

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1、桥梁伸缩缝处碰撞效应研究　　摘要：地震是严重危害人类的一大自然灾害，提高桥梁的抗震能力，使桥梁在地震时能起到安全疏散、避难的作用，地震后确保抗震救灾重建家园的交通需要，是桥梁工程中的重要课题。本文在前人研究的基础上，对相关领域的国内外研究现状尤其是伸缩缝处的碰撞效应进行了总结和分析。关键词：桥梁；伸缩缝；碰撞效应中图分类号：K928.78文献标识码：A文章编号：一、概述桥梁是生命线工程的重要组成部分，是交通运输的枢纽工程，在抗震救灾中处于极其重要的地位。因此，充分研究桥梁结构在地震中的破坏模式，提高桥梁的抗震能力，使桥梁在地震时能起到安全疏散、避难的作用，地震后确保

2、抗震救灾重建家园的交通需要，是桥梁工程中的重要课题。二、国内外研究现状对于桥梁结构在地震效应作用下的理论研究，近年来国内外侧重于以下几个方面的研究：1.曲线梁桥的研究2.钢筋混凝土构件的空间弹塑性分析3.桥梁地震反应损伤评估64.伸缩缝处的碰撞效应下文主要针对伸缩缝处的碰撞效应进行总结和分析。三、伸缩缝处的碰撞效应碰撞对桥梁结构地震反应影响，各国学者的观点并不相同。在近些年发生的地震中，由于碰撞所导致的房屋和桥梁结构的破坏对城市和人民的生命财产安全产生了越来越重要的影响，相邻结构在地震作用下相互碰撞甚至发生倒塌。桥梁在地震中的碰撞，比较典型的有：相邻跨上部结构的碰撞

3、，上部结构与桥台的碰撞以及相邻梁间的碰撞。碰撞震害会产生非常大的撞击力，从而使结构受到破坏。在历次地震中由于上部结构的碰撞导致落梁直至整个结构毁坏的现象也不少见。在我国唐山大地震中滦河桥的严重落梁破坏在很大程度上就是由于碰撞作用引起的，这种碰撞行为一般造成主梁梁端开裂、桥台胸墙局部混凝土脱落、伸缩缝挤压等机构轻微的破坏，但某些情况下碰撞会引起桥梁结构发生严重的落梁事故。在国外1994年Northridge地震中，在洲际5号道和洲际14号道交叉道（距震中大约12公里）的伸缩缝和附近的一些桥梁的耸立桥台出产生了严重的碰撞破坏，引起了有关专家的高度重视；在19896年洛马

4、普利塔地震中，一段低矮的路面与支撑高架桥南段桥面的高柱发生的碰撞导致路面和柱的两侧遭受严重损坏，调查后得出结论，高度的显著差异以及相邻桥梁构件固有频率不同是造成碰撞的主要原因。另外，有关墩高相同时上部结构单元之间的碰撞对结构响应的影响也从一座距洛杉矶85公里的高速公路桥的震害得到了证实，该座桥梁被安装了一系列的加速度计，得到的记录显示出很多尖峰，这些尖峰点的幅值是地震输入最大加速度的十倍多，研究人员认为尖峰点的出现是由地震波传播效应引起桥梁碰撞产生的。1995年日本阪神地震时，Hanshin高速公路上部结构单元沿桥向的运动达到了0.3m，在伸缩缝处引起了相当大的碰撞

5、损伤，在这次地震中关于高架桥损失的报告中指出，支座断裂是引起邻梁碰撞和落梁的原因，并且认为碰撞力的碰撞特征增加了结构部件脆性断裂的可能性。因此，开展这方面的研究具有理论和工程实际两方面的意义。6碰撞产生的直接原因在于相邻结构间的相对位移反应超过了伸缩缝的允许间隙。在桥梁结构中，产生这种相对位移的原因可以概括为：（1）桥墩（台）的刚度、质量以及动力特性不一致；（2）输入地震波的空间变化，如行波效应；（3）地基或场地的不均匀性或基础形式不同；（4）由结构构件非线性变形、破坏带来的相对位移反应。近几十年来，由于桥梁隔震、减震设计的发展，在桥梁结构中大量采用柔性橡胶支座，这

6、将会导致桥梁上部结构在强烈地震作用下发生较大的位移反应，而桥梁结构的伸缩缝宽度往往依据上部结构的温度伸缩、徐变、制造误差等因素决定，通常小于强震中产生的相对位移，这就使桥梁上部结构在地震中发生碰撞的可能性增大。在过去对建筑物在地震作用下碰撞问题的研究工作主要集中在以下四个方面：一是通过实际震害来观察和了解碰撞造成的危害程度。尤其是1985年墨西哥城地震产生的巨大损失引起了世界范围内对碰撞危害性的关注，到目前为止全世界的地震专家们已经积累了大量丰富而宝贵的有关碰撞灾害6的资料，这对于碰撞地震反应的分析和研究有着重要的参考价值；二是对不同形式的理想化模型进行碰撞动力学的

7、解析研究以及对碰撞现象的模拟。由于碰撞问题的本质是非线性的，早期的绝大多数解析工作为了使问题简化采用单自由度振子来求得定性的结果，主要目的是获得在碰撞作用下对结构宏观行为的理解，并发展处理碰撞问题的简化方法。三是针对特定的碰撞部位进行解析的研究。为了得到实际结构的真实响应，Maison和Kasai等人发展并研究了较为复杂的多自由度体系结构模型，以前对多自由度碰撞模型的研究工作多局限于对相邻建筑物的碰撞进行二维模拟，这种二维模型采用碰撞单元来描述碰撞效应，每个单元由弹簧和阻尼器组成，弹簧用于控制碰撞持时，阻尼器用于表述能量损失，Cross和Jones曾根据假定的碰