強(qiáng)震下雙層高架橋橫向碰撞效應(yīng)及對(duì)策研究.pdf

1、近50余年發(fā)生的幾次大地震使橋梁結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，尤其是發(fā)生在城市或近郊的大地震，如阪神地震、Loma Prieta地震、汶川地震等。震害調(diào)查表明，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件碰撞是造成橋梁嚴(yán)重破壞的主要原因之一，如阪神地震中的阪神高速線高架橋、Loma Prieta地震中的Cypress Street雙層高架橋等。作為城市交通中的常見(jiàn)橋型之一，雙層高架橋由于質(zhì)量和剛度分布特殊，梁、墩緊密相鄰，地震響應(yīng)更復(fù)雜，其中下層橋面與墩柱和上層橋面與擋塊的碰撞尤為

2、嚴(yán)重，特別是下層橋面與墩柱的碰撞將導(dǎo)致下橫系梁與墩柱的節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重破壞，墩柱剪斷，上層橋面直接坍塌到下層橋面。本文針對(duì)雙層高架橋在地震中的碰撞問(wèn)題開(kāi)展研究，采用數(shù)值模擬和參數(shù)敏感性分析手段，全面研究了碰撞剛度、初始間隙、恢復(fù)系數(shù)、支座摩阻系數(shù)等參數(shù)對(duì)橋梁碰撞效應(yīng)的影響，開(kāi)展了上層橋面與擋塊、下層橋面與墩柱的雙重碰撞效應(yīng)研究，提出并分析了高阻尼橡膠緩沖墊作為減碰措施的有效性。論文研究表明:
　　(1)下層橋面與墩柱間的碰撞力大部分被下橫

3、系梁吸收，橫系梁再將軸力傳遞到墩柱，從而導(dǎo)致墩柱在橫系梁節(jié)點(diǎn)處剪力發(fā)生較大突變，對(duì)橫系梁以及橫系梁與墩柱的節(jié)點(diǎn)非常不利，這也與以往雙層高架橋節(jié)點(diǎn)破壞，橋面坍塌的震害完全符合;碰撞對(duì)上墩柱的地震剪力和彎矩響應(yīng)影響較大，但對(duì)下墩柱影響較小，究其原因在于碰撞的大部分能量經(jīng)墩柱從上往下傳遞時(shí)被橫系梁所吸收。
　　(2)墩柱的剪力響應(yīng)、彎矩響應(yīng)、橫系梁軸力響應(yīng)和碰撞力與碰撞剛度成正比關(guān)系;改變下層橋面與墩柱間的間隙并不能有效防止二者發(fā)生碰撞

4、，因?yàn)樵诘卣鹱饔孟?，支座破壞后主梁依然?huì)發(fā)生大位移，只要主梁與墩柱發(fā)生碰撞，碰撞效應(yīng)對(duì)墩柱的內(nèi)力響應(yīng)的影響都是巨大的;在不同的恢復(fù)系數(shù)下碰撞效應(yīng)對(duì)墩柱內(nèi)力響應(yīng)的影響相差較小，雖然碰撞過(guò)程中能量損耗程度不同，但下層主梁與墩柱一旦發(fā)生碰撞就會(huì)導(dǎo)致墩柱及橫系梁內(nèi)力響應(yīng)的突增;改變支座摩阻系數(shù)時(shí)碰撞效應(yīng)對(duì)下墩柱內(nèi)力響應(yīng)造成的影響相差較小，對(duì)上墩柱相對(duì)較大，支座摩阻系數(shù)對(duì)碰撞力的大小和碰撞次數(shù)的影響較小。
　　(3)由于下層主梁與墩柱碰撞時(shí)

5、二者質(zhì)量都非常大，碰撞力也較大，而上層主梁與擋塊的碰撞，由于擋塊的質(zhì)量較小，并且在弱擋塊強(qiáng)度下，擋塊直接被撞壞，碰撞力較小，因此下層橋面與墩柱的碰撞效應(yīng)對(duì)墩柱內(nèi)力響應(yīng)的影響較大，上層橋面與擋塊的碰撞效應(yīng)對(duì)墩柱內(nèi)力響應(yīng)的影響相對(duì)較小;下層碰撞效應(yīng)造成了墩柱彎矩的增加，上層碰撞反而減小了墩柱彎矩，上、下層碰撞效應(yīng)對(duì)墩柱的影響呈相反作用;當(dāng)設(shè)置高強(qiáng)度擋塊時(shí)，雖然能有效控制主梁的橫向位移、保護(hù)支座并抵消下層碰撞對(duì)墩柱的作用力，但是高強(qiáng)度擋塊下主

6、梁受到的側(cè)向瞬時(shí)沖擊力也較大，小箱梁側(cè)板在較大的瞬時(shí)壓應(yīng)力下，可能發(fā)生梁體開(kāi)裂破壞。
　　(4)針對(duì)下層橋面與墩柱的碰撞效應(yīng)，采用參數(shù)分析法研究了高阻尼橡膠墊作為減碰裝置的效果，研究發(fā)現(xiàn)在下層主梁與墩柱之間設(shè)置高阻尼橡膠墊，主梁的瞬時(shí)碰撞力作用到橡膠墊上后，橡膠墊將沖擊動(dòng)能的一大部分轉(zhuǎn)化為變形勢(shì)能，隨后再慢慢釋放出來(lái)，橡膠墊吸能作用可大大降低碰撞效應(yīng)對(duì)墩柱及橫系梁地震響應(yīng)的不利影響;通過(guò)對(duì)橡膠墊厚度和面積的參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，橡膠墊面積