強震作用下斜交梁橋碰撞及落梁研究.pdf

1、平面不規(guī)則的斜交梁橋由于其線條平順，同時能夠較好地適應道路走向，因而被廣泛地使用在高等級公路和城市道路當中。但是這種不規(guī)則的平面布置和非對稱的支承特性造成了斜交橋特殊和復雜的地震反應，斜交橋遭到地震破壞也比直線正交橋梁更加嚴重。地震發(fā)生時，復雜的彎扭耦合特性使得主梁之間以及主梁與橋臺、擋塊之間更容易發(fā)生斜向碰撞，導致斜交橋混凝土局部破損、主梁脫落、整體倒塌等嚴重震害。本文以單跨裝配式斜交簡支板梁橋和斜交剛構-連續(xù)組合梁橋為研究對象，運用

2、顯式接觸搜索算法，建立橋梁的精細化有限元計算模型，系統(tǒng)地研究了斜交梁橋考慮碰撞效應后的地震反應、斜交簡支梁橋的地震落梁破壞以及斜交剛構-連續(xù)組合梁橋的地震倒塌破壞過程。主要研究內(nèi)容和取得的研究成果包括以下幾個方面:
　　 采用顯式非線性接觸算法，考慮主梁與橋臺背墻、橫向擋塊的碰撞效應，建立斜交梁橋的精細化有限元計算模型并分別輸入兩條不同頻譜特性的三向地震動，對裝配式斜交簡支梁橋的碰撞地震反應進行了研究。研究表明，考慮了斜交橋地震

3、碰撞效應后，主梁靠近橋臺（或擋塊）的位移與遠離橋臺（或擋塊）的位移具有顯著差別，背離時的位移值遠大于靠近時的位移值。同時，每片主梁的順橋向位移（橫橋向位移）也各不相同。地震動頻譜特性同樣會對上部結構位移產(chǎn)生較大影響:對于順橋向位移，Elcentro地震動作用下主梁的位移值要大于天津地震動作用下主梁的位移值;而對于橫橋向位移，天津地震動作用下的位移值大于Elcentro地震動作用下的位移值。碰撞效應會使主梁梁端、背墻與擋塊承受較大的碰撞力

4、，導致梁端、背墻與擋塊的應力急劇增大，容易引起梁端混凝土開裂、橋臺背墻局部混凝土脫落、橫向擋塊混凝土開裂等破壞。斜交橋擋塊和主梁梁端截面的應力和碰撞力分布很不均勻，裝配式主梁端截面銳角、鈍角點的碰撞力大于截面中間點的碰撞力，主梁橫斷面銳角點處的地震碰撞力小于鈍角點處的碰撞力。裝配式斜交梁橋各片主梁之間也具有不同程度的碰撞，外側邊主梁之間的碰撞力大于中間主梁間的碰撞力。
　　 通過考慮碰撞效應和混凝土材料的破壞，研究了強震作用下裝

5、配式斜交簡支梁橋的落梁破壞過程。結果表明，斜交簡支梁橋的落梁過程會經(jīng)歷主梁與背墻以及主梁與擋塊的碰撞、擋塊的大變形破壞、主梁失去豎向支承產(chǎn)生落梁三個階段。碰撞效應是引起斜交梁橋落梁的重要原因，碰撞引發(fā)的主梁平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)使得主梁容易從橋面系的一角發(fā)生局部脫落。對于斜交簡支梁橋，主梁會在鈍角處首先失去支承發(fā)生落梁。另外，斜交梁橋發(fā)生落梁時往往都伴隨有橫向擋塊的大變形破壞。在對斜交梁橋進行抗震設計時，對橫向擋塊的重視程度應當加強，合理的擋塊設置

6、能夠有效減小上部結構的橫向位移，降低落梁發(fā)生的概率。同時，研究還發(fā)現(xiàn)地震動的頻譜特性會對斜交簡支梁橋的落梁破壞形式有所影響，頻譜特性的差異決定了橋跨全部脫落或者是單片脫落。
　　 以四跨斜交剛構-連續(xù)組合箱梁橋為工程背景，通過設置失效準則模擬結構材料的破壞，分析了強震作用下斜交剛構-連續(xù)組合梁橋的地震碰撞效應和倒塌破壞過程。分析表明，地震作用下，相比于裝配式斜交梁橋，整體性能較好的箱型斜交梁橋主梁的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動更加明顯。箱型截面主

7、梁的梁端碰撞力分布與裝配式板梁橋的碰撞力分布呈現(xiàn)出了不同的分布規(guī)律，箱梁的橫斷面銳角點處地震碰撞力大于鈍角點處的碰撞力，但橫斷面中心位置處同樣不容易發(fā)生碰撞。同時，地震碰撞作用會對橋梁的倒塌形式也會產(chǎn)生影響，改變了下部結構破壞的先后順序:不考慮碰撞作用時，過大的主梁順橋向位移造成剛構墩墩底首先發(fā)生破壞，主梁對橋臺的影響很小，臺柱不容易發(fā)生破壞;考慮主梁與橋臺的碰撞作用時，臺柱首先遭到破壞，剛構墩的破壞程度有所減輕。因此在對斜交橋梁進行地