分析桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施

秦思杨

（招商局重庆交通科研设计院有限公司 400067）

分析桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施

秦思杨

（招商局重庆交通科研设计院有限公司 400067）

针对桥梁结构地震碰撞效应以及相关防落梁措施进行分析，首先提出了桥梁结构中接触面碰撞问题；其次分析了相邻桥梁结构中的地震碰撞理论。结合这些内容，阐述了减轻碰撞及防止落梁的有效措施，其中包括调节桥梁缝宽度，在梁件安装缓冲材料，防止落梁的措施等。通过对这些问题的分析，总结出要想保证地震碰撞带来的影响被降低，就需要对相关技术进行深入分析，从而得出最佳方案。

桥梁结构；地震碰撞效应；接触面

当下，对接触面碰撞问题进行分析主要有三种方法：分别是恢复系数法、基础单元法以及拉格朗日乘子法。其中恢复系数法属于一个较为传统的方法，其主要是根据动力守恒定律对两个质点的碰撞进行分析，根据其状态对碰撞后的速度做出判断，对恢复系数法以及摩擦系数法，进行弹性或者塑性碰撞以及接触面具备的光滑性做出适当的模拟。恢复系数法可以对两个钢体之间的碰撞问题进行处理，其物理概念相对清楚、算法也较为简单。

1.桥梁结构接触面碰撞问题

相关研究表明：一方面，对桥梁设计进行规范过程中，相邻的桥跨结构应当有相近基础频值，进而对相邻桥跨之间产生的不同步振导致桥梁发生碰撞做出防范，只有不对桩土的相互作用进行考虑，同时不考虑空间变化的效应，才能保证其有效性。第二方面，发生碰撞后，往往会造成桥墩的弯矩减小，刚性地基上具备桥跨结构所承受的碰撞力要比柔性地基上的桥跨所承受的大。第三方面，针对在软土地基上所设置的新型位移模数式伸缩缝的桥梁来说，当相邻桥跨基频之间存在的比值在1.85-1.15的范围内时，最小伸缩缝宽度需求将因为桩土的作用被减小。而针对坚硬场地上桥跨空间变化来说，因为空间变化造成的震动下，相邻跨之间产生的基频比数量较为相近时，其也提升了对最小伸缩缝宽度的要求[1]。

2.相邻桥梁结构地震碰撞理论

对较为简单的两自由模型进行自由碰撞的研究，发现了框架桥的动力特性、地面运动以及框架屈服等的影响。还利用了一个 4自由度模型对双边捧碰撞的影响进行分析。

以16m或32m跨度的高速铁路中的简支；梁作为桥的背景，分别建立了两跨和四跨的不等的平面计算模型。另外，将具有相同结构参数的弹性以及塑性体系之间进行比较，得出的相关参数表明，非弹性结构所产生的最大位移和弹性结构性所产生的最大位移大，但是其具备的最大速度以及碰撞次数均有所减弱。对多跨混凝土的箱梁桥所承担的碰撞效应进行分析，分析结果显示，经过碰撞后，会产生很大的碰撞力，但所产生的这些力不会有所转移，这些碰撞往往会导致墩顶所产生的位移减小。但是对于较短的桥墩来说，其受到的碰撞要比较长的桥墩力度大，并且所产生的碰撞不会造成两个桥墩之间的相对位移。

3.减轻碰撞及防止落梁的有效措施

3.1 调节桥梁缝宽度

为了避免碰撞的发生，最为直接的办法便是为相邻的结构提供足够的间隙距离。相关学者针对这一问题进行研究，其结果表明，间隙之间产生的碰撞力小，碰撞所产生的力度大；间隙小的碰撞次数过大，其碰撞力小。缝隙之间间距较大或者较小时，其对结构所产生的反应影响就越小，但是当缝隙之间间距不大不小时，对桥墩受力带来的影响就越大。当桥缝过宽，伸缩缝两侧梁体之间可能会出现相对独立的震动，进而使大量的震动能量被吸收，使震动带来的影响被有效降低。因此，适当的增加伸缩缝的宽度，会在一定程度上减轻梁体之间的碰撞。而桥梁的伸缩缝如果过小，可能对梁体中温度应力的释放过程受到影响，桥梁体伸缩缝宽度过大，桥上的行车便不够平稳。所以，减小碰撞带来的影响，不能只靠对伸缩缝的调节来控制[2]。

3.2 在梁件安装缓冲材料

在碰撞能够接触的位置适当的安装连接杆、阻尼器以及硬橡胶缓冲垫以及可压缩装置等，并对碰撞措施等进行了适当的分析和探讨。经过研究发现，对连接管和阻尼器进行安装的过程中，如果连接管刚度过大或阻尼器阻尼过大的情况下，才能发挥最大效果，但是对于这种大刚度或者高阻尼的连接构建来说，几乎将上部结构变成连续体系，采用这样的方式使梁体从温度和混凝土收缩徐变方面产生的影响存在较大内力，进而严重影响梁体。将一种可压缩装置安装在梁间，当罕见地震发生时，这一装置出现碰撞时会被压碎，进而增加了梁体的运动空间，防止发生碰撞，但是对结构进行分析后表明，因为压碎装置产生的塑性变形所产生的能量并不大，起着主要作用的当压碎装置被破坏后的梁体震动所耗费的能量。此外，对橡胶缓冲垫进行安装，可以使桥底的弯矩和临梁之间所产生的碰撞力被减小。通过对这几种可以减小碰撞力的措施进行比较，可以对一种类似于液体的油缸阻尼器的冲击传递装置将碰撞力效应进行降低，通过这一装置，在因为温度导致的变形情况下，其阻力是最小的[3]。

3.3 防止落梁的措施

防止落梁做根本的方法是为伸缩缝支承位置提供足够的搭接长度。当各个支承处的震动较小，并且相位所产生的变化和结构中存在的基本阵型不同时，需要搭接的长度就越大。但是当桥梁的卓越频率和地震动所存在的卓越频相同时，其所需要的搭接长度达到最大。另外，对连梁装置问题进行分析，进行固定支座和滑动支座进行区分。利用验算固定支座受力和滑动支座所产生的位移进行是否需要限时器的判断。首先，对限时装置使用数量进行假定；其次对约束系统的位移进行科学预算。然后对限位装置中的应力进行验算，将其控制在受力弹性的范围内。

结束语：

为了使地震中产生的碰撞问题得到解决，对引起桥梁地震碰撞的原因以及带来的影响因素进行分析十分重要。产生碰撞的直接原因主要是相连桥跨之间出现的位移超出了伸缩缝处的允许间隙。在桥梁的机构中，导致这种相对位移发生的主要原因是，相邻桥跨的刚度和质量分布的不同导致动力特性不一致，在发生地震过程中出现不同的震动，进而出现相应的碰撞。另外，导致碰撞发生的主要因素还有桩土之间产生的相互作用以及相邻桥梁之间间隙的大小等。

[1]何睿华.碰撞单元刚度对桥梁碰撞效应的影响[J].青海交通科技,2015,02:17-21.

[2]孙广俊,李鸿晶,赵鹏飞.简支梁桥地震落梁失效控制模式研究[J].南京工业大学学报(自然科学版),2014,02:40-47.

[3]王炎,谢旭,申永刚.近场地震作用下铁路减震桥梁地震响应研究[J].铁道学报,2012,12:102-109.

U45

B

1007-6344（2016）03-0089-01

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