強震下雙層高架橋橫向碰撞效應及對策研究.pdf

1、近50余年發(fā)生的幾次大地震使橋梁結構遭到嚴重破壞，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。震害調查表明，結構或構件碰撞是造成橋梁嚴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橋型之一，雙層高架橋由于質量和剛度分布特殊，梁、墩緊密相鄰，地震響應更復雜，其中下層橋面與墩柱和上層橋面與擋塊的碰撞尤為

2、嚴重，特別是下層橋面與墩柱的碰撞將導致下橫系梁與墩柱的節(jié)點嚴重破壞，墩柱剪斷，上層橋面直接坍塌到下層橋面。本文針對雙層高架橋在地震中的碰撞問題開展研究，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、恢復系數(shù)、支座摩阻系數(shù)等參數(shù)對橋梁碰撞效應的影響，開展了上層橋面與擋塊、下層橋面與墩柱的雙重碰撞效應研究，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，從而導致墩柱在橫系梁節(jié)點處剪力發(fā)生較大突變，對橫系梁以及橫系梁與墩柱的節(jié)點非常不利，這也與以往雙層高架橋節(jié)點破壞，橋面坍塌的震害完全符合;碰撞對上墩柱的地震剪力和彎矩響應影響較大，但對下墩柱影響較小，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被橫系梁所吸收。
　　(2)墩柱的剪力響應、彎矩響應、橫系梁軸力響應和碰撞力與碰撞剛度成正比關系;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、，因為在地震作用下，支座破壞后主梁依然會發(fā)生大位移，只要主梁與墩柱發(fā)生碰撞，碰撞效應對墩柱的內力響應的影響都是巨大的;在不同的恢復系數(shù)下碰撞效應對墩柱內力響應的影響相差較小，雖然碰撞過程中能量損耗程度不同，但下層主梁與墩柱一旦發(fā)生碰撞就會導致墩柱及橫系梁內力響應的突增;改變支座摩阻系數(shù)時碰撞效應對下墩柱內力響應造成的影響相差較小，對上墩柱相對較大，支座摩阻系數(shù)對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

5、二者質量都非常大，碰撞力也較大，而上層主梁與擋塊的碰撞，由于擋塊的質量較小，并且在弱擋塊強度下，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對墩柱內力響應的影響較大，上層橋面與擋塊的碰撞效應對墩柱內力響應的影響相對較小;下層碰撞效應造成了墩柱彎矩的增加，上層碰撞反而減小了墩柱彎矩，上、下層碰撞效應對墩柱的影響呈相反作用;當設置高強度擋塊時，雖然能有效控制主梁的橫向位移、保護支座并抵消下層碰撞對墩柱的作用力，但是高強度擋塊下主

6、梁受到的側向瞬時沖擊力也較大，小箱梁側板在較大的瞬時壓應力下，可能發(fā)生梁體開裂破壞。
　　(4)針對下層橋面與墩柱的碰撞效應，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置高阻尼橡膠墊，主梁的瞬時碰撞力作用到橡膠墊上后，橡膠墊將沖擊動能的一大部分轉化為變形勢能，隨后再慢慢釋放出來，橡膠墊吸能作用可大大降低碰撞效應對墩柱及橫系梁地震響應的不利影響;通過對橡膠墊厚度和面積的參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，橡膠墊面積