基礎滑移隔震橋梁抗傾覆穩定性分析

吳焱　韓春　劉鵬

隨著基礎滑移技術運用明顯增多，結構的抗傾覆問題越來越受到工程界關注。而橋梁結構頭重腳輕的特點，很多時候橫向地震響應分析可以簡化為單質點模型。因此，研究單質點體系的地震中的抗傾覆問題具有明顯的工程意義。

關鍵詞：基礎滑移；剛構橋；抗傾覆

1 單質點基礎滑移體系穩定判別條件

根據達朗貝爾原理可知，結構運動可以用擬靜力平衡方程表示，地震時結構的最大水平慣性力應等于基底摩擦力。

2 單質點基礎滑移橋梁穩定算例

以等高墩三跨剛構橋為例，驗算橋墩在整個地震過程中的傾覆穩定性。

如傳統橋梁一樣，基礎滑移隔震橋梁在橋臺處對梁體均有橫向約束，地震過程中，梁體不能像無橫向約束時那樣能夠自由漂移，這樣對動態過程中的橫向穩定是有利的。

2.1 橫向抗傾覆計算簡化思路

基于上面的假定，等高連續剛構由對稱性可以簡化為一個“T”構的情形，只需驗算單個“T”構在地震中保持橫向穩定即可。

在el-centro波作用下，經理想化處理后滑移隔震結構的橫向響應來論證簡化思路的可行性。

為模擬較弱的橫向約束，將梁端的節點向橫橋向水平移動合適距離，通過彈性連接，將新建節點與梁端節點連接起來，并賦予彈性連接單元較小的軸向剛度。

工況1：在橋臺處梁端橫向約束較弱，彈性連接軸向剛度取800KN/m

工況2：在橋臺處限制梁端的橫向位移

由計算結果可知，橋臺處對梁體的橫向約束很弱時，地震過程中整個梁體橫向變形很小，最大相對橫向位移為28mm；而在橋臺處限制梁端的橫向位移的情形，梁體的橫向響應就很大，最大橫向相對位移達到113mm。梁端橫向約束很弱時，梁體做剛體橫向漂移，論證了簡化思路的可行性。

梁體橫向變形大小與梁端處橫向約束強弱密切相關，二者的關系曲線由下降段、上升段和水平段組成。過小的橫向約束和過大的橫向約束對結構的受力都不利。

2.2 橫向抗傾覆計算流程

計算基礎滑移橋梁橫向抗傾覆穩定性，應分別計算結構的總傾覆力矩 和總抗傾覆力矩 ，然后根據條件 來判別結構的穩定性。

基礎滑移橋梁地中的運動狀態有嚙合和滑移兩狀態，而兩狀態下結構所受的慣性力不同。因此需分兩階段驗算結構的抗傾覆穩定性。墩柱頂底最大的橫向位移差為268mm，遠小于墩的橫向寬度6.15m。表明墩的最大傾斜狀態時，結構在整個地震過程中，自重始終提供的是抗傾覆力矩。

3 防止橋梁傾覆的措施

當不能滿足基礎滑移橋梁抗傾覆穩定性要求時，需設置一些輔助設施來幫助結構抵抗傾覆。

圖3.1所示的基底柔性錨固，是通過墩底擴大基礎中心與承臺中心通過無張力的鋼絞線連接起來。圖3.2所示的墩頂柔性錨固，是通過柔性纜索將墩頂與地面錨體相連，每個橋墩對稱的設置兩個柔性纜索。

4 小結

本文主要推導了基礎滑移隔震橋梁滑動狀態時抗傾覆穩定的判別條件，得出了滑移橋梁傾覆問題與結構的固有屬性相關而與地震能量的輸入無關。同時推導了等高墩三跨剛構橋采用滑移技術時，驗算其橫向抗傾覆穩定性的簡化思路。并且發現，梁端在橋臺處無橫向約束時，梁體的橫向變形將很大，同時橫向相對變形的大小、邊跨跨度、橋臺處橫向約束的剛度，三者之間存在一定的關系。

參考文獻：

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