高墩連續剛構減碰措施研究

（吉林建筑大學 交通科學與工程學院，吉林 長春 130118）

0 引言

我國是地震多發地區，地震發生時，在縱向地震作用下可能發生主橋與橋臺間的碰撞，導致伸縮縫破壞及落梁[1]，如汶川地震引起的紫坪鋪水庫大橋引橋落梁[2],國內對橋梁的減碰措施的研究還不是十分完善,現有的相關抗震規范對這個問題也沒有明確規定。為此以西南山區某空心墩連續剛構為對象，分析橡膠墊塊對橋梁減碰效果以及相應規律, 并得出有意義結論。

1 結構計算模型

圖1 有限元模型

圖1為利用OpenSees 建立的全橋有限元動力分析模型。文中采用彈性梁單元模擬主梁；樁基礎采用6×6 集中土彈簧模擬；橋臺固結簡化處理，縱向活動盆式支座采用理想彈塑性材料模擬，本文橋墩采用的混凝土材料使用基于Kent-Park 模型的Concrete01 材料；縱筋使用OpenSees 材料庫的Steel02材料；

2 碰撞效應的模擬

由于Hertz-damp 理論模型在有限元軟件中使用較為困難,算例采用Muthukumar[3]提出的簡化Hertz-damp 模型來模擬主梁-橋臺之間的碰撞效應，其力和位移曲線如圖2所示。

圖2 Hertz-damp 簡化模型

3 天然地震波輸入

本文計算分析時分別將3 條從PEER 地震動數據庫下載的RNS292、RNS1528、RNS6911 地震波按縱橋向輸入結構模型，統一調幅至0.4g。

4 橡膠墊塊減碰效果分析

橡膠墊塊剛度可由下式計算[4]:

上式中，Er為橡膠墊塊彈性模量，取值為4421Mpa，Ar為橡膠承壓面積，tr為橡膠墊片的厚度。

在兩側梁端各布置20 個25cm×20cm 的橡膠墊塊,取其厚度分別為0、2、4、6、8 cm，橋臺處伸縮縫寬度保持為設計圖紙的8cm，其中，0cm 代表無橡膠墊塊緩沖，8cm 指橡膠墊塊塞滿梁臺間的間隙。地震響應取0#臺和1#墩的分析結果。

圖3 梁端位移峰值變化

圖4 墩底彎矩峰值變化

圖5 梁端峰值碰撞力變化

圖6 梁端位移時程

圖7 墩底彎矩時程

圖8 梁端碰撞力時程

圖3-圖5為三條地震波作用響應峰值變化，圖6-8 為地震響應最大值RNS6911 地震波時程，綜上可以看出：橡膠墊塊厚度由0cm 增加到8cm 這個過程,梁端位移、墩底彎矩、梁端碰撞力均有降低；在不設置橡膠墊塊和橡膠墊塊厚度8cm 情況下，在3 條地震波作用下墩底彎矩峰值分別從295055 KN·m、264391 KN·m、341093 KN·m 降低到251674 KN·m、205370 KN·m、261048 KN·m，分別降低了14.7%、22.3%、23.4%。碰撞力的峰值分別從-56355.6 KN·m、-39990 KN·m、-69796.4 KN·m 降低到-34559.9 KN·m、-23897.7 KN·m、-40437.2 KN·m，分別降低了38.6%、40.2%、42.0%。由上述可知，橡膠墊塊可以有效減小碰撞力與墩底彎矩以及梁端位移,但塞滿梁臺間隙在實際應用顯然不可取，所以考慮橡膠墊塊的厚度時需滿足實際工程需要。

5 結論

1)在所選取的地震波作用下,隨著橡膠墊塊厚度地增加，產生在主梁和橋臺間的碰撞力和墩底彎矩逐步下降,但碰撞次數變化不顯著，在實際工程中可根據具體情況適當增加橡膠墊塊厚度。

2)橡膠墊塊減碰效果十分理想且便于工程實用。這可以為相似類型橋梁減碰措施的采用提供一定參考。