基礎(chǔ)滑移隔震橋梁抗傾覆穩(wěn)定性分析

吳焱　韓春　劉鵬

隨著基礎(chǔ)滑移技術(shù)運(yùn)用明顯增多，結(jié)構(gòu)的抗傾覆問(wèn)題越來(lái)越受到工程界關(guān)注。而橋梁結(jié)構(gòu)頭重腳輕的特點(diǎn)，很多時(shí)候橫向地震響應(yīng)分析可以簡(jiǎn)化為單質(zhì)點(diǎn)模型。因此，研究單質(zhì)點(diǎn)體系的地震中的抗傾覆問(wèn)題具有明顯的工程意義。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)滑移；剛構(gòu)橋；抗傾覆

1 單質(zhì)點(diǎn)基礎(chǔ)滑移體系穩(wěn)定判別條件

根據(jù)達(dá)朗貝爾原理可知，結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可以用擬靜力平衡方程表示，地震時(shí)結(jié)構(gòu)的最大水平慣性力應(yīng)等于基底摩擦力。

2 單質(zhì)點(diǎn)基礎(chǔ)滑移橋梁穩(wěn)定算例

以等高墩三跨剛構(gòu)橋?yàn)槔?，?yàn)算橋墩在整個(gè)地震過(guò)程中的傾覆穩(wěn)定性。

如傳統(tǒng)橋梁一樣，基礎(chǔ)滑移隔震橋梁在橋臺(tái)處對(duì)梁體均有橫向約束，地震過(guò)程中，梁體不能像無(wú)橫向約束時(shí)那樣能夠自由漂移，這樣對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的橫向穩(wěn)定是有利的。

2.1 橫向抗傾覆計(jì)算簡(jiǎn)化思路

基于上面的假定，等高連續(xù)剛構(gòu)由對(duì)稱性可以簡(jiǎn)化為一個(gè)“T”構(gòu)的情形，只需驗(yàn)算單個(gè)“T”構(gòu)在地震中保持橫向穩(wěn)定即可。

在el-centro波作用下，經(jīng)理想化處理后滑移隔震結(jié)構(gòu)的橫向響應(yīng)來(lái)論證簡(jiǎn)化思路的可行性。

為模擬較弱的橫向約束，將梁端的節(jié)點(diǎn)向橫橋向水平移動(dòng)合適距離，通過(guò)彈性連接，將新建節(jié)點(diǎn)與梁端節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，并賦予彈性連接單元較小的軸向剛度。

工況1：在橋臺(tái)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(tái)處限制梁端的橫向位移

由計(jì)算結(jié)果可知，橋臺(tái)處對(duì)梁體的橫向約束很弱時(shí)，地震過(guò)程中整個(gè)梁體橫向變形很小，最大相對(duì)橫向位移為28mm；而在橋臺(tái)處限制梁端的橫向位移的情形，梁體的橫向響應(yīng)就很大，最大橫向相對(duì)位移達(dá)到113mm。梁端橫向約束很弱時(shí)，梁體做剛體橫向漂移，論證了簡(jiǎn)化思路的可行性。

梁體橫向變形大小與梁端處橫向約束強(qiáng)弱密切相關(guān)，二者的關(guān)系曲線由下降段、上升段和水平段組成。過(guò)小的橫向約束和過(guò)大的橫向約束對(duì)結(jié)構(gòu)的受力都不利。

2.2 橫向抗傾覆計(jì)算流程

計(jì)算基礎(chǔ)滑移橋梁橫向抗傾覆穩(wěn)定性，應(yīng)分別計(jì)算結(jié)構(gòu)的總傾覆力矩 和總抗傾覆力矩 ，然后根據(jù)條件 來(lái)判別結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

基礎(chǔ)滑移橋梁地中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有嚙合和滑移兩狀態(tài)，而兩狀態(tài)下結(jié)構(gòu)所受的慣性力不同。因此需分兩階段驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性。墩柱頂?shù)鬃畲蟮臋M向位移差為268mm，遠(yuǎn)小于墩的橫向?qū)挾?.15m。表明墩的最大傾斜狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)在整個(gè)地震過(guò)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(dāng)不能滿足基礎(chǔ)滑移橋梁抗傾覆穩(wěn)定性要求時(shí)，需設(shè)置一些輔助設(shè)施來(lái)幫助結(jié)構(gòu)抵抗傾覆。

圖3.1所示的基底柔性錨固，是通過(guò)墩底擴(kuò)大基礎(chǔ)中心與承臺(tái)中心通過(guò)無(wú)張力的鋼絞線連接起來(lái)。圖3.2所示的墩頂柔性錨固，是通過(guò)柔性纜索將墩頂與地面錨體相連，每個(gè)橋墩對(duì)稱的設(shè)置兩個(gè)柔性纜索。

4 小結(jié)

本文主要推導(dǎo)了基礎(chǔ)滑移隔震橋梁滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)抗傾覆穩(wěn)定的判別條件，得出了滑移橋梁傾覆問(wèn)題與結(jié)構(gòu)的固有屬性相關(guān)而與地震能量的輸入無(wú)關(guān)。同時(shí)推導(dǎo)了等高墩三跨剛構(gòu)橋采用滑移技術(shù)時(shí)，驗(yàn)算其橫向抗傾覆穩(wěn)定性的簡(jiǎn)化思路。并且發(fā)現(xiàn)，梁端在橋臺(tái)處無(wú)橫向約束時(shí)，梁體的橫向變形將很大，同時(shí)橫向相對(duì)變形的大小、邊跨跨度、橋臺(tái)處橫向約束的剛度，三者之間存在一定的關(guān)系。

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