橋梁結(jié)構(gòu)地震碰撞效應及防落梁措施研究現(xiàn)狀

張宇

（重慶市設計院 重慶 400015）

本文主要分析橋梁結(jié)構(gòu)接觸面碰撞存在的主要問題，圍繞著防止橋梁碰撞造成的較大損失，研究橋梁結(jié)構(gòu)地震碰撞效應的試驗方法，總結(jié)橋梁地震防范理論，達到優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)和提高防落梁有效性的目標。

1 橋梁結(jié)構(gòu)碰撞的主要原理分析

1.1 接觸面碰撞的主要問題

橋梁結(jié)構(gòu)接觸面碰撞問題主要有以下兩個方面：①在橋梁設計時不規(guī)范，相鄰橋跨的結(jié)構(gòu)沒能測算出合理值，設計人員沒能充分的分析相鄰跨的數(shù)據(jù)，沒能有效的避免相鄰跨的共振情況，在防碰撞試驗時沒能考慮樁土情況。地震是造成落梁的主要原因在，地震通常會造成橋墩彎矩變小情況。應當保證剛性地基橋跨的碰撞承受力相比于柔性地基橋跨承受力大。②針對軟土地基情況設置新型的位移模式，針對硬場地上的橋跨空間變化情況，相鄰跨基頻比較為相近，這樣也提高了最小伸縮縫寬度要求。

1.2 相鄰跨地震碰撞理論

可以利用4自由度的模型對雙邊棒碰撞的影響進行分析，也可以利用較為簡單的2自由度模型對自由碰撞進行研究，從而達到發(fā)現(xiàn)橋梁框架的運動特點，橋梁的地面運動規(guī)律，以及對橋梁框架進行控制辦法?？梢愿鶕?jù)16m或32m跨度的調(diào)整鐵路橋梁作為案例，分別設計2跨或4跨不等的平面計算模型，把橋梁的塑性體系與結(jié)構(gòu)參數(shù)進行對比分析，得出的數(shù)據(jù)可以用于非彈性結(jié)構(gòu)最大位移或彈性結(jié)構(gòu)的最大位移測算。具體可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)與塑性體之間關(guān)系，表明非彈性結(jié)構(gòu)最大位移和彈性結(jié)構(gòu)碰撞資料情況。還要對多跨混凝土的碰撞效應進行分析，從而有效控制墩頂位移的效果。

但是對較短的橋墩其受到碰撞比較長的橋墩力度大，碰撞不會對兩個橋墩的縮縫寬度造成較大影響，減少碰撞對伸縮縫的影響，需要采用科學的調(diào)節(jié)辦法。

1.3 接觸碰撞分析方法

接觸碰撞分析方法主要采用恢復系數(shù)法、接觸單元法和拉格朗日乘子法。接觸面碰撞測試主要采用三種方法，目前常的是恢復系數(shù)法，在復雜情況下可能采用基礎單元法，這樣有助于細化碰撞分析的各種因素，拉格朗日乘子法也是當前較為常見的測試方式?；謴拖禂?shù)法是傳統(tǒng)的處置方法，主要根據(jù)能量守恒定律的兩個質(zhì)點進行碰撞分析，然后根據(jù)碰撞速度情況對碰撞模型的表現(xiàn)進行判斷，復系數(shù)法算法較為簡單，物理量清晰，可以通過計算快速得到碰撞參數(shù)。其余兩種方法可以提高參數(shù)的精準性，適用于復雜的橋梁碰撞工程測試，但是測試的過程復雜，操作的周期較長。接觸單元法主要采用點對點的測試方法，碰撞分析法演示了兩個相鄰跨碰撞的過程，這個碰撞過程的接觸單元需要彈簧和阻尼器構(gòu)成，主要運用彈簧來模擬接觸單元的鋼度情況，用阻尼器來模擬碰撞時的能量變化，在碰撞試驗時主要采用線性彈簧模擬法，也可以采用非線性彈簧測試，這樣可以降低測試復雜性，但是測試的精準性有待提高。拉格朗日乘子法主要依造接觸約束條件來求解碰撞問題，它主要將拉格朗日乘子引入接觸碰撞當中，提高了碰撞測試的精準性，但是算法的復雜性大，算法的精度低，求解過程較為復雜，求解時受到不可控因素的干擾多。

2 橋梁防落梁的主要措施

2.1 安裝緩沖材料

通過碰撞試驗得到了橋梁接觸碰撞的關(guān)鍵位置，應當在接觸位置適當?shù)陌惭b緩沖材料，例如，安裝連接桿、阻尼器或者加裝硬橡膠緩沖墊，這樣可以達到提高緩沖有效性，防止落梁碰撞造成較大的損害。首先，連接桿和阻尼器的安裝應當防止連接管剛度過大情況，以及減少阻尼過高的情況，這樣才能達到有效防落梁的目標。其次，應當把上部結(jié)構(gòu)建成連續(xù)的體系，采用科學的方法方式使梁體從溫度和混凝土收縮方面產(chǎn)生較大的內(nèi)力，進而防止出現(xiàn)嚴重影響梁體的問題。地震發(fā)生時主要會影響橋梁的運動空間，這時需要對橋梁結(jié)構(gòu)的變化情況進行體制，重點防止橋梁出現(xiàn)塑性變形，減少地震對防止壓碎裝置的沖擊，做到有效消耗梁體振動的能量消耗，例如，可以安裝橡膠緩沖墊，還可以優(yōu)化橋底與臨梁碰撞力，從而達到運用液體油缸阻尼器防止沖擊傳播的效果。

2.2 防止落梁的措施

伸縮縫技術(shù)對于防止落梁有重要的價值，使用伸縮縫技術(shù)的關(guān)鍵在于計算好具體的防落梁的支承位置，這樣才能保證橋梁有足夠的搭接長度。由于橋梁各支承點的震動較小，橋梁陣型結(jié)構(gòu)有較大羞，還要采用先進的邊梁，對在施工時固定好支座，對固定支座的受與滑動支座的位置進行判斷。首先，合理的確定裝置的使用數(shù)量，根據(jù)相鄰跨對裝置的使用數(shù)量情況進行假想設定。其次，對約束系統(tǒng)的位移情況進行計算，對限位裝置中的應力進行驗算，并且將其控制在彈性的范圍空間內(nèi)。

表1 橋梁防落梁裝置的基本構(gòu)成要素

2.3 調(diào)節(jié)橋梁縫寬度

為了達到有效避免因地震造成的橋梁塌落問題，在梁塌落時避免發(fā)生碰撞，可以采用控制相鄰橋梁結(jié)構(gòu)的方法，保證相鄰結(jié)構(gòu)留有足夠大的間隙。相關(guān)學者的研究認為，間隙之間產(chǎn)生的碰撞力越小，碰撞產(chǎn)生的力度最大，間隙小時碰撞的次數(shù)過大，其碰撞的力量相對較小?？p隙之間的距離對碰撞的破壞程度有較大的影響。應當保證縫隙之間間距足夠大，這樣對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響相對較小，當縫隙之間的距離不大不小時，對橋墩受力帶來的影響也相應較大。如果橋梁的橋縫過寬，伸縮縫兩側(cè)梁體之間會出現(xiàn)獨立震動的情況，進而大量的震動能量被吸收，從而使地震帶來的震動有效減少。適當?shù)脑黾由炜s縫的寬度，會在一定程度上減輕梁體之間的碰撞，橋梁的伸縮縫如果過小，對梁中的溫度應力的釋放過程會受到一定的影響，應當根據(jù)橋梁碰撞試驗得出的結(jié)構(gòu)合理的確定橋梁的縫寬度，保證橋梁縫寬度在控制橋梁碰撞力方面的作用。

3 結(jié)論

橋梁結(jié)構(gòu)的地震碰撞問題直接關(guān)系到橋梁的穩(wěn)定性，對橋梁地震碰撞的原因與帶來的影響情況進行分析，可以達到提高橋梁控制有效性目標。碰撞原因的分析對于提高防落梁質(zhì)量的有重要的意義，橋梁碰撞的主要原因在于超出間隙范圍，造成了伸縮縫過大，橋梁結(jié)構(gòu)主要問題在于相鄰跨剛度問題，橋梁跨的質(zhì)量問題也是造成橋梁問題落梁重要原因在，由于地震的強度不同，因此導致碰撞的原因是多樣的，還有樁木之間關(guān)系的影響，還要控制好相鄰橋梁之間間隙，保證間隙處在可控范圍內(nèi)，從而達到有效防止橋梁落梁情況的出現(xiàn)。