強(qiáng)震作用下斜交梁橋碰撞及落梁研究.pdf

1、平面不規(guī)則的斜交梁橋由于其線條平順，同時(shí)能夠較好地適應(yīng)道路走向，因而被廣泛地使用在高等級(jí)公路和城市道路當(dāng)中。但是這種不規(guī)則的平面布置和非對(duì)稱的支承特性造成了斜交橋特殊和復(fù)雜的地震反應(yīng)，斜交橋遭到地震破壞也比直線正交橋梁更加嚴(yán)重。地震發(fā)生時(shí)，復(fù)雜的彎扭耦合特性使得主梁之間以及主梁與橋臺(tái)、擋塊之間更容易發(fā)生斜向碰撞，導(dǎo)致斜交橋混凝土局部破損、主梁脫落、整體倒塌等嚴(yán)重震害。本文以單跨裝配式斜交簡(jiǎn)支板梁橋和斜交剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，運(yùn)用

2、顯式接觸搜索算法，建立橋梁的精細(xì)化有限元計(jì)算模型，系統(tǒng)地研究了斜交梁橋考慮碰撞效應(yīng)后的地震反應(yīng)、斜交簡(jiǎn)支梁橋的地震落梁破壞以及斜交剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋的地震倒塌破壞過(guò)程。主要研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果包括以下幾個(gè)方面:
　　 采用顯式非線性接觸算法，考慮主梁與橋臺(tái)背墻、橫向擋塊的碰撞效應(yīng)，建立斜交梁橋的精細(xì)化有限元計(jì)算模型并分別輸入兩條不同頻譜特性的三向地震動(dòng)，對(duì)裝配式斜交簡(jiǎn)支梁橋的碰撞地震反應(yīng)進(jìn)行了研究。研究表明，考慮了斜交橋地震

3、碰撞效應(yīng)后，主梁靠近橋臺(tái)（或擋塊）的位移與遠(yuǎn)離橋臺(tái)（或擋塊）的位移具有顯著差別，背離時(shí)的位移值遠(yuǎn)大于靠近時(shí)的位移值。同時(shí)，每片主梁的順橋向位移（橫橋向位移）也各不相同。地震動(dòng)頻譜特性同樣會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)位移產(chǎn)生較大影響:對(duì)于順橋向位移，Elcentro地震動(dòng)作用下主梁的位移值要大于天津地震動(dòng)作用下主梁的位移值;而對(duì)于橫橋向位移，天津地震動(dòng)作用下的位移值大于Elcentro地震動(dòng)作用下的位移值。碰撞效應(yīng)會(huì)使主梁梁端、背墻與擋塊承受較大的碰撞力

4、，導(dǎo)致梁端、背墻與擋塊的應(yīng)力急劇增大，容易引起梁端混凝土開裂、橋臺(tái)背墻局部混凝土脫落、橫向擋塊混凝土開裂等破壞。斜交橋擋塊和主梁梁端截面的應(yīng)力和碰撞力分布很不均勻，裝配式主梁端截面銳角、鈍角點(diǎn)的碰撞力大于截面中間點(diǎn)的碰撞力，主梁橫斷面銳角點(diǎn)處的地震碰撞力小于鈍角點(diǎn)處的碰撞力。裝配式斜交梁橋各片主梁之間也具有不同程度的碰撞，外側(cè)邊主梁之間的碰撞力大于中間主梁間的碰撞力。
　　 通過(guò)考慮碰撞效應(yīng)和混凝土材料的破壞，研究了強(qiáng)震作用下裝

5、配式斜交簡(jiǎn)支梁橋的落梁破壞過(guò)程。結(jié)果表明，斜交簡(jiǎn)支梁橋的落梁過(guò)程會(huì)經(jīng)歷主梁與背墻以及主梁與擋塊的碰撞、擋塊的大變形破壞、主梁失去豎向支承產(chǎn)生落梁三個(gè)階段。碰撞效應(yīng)是引起斜交梁橋落梁的重要原因，碰撞引發(fā)的主梁平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)使得主梁容易從橋面系的一角發(fā)生局部脫落。對(duì)于斜交簡(jiǎn)支梁橋，主梁會(huì)在鈍角處首先失去支承發(fā)生落梁。另外，斜交梁橋發(fā)生落梁時(shí)往往都伴隨有橫向擋塊的大變形破壞。在對(duì)斜交梁橋進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)橫向擋塊的重視程度應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)，合理的擋塊設(shè)置

6、能夠有效減小上部結(jié)構(gòu)的橫向位移，降低落梁發(fā)生的概率。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)地震動(dòng)的頻譜特性會(huì)對(duì)斜交簡(jiǎn)支梁橋的落梁破壞形式有所影響，頻譜特性的差異決定了橋跨全部脫落或者是單片脫落。
　　 以四跨斜交剛構(gòu)-連續(xù)組合箱梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，通過(guò)設(shè)置失效準(zhǔn)則模擬結(jié)構(gòu)材料的破壞，分析了強(qiáng)震作用下斜交剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋的地震碰撞效應(yīng)和倒塌破壞過(guò)程。分析表明，地震作用下，相比于裝配式斜交梁橋，整體性能較好的箱型斜交梁橋主梁的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)更加明顯。箱型截面主

7、梁的梁端碰撞力分布與裝配式板梁橋的碰撞力分布呈現(xiàn)出了不同的分布規(guī)律，箱梁的橫斷面銳角點(diǎn)處地震碰撞力大于鈍角點(diǎn)處的碰撞力，但橫斷面中心位置處同樣不容易發(fā)生碰撞。同時(shí)，地震碰撞作用會(huì)對(duì)橋梁的倒塌形式也會(huì)產(chǎn)生影響，改變了下部結(jié)構(gòu)破壞的先后順序:不考慮碰撞作用時(shí)，過(guò)大的主梁順橋向位移造成剛構(gòu)墩墩底首先發(fā)生破壞，主梁對(duì)橋臺(tái)的影響很小，臺(tái)柱不容易發(fā)生破壞;考慮主梁與橋臺(tái)的碰撞作用時(shí)，臺(tái)柱首先遭到破壞，剛構(gòu)墩的破壞程度有所減輕。因此在對(duì)斜交橋梁進(jìn)行地