基础滑移隔震桥梁抗倾覆稳定性分析

吴焱　韩春　刘鹏

随着基础滑移技术运用明显增多，结构的抗倾覆问题越来越受到工程界关注。而桥梁结构头重脚轻的特点，很多时候横向地震响应分析可以简化为单质点模型。因此，研究单质点体系的地震中的抗倾覆问题具有明显的工程意义。

关键词：基础滑移；刚构桥；抗倾覆

1 单质点基础滑移体系稳定判别条件

根据达朗贝尔原理可知，结构运动可以用拟静力平衡方程表示，地震时结构的最大水平惯性力应等于基底摩擦力。

2 单质点基础滑移桥梁稳定算例

以等高墩三跨刚构桥为例，验算桥墩在整个地震过程中的倾覆稳定性。

如传统桥梁一样，基础滑移隔震桥梁在桥台处对梁体均有横向约束，地震过程中，梁体不能像无横向约束时那样能够自由漂移，这样对动态过程中的横向稳定是有利的。

2.1 横向抗倾覆计算简化思路

基于上面的假定，等高连续刚构由对称性可以简化为一个“T”构的情形，只需验算单个“T”构在地震中保持横向稳定即可。

在el-centro波作用下，经理想化处理后滑移隔震结构的横向响应来论证简化思路的可行性。

为模拟较弱的横向约束，将梁端的节点向横桥向水平移动合适距离，通过弹性连接，将新建节点与梁端节点连接起来，并赋予弹性连接单元较小的轴向刚度。

工况1：在桥台处梁端横向约束较弱，弹性连接轴向刚度取800KN/m

工况2：在桥台处限制梁端的横向位移

由计算结果可知，桥台处对梁体的横向约束很弱时，地震过程中整个梁体横向变形很小，最大相对横向位移为28mm；而在桥台处限制梁端的横向位移的情形，梁体的横向响应就很大，最大横向相对位移达到113mm。梁端横向约束很弱时，梁体做刚体横向漂移，论证了简化思路的可行性。

梁体横向变形大小与梁端处横向约束强弱密切相关，二者的关系曲线由下降段、上升段和水平段组成。过小的横向约束和过大的横向约束对结构的受力都不利。

2.2 横向抗倾覆计算流程

计算基础滑移桥梁横向抗倾覆稳定性，应分别计算结构的总倾覆力矩 和总抗倾覆力矩 ，然后根据条件 来判别结构的稳定性。

基础滑移桥梁地中的运动状态有啮合和滑移两状态，而两状态下结构所受的惯性力不同。因此需分两阶段验算结构的抗倾覆稳定性。墩柱顶底最大的横向位移差为268mm，远小于墩的横向宽度6.15m。表明墩的最大倾斜状態时，结构在整个地震过程中，自重始终提供的是抗倾覆力矩。

3 防止桥梁倾覆的措施

当不能满足基础滑移桥梁抗倾覆稳定性要求时，需设置一些辅助设施来帮助结构抵抗倾覆。

图3.1所示的基底柔性锚固，是通过墩底扩大基础中心与承台中心通过无张力的钢绞线连接起来。图3.2所示的墩顶柔性锚固，是通过柔性缆索将墩顶与地面锚体相连，每个桥墩对称的设置两个柔性缆索。

4 小结

本文主要推导了基础滑移隔震桥梁滑动状态时抗倾覆稳定的判别条件，得出了滑移桥梁倾覆问题与结构的固有属性相关而与地震能量的输入无关。同时推导了等高墩三跨刚构桥采用滑移技术时，验算其横向抗倾覆稳定性的简化思路。并且发现，梁端在桥台处无横向约束时，梁体的横向变形将很大，同时横向相对变形的大小、边跨跨度、桥台处横向约束的刚度，三者之间存在一定的关系。

参考文献：

[1] 熊仲明. 基础滑移隔震房屋的计算研究[D]. 西安建筑科技大学学位文， 1994

[2] 夏修身， 陈兴冲. 铁路高墩桥梁基底摇摆隔震与墩顶减震对比研究[J]. 铁道学报， 2011

[3] 国家强震动台网中心