高墩连续刚构减碰措施研究

（吉林建筑大学 交通科学与工程学院，吉林 长春 130118）

0 引言

我国是地震多发地区，地震发生时，在纵向地震作用下可能发生主桥与桥台间的碰撞，导致伸缩缝破坏及落梁[1]，如汶川地震引起的紫坪铺水库大桥引桥落梁[2],国内对桥梁的减碰措施的研究还不是十分完善,现有的相关抗震规范对这个问题也没有明确规定。为此以西南山区某空心墩连续刚构为对象，分析橡胶垫块对桥梁减碰效果以及相应规律, 并得出有意义结论。

1 结构计算模型

图1 有限元模型

图1为利用OpenSees 建立的全桥有限元动力分析模型。文中采用弹性梁单元模拟主梁；桩基础采用6×6 集中土弹簧模拟；桥台固结简化处理，纵向活动盆式支座采用理想弹塑性材料模拟，本文桥墩采用的混凝土材料使用基于Kent-Park 模型的Concrete01 材料；纵筋使用OpenSees 材料库的Steel02材料；

2 碰撞效应的模拟

由于Hertz-damp 理论模型在有限元软件中使用较为困难,算例采用Muthukumar[3]提出的简化Hertz-damp 模型来模拟主梁-桥台之间的碰撞效应，其力和位移曲线如图2所示。

图2 Hertz-damp 简化模型

3 天然地震波输入

本文计算分析时分别将3 条从PEER 地震动数据库下载的RNS292、RNS1528、RNS6911 地震波按纵桥向输入结构模型，统一调幅至0.4g。

4 橡胶垫块减碰效果分析

橡胶垫块刚度可由下式计算[4]:

上式中，Er为橡胶垫块弹性模量，取值为4421Mpa，Ar为橡胶承压面积，tr为橡胶垫片的厚度。

在两侧梁端各布置20 个25cm×20cm 的橡胶垫块,取其厚度分别为0、2、4、6、8 cm，桥台处伸缩缝宽度保持为设计图纸的8cm，其中，0cm 代表无橡胶垫块缓冲，8cm 指橡胶垫块塞满梁台间的间隙。地震响应取0#台和1#墩的分析结果。

图3 梁端位移峰值变化

图4 墩底弯矩峰值变化

图5 梁端峰值碰撞力变化

图6 梁端位移时程

图7 墩底弯矩时程

图8 梁端碰撞力时程

图3-图5为三条地震波作用响应峰值变化，图6-8 为地震响应最大值RNS6911 地震波时程，综上可以看出：橡胶垫块厚度由0cm 增加到8cm 这个过程,梁端位移、墩底弯矩、梁端碰撞力均有降低；在不设置橡胶垫块和橡胶垫块厚度8cm 情况下，在3 条地震波作用下墩底弯矩峰值分别从295055 KN·m、264391 KN·m、341093 KN·m 降低到251674 KN·m、205370 KN·m、261048 KN·m，分别降低了14.7%、22.3%、23.4%。碰撞力的峰值分别从-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，分别降低了38.6%、40.2%、42.0%。由上述可知，橡胶垫块可以有效减小碰撞力与墩底弯矩以及梁端位移,但塞满梁台间隙在实际应用显然不可取，所以考虑橡胶垫块的厚度时需满足实际工程需要。

5 结论

1)在所选取的地震波作用下,随着橡胶垫块厚度地增加，产生在主梁和桥台间的碰撞力和墩底弯矩逐步下降,但碰撞次数变化不显著，在实际工程中可根据具体情况适当增加橡胶垫块厚度。

2)橡胶垫块减碰效果十分理想且便于工程实用。这可以为相似类型桥梁减碰措施的采用提供一定参考。