设有限位墩的典型长联梁桥抗震性能分析
发布时间：2020-03-05 02:38
【摘要】：我国现存大量梁式桥,而梁桥在近几次大地震中均出落梁现象,对梁的有效控制是桥梁抗震的关键问题之一。从国内外震害来看,限位墩是解决梁桥落梁现象的有效手段。以设有限位墩的典型长梁为研究对象,运用有限元分析手段,通过分别考虑主梁碰撞、联数不同、联长不同等因素来分析桥梁的动力响应。结果表明:碰撞对桥梁结构的动力响应影响很大,设计如果不考虑碰撞作用,可能引起结构的不安全。联数和联长的增加也使最大墩梁相对位移有所增加,但当联数增加到6联以上时,最大相对位移基本不变,此时限位墩限制位移作用达到极限状态。
【图文】：
芊裨诙嗔?的长桥中的某一联或几联中设置一个墩，提高其刚度，使其具有抗震制动作用，即“限位墩”。主要作用是在地震作用下，减少主梁的移动空间，，可弥补弱连接支座对主梁约束较差的弱点，减小墩梁相对位移，降低落梁的风险。1．2限位墩作用机理限位墩可看成是“缩斜的桥台，其形式与一般桥墩类似，但比一般桥墩要“强壮”。限位墩将一个长联桥分割为多个小的桥段，而限位墩承接各个桥联段。在地震作用下，除承受地震弯矩和剪力外，限位墩上的支座能够为各个联桥段提供更大的位移空间，而这是普通墩所无法提供的(图1)。图1限位墩作用机理Fig．1Mechanismofrestrainerpier图1(a)～(c)为未设计限位墩情况。地震中，各个伸缩缝之间互相挤压〔图1(b)〕，如果相对位移超过限制就可能发生落梁〔图1(c)〕。而设置了限位墩的情况时〔图1(d)〕，位移在限位墩上得到释放，且由于各个桥联段内桥墩变少，使累积到限位墩上位移也变小，从而减小落梁震害。2有限元模拟参数设定针对目前高烈度地区常用的中小跨径长联桥，笔者采用主梁跨径25～35m的各参数均相同的T型梁。桥墩采用双柱圆墩［12］，其参数如表1。桥墩和主梁分别采用C30和C50混凝土。伸缩缝间隙大小均为7cm。表1跨径25～35m结构具体参数Table1Specificparametersofspanwith25～35mstructurecm跨径梁高马蹄高柱截面250017525150300020030160350022535170盖梁高盖梁宽系梁150200100×120160200100×130170220110×1402重庆交通大学学报(自然科学版)第36卷
图2为长桥简略示意。图2中，编号从小到大为正方向，反之则为反方向。有限元分析时，梁柱采用通用梁单元，主梁不考虑非线性性质，支座则需加以考虑［13］。笔者重点是考虑主梁碰撞等对落梁的影响，因此桥墩模型只考虑线性。图2长桥简略示意Fig．2Briefsketchofthelongbridge2．1支座模拟伸缩缝处支座采用四氟滑板橡胶支座，其他处支座采用板式橡胶支座［14］。支座滞回曲线模型如图3。有限元中，用非线性连接弹簧单元模拟支座作用。支座的滑动水平临界力Fcr与竖向最大支撑力N之间的关系可用式(1)表达。Fcr=μN(1)式中:μ为接触面摩擦力。图3支座滞回曲线模型Fig．3Hystereticcurvemodelofsupport2．2伸缩缝碰撞单元模拟桥梁伸缩缝除能满足一般功能变形外［15］，还能减少地震中主梁之间的碰撞，但也是桥梁抗震的薄弱环节。接触单元模型简单表示为在相邻的主梁间设有一个间隙和一个弹簧，同时也可能包含阻尼器。单元接触模型的运动方程如式(2):Mx··+cx·+kx=0x=u1－u2－gpM=m1m2m1+m2(2)式中:x为相邻单元的相对位移;M为等效质量;m1、m2分别为碰撞梁体的质量;u1、u2分别为梁体位移;gp为伸缩缝间隙。笔者采用碰撞单元进行模拟，选择主梁刚度作为压缩刚度，碰撞单元如图4，参数如表2。图4伸缩缝碰撞单元有限元模型Fig．4Finiteelementmodelofcollisionelementofexpansionjoints表2碰撞单元刚度Table2Stiffnessofcollisionelement跨长/m单梁横截面面积/m2弹性模量/(kN·m－2)刚度/(kN·m－1)250．774300．838350．902345×104534×104482×104445×1042．3限位墩模拟限
本文编号：2584896
【图文】：
芊裨诙嗔?的长桥中的某一联或几联中设置一个墩，提高其刚度，使其具有抗震制动作用，即“限位墩”。主要作用是在地震作用下，减少主梁的移动空间，，可弥补弱连接支座对主梁约束较差的弱点，减小墩梁相对位移，降低落梁的风险。1．2限位墩作用机理限位墩可看成是“缩斜的桥台，其形式与一般桥墩类似，但比一般桥墩要“强壮”。限位墩将一个长联桥分割为多个小的桥段，而限位墩承接各个桥联段。在地震作用下，除承受地震弯矩和剪力外，限位墩上的支座能够为各个联桥段提供更大的位移空间，而这是普通墩所无法提供的(图1)。图1限位墩作用机理Fig．1Mechanismofrestrainerpier图1(a)～(c)为未设计限位墩情况。地震中，各个伸缩缝之间互相挤压〔图1(b)〕，如果相对位移超过限制就可能发生落梁〔图1(c)〕。而设置了限位墩的情况时〔图1(d)〕，位移在限位墩上得到释放，且由于各个桥联段内桥墩变少，使累积到限位墩上位移也变小，从而减小落梁震害。2有限元模拟参数设定针对目前高烈度地区常用的中小跨径长联桥，笔者采用主梁跨径25～35m的各参数均相同的T型梁。桥墩采用双柱圆墩［12］，其参数如表1。桥墩和主梁分别采用C30和C50混凝土。伸缩缝间隙大小均为7cm。表1跨径25～35m结构具体参数Table1Specificparametersofspanwith25～35mstructurecm跨径梁高马蹄高柱截面250017525150300020030160350022535170盖梁高盖梁宽系梁150200100×120160200100×130170220110×1402重庆交通大学学报(自然科学版)第36卷
图2为长桥简略示意。图2中，编号从小到大为正方向，反之则为反方向。有限元分析时，梁柱采用通用梁单元，主梁不考虑非线性性质，支座则需加以考虑［13］。笔者重点是考虑主梁碰撞等对落梁的影响，因此桥墩模型只考虑线性。图2长桥简略示意Fig．2Briefsketchofthelongbridge2．1支座模拟伸缩缝处支座采用四氟滑板橡胶支座，其他处支座采用板式橡胶支座［14］。支座滞回曲线模型如图3。有限元中，用非线性连接弹簧单元模拟支座作用。支座的滑动水平临界力Fcr与竖向最大支撑力N之间的关系可用式(1)表达。Fcr=μN(1)式中:μ为接触面摩擦力。图3支座滞回曲线模型Fig．3Hystereticcurvemodelofsupport2．2伸缩缝碰撞单元模拟桥梁伸缩缝除能满足一般功能变形外［15］，还能减少地震中主梁之间的碰撞，但也是桥梁抗震的薄弱环节。接触单元模型简单表示为在相邻的主梁间设有一个间隙和一个弹簧，同时也可能包含阻尼器。单元接触模型的运动方程如式(2):Mx··+cx·+kx=0x=u1－u2－gpM=m1m2m1+m2(2)式中:x为相邻单元的相对位移;M为等效质量;m1、m2分别为碰撞梁体的质量;u1、u2分别为梁体位移;gp为伸缩缝间隙。笔者采用碰撞单元进行模拟，选择主梁刚度作为压缩刚度，碰撞单元如图4，参数如表2。图4伸缩缝碰撞单元有限元模型Fig．4Finiteelementmodelofcollisionelementofexpansionjoints表2碰撞单元刚度Table2Stiffnessofcollisionelement跨长/m单梁横截面面积/m2弹性模量/(kN·m－2)刚度/(kN·m－1)250．774300．838350．902345×104534×104482×104445×1042．3限位墩模拟限
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