关键词:
高墩大跨连续刚构桥
地震响应
碰撞效应
OpenSees
参数分析
摘要:
随着我国基础设施建设力度加大,更多的公路、铁路延伸至西部地区,高墩大跨连续刚构桥梁以其跨越高山、深谷的独特优势,广泛应用于西部公路建设中。然而,西部地区地震频发,这也给高墩大跨桥梁设计带来不小的困难和挑战。结合既往的震害表明,高墩大跨连续刚构桥相邻梁体间易出现碰撞破坏。碰撞是高度非线性的行为,且在模拟过程中伴随的影响因素众多。因此,本文结合已有的研究基础,以我国西部地区典型高墩大跨连续刚构桥-多联引桥为研究对象,考虑梁体间的碰撞效应,分析碰撞行为对桥梁结构的影响,总结一般性规律。主要研究内容如下:(1)总结国内外高墩大跨连续刚构桥的抗震研究现状,并重点关注伸缩缝间梁体的碰撞效应研究,且数值模拟的过程中考虑水对结构的作用,总结动水压力的研究现状,为进一步的研究工作奠定基础。(2)以我国西南地区某典型高墩连续刚构桥-多联引桥为工程背景,利用Open Sees有限元软件,建立全桥的有限元分析模型;输入地震波,并考虑主桥墩、主桥两侧过渡墩的流固耦合效应以及墩柱的非线性。结果表明,考虑水对结构的作用,地震响应明显,尤其是空心墩内外部均有水的工况下,流固耦合效应更为明显。(3)考虑梁体间碰撞效应,在伸缩缝处设置碰撞单元,进行全桥模型的碰撞地震响应分析。结果表明,考虑伸缩缝处碰撞效应对主桥墩的受力有利,表现为:主墩墩顶、墩底的弯矩、剪力均有相应的减小;过渡墩墩顶、墩底的弯矩、剪力无明显变化;碰撞会对各过渡墩处的支座位移产生较大影响,并增加引桥过渡墩落梁的可能性。(4)结合碰撞分析的结果,选取碰撞刚度和初始间隙进行参数分析。结果表明,碰撞刚度的变化会显著改变各伸缩缝处的碰撞力,且碰撞力峰值随碰撞刚度的增大而增大;碰撞刚度变化对主桥墩的受力影响较小;碰撞刚度的增大会显著增大支座顺桥向的位移,尤其是对右联引桥各过渡墩支座及右桥台支座的顺桥向位移影响较大,会增大落梁风险。初始间隙的变化会影响各伸缩缝处的碰撞力,且碰撞力峰值随初始间隙的增大均有减小的趋势;初始间隙变化对主桥墩的受力影响较小;初始间隙过小会显著增大支座顺桥向的正向位移,尤其是对右联引桥各过渡墩支座及右桥台支座的正向位移影响较大。最后根据所得规律对碰撞刚度和初始间隙的设计值提供一定的建议。