張宇

（重慶市設(shè)計(jì)院 重慶 400015）

本文主要分析橋梁結(jié)構(gòu)接觸面碰撞存在的主要問題，圍繞著防止橋梁碰撞造成的較大損失，研究橋梁結(jié)構(gòu)地震碰撞效應(yīng)的試驗(yàn)方法，總結(jié)橋梁地震防范理論，達(dá)到優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)和提高防落梁有效性的目標(biāo)。

1 橋梁結(jié)構(gòu)碰撞的主要原理分析

1.1 接觸面碰撞的主要問題

橋梁結(jié)構(gòu)接觸面碰撞問題主要有以下兩個(gè)方面：①在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)不規(guī)范，相鄰橋跨的結(jié)構(gòu)沒能測(cè)算出合理值，設(shè)計(jì)人員沒能充分的分析相鄰跨的數(shù)據(jù)，沒能有效的避免相鄰跨的共振情況，在防碰撞試驗(yàn)時(shí)沒能考慮樁土情況。地震是造成落梁的主要原因在，地震通常會(huì)造成橋墩彎矩變小情況。應(yīng)當(dāng)保證剛性地基橋跨的碰撞承受力相比于柔性地基橋跨承受力大。②針對(duì)軟土地基情況設(shè)置新型的位移模式，針對(duì)硬場(chǎng)地上的橋跨空間變化情況，相鄰跨基頻比較為相近，這樣也提高了最小伸縮縫寬度要求。

1.2 相鄰跨地震碰撞理論

可以利用4自由度的模型對(duì)雙邊棒碰撞的影響進(jìn)行分析，也可以利用較為簡(jiǎn)單的2自由度模型對(duì)自由碰撞進(jìn)行研究，從而達(dá)到發(fā)現(xiàn)橋梁框架的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，橋梁的地面運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及對(duì)橋梁框架進(jìn)行控制辦法?？梢愿鶕?jù)16m或32m跨度的調(diào)整鐵路橋梁作為案例，分別設(shè)計(jì)2跨或4跨不等的平面計(jì)算模型，把橋梁的塑性體系與結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出的數(shù)據(jù)可以用于非彈性結(jié)構(gòu)最大位移或彈性結(jié)構(gòu)的最大位移測(cè)算。具體可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)與塑性體之間關(guān)系，表明非彈性結(jié)構(gòu)最大位移和彈性結(jié)構(gòu)碰撞資料情況。還要對(duì)多跨混凝土的碰撞效應(yīng)進(jìn)行分析，從而有效控制墩頂位移的效果。

但是對(duì)較短的橋墩其受到碰撞比較長(zhǎng)的橋墩力度大，碰撞不會(huì)對(duì)兩個(gè)橋墩的縮縫寬度造成較大影響，減少碰撞對(duì)伸縮縫的影響，需要采用科學(xué)的調(diào)節(jié)辦法。

1.3 接觸碰撞分析方法

接觸碰撞分析方法主要采用恢復(fù)系數(shù)法、接觸單元法和拉格朗日乘子法。接觸面碰撞測(cè)試主要采用三種方法，目前常的是恢復(fù)系數(shù)法，在復(fù)雜情況下可能采用基礎(chǔ)單元法，這樣有助于細(xì)化碰撞分析的各種因素，拉格朗日乘子法也是當(dāng)前較為常見的測(cè)試方式?；謴?fù)系數(shù)法是傳統(tǒng)的處置方法，主要根據(jù)能量守恒定律的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行碰撞分析，然后根據(jù)碰撞速度情況對(duì)碰撞模型的表現(xiàn)進(jìn)行判斷，復(fù)系數(shù)法算法較為簡(jiǎn)單，物理量清晰，可以通過計(jì)算快速得到碰撞參數(shù)。其余兩種方法可以提高參數(shù)的精準(zhǔn)性，適用于復(fù)雜的橋梁碰撞工程測(cè)試，但是測(cè)試的過程復(fù)雜，操作的周期較長(zhǎng)。接觸單元法主要采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的測(cè)試方法，碰撞分析法演示了兩個(gè)相鄰跨碰撞的過程，這個(gè)碰撞過程的接觸單元需要彈簧和阻尼器構(gòu)成，主要運(yùn)用彈簧來(lái)模擬接觸單元的鋼度情況，用阻尼器來(lái)模擬碰撞時(shí)的能量變化，在碰撞試驗(yàn)時(shí)主要采用線性彈簧模擬法，也可以采用非線性彈簧測(cè)試，這樣可以降低測(cè)試復(fù)雜性，但是測(cè)試的精準(zhǔn)性有待提高。拉格朗日乘子法主要依造接觸約束條件來(lái)求解碰撞問題，它主要將拉格朗日乘子引入接觸碰撞當(dāng)中，提高了碰撞測(cè)試的精準(zhǔn)性，但是算法的復(fù)雜性大，算法的精度低，求解過程較為復(fù)雜，求解時(shí)受到不可控因素的干擾多。

2 橋梁防落梁的主要措施

2.1 安裝緩沖材料

通過碰撞試驗(yàn)得到了橋梁接觸碰撞的關(guān)鍵位置，應(yīng)當(dāng)在接觸位置適當(dāng)?shù)陌惭b緩沖材料，例如，安裝連接桿、阻尼器或者加裝硬橡膠緩沖墊，這樣可以達(dá)到提高緩沖有效性，防止落梁碰撞造成較大的損害。首先，連接桿和阻尼器的安裝應(yīng)當(dāng)防止連接管剛度過大情況，以及減少阻尼過高的情況，這樣才能達(dá)到有效防落梁的目標(biāo)。其次，應(yīng)當(dāng)把上部結(jié)構(gòu)建成連續(xù)的體系，采用科學(xué)的方法方式使梁體從溫度和混凝土收縮方面產(chǎn)生較大的內(nèi)力，進(jìn)而防止出現(xiàn)嚴(yán)重影響梁體的問題。地震發(fā)生時(shí)主要會(huì)影響橋梁的運(yùn)動(dòng)空間，這時(shí)需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的變化情況進(jìn)行體制，重點(diǎn)防止橋梁出現(xiàn)塑性變形，減少地震對(duì)防止壓碎裝置的沖擊，做到有效消耗梁體振動(dòng)的能量消耗，例如，可以安裝橡膠緩沖墊，還可以優(yōu)化橋底與臨梁碰撞力，從而達(dá)到運(yùn)用液體油缸阻尼器防止沖擊傳播的效果。

2.2 防止落梁的措施

伸縮縫技術(shù)對(duì)于防止落梁有重要的價(jià)值，使用伸縮縫技術(shù)的關(guān)鍵在于計(jì)算好具體的防落梁的支承位置，這樣才能保證橋梁有足夠的搭接長(zhǎng)度。由于橋梁各支承點(diǎn)的震動(dòng)較小，橋梁陣型結(jié)構(gòu)有較大羞，還要采用先進(jìn)的邊梁，對(duì)在施工時(shí)固定好支座，對(duì)固定支座的受與滑動(dòng)支座的位置進(jìn)行判斷。首先，合理的確定裝置的使用數(shù)量，根據(jù)相鄰跨對(duì)裝置的使用數(shù)量情況進(jìn)行假想設(shè)定。其次，對(duì)約束系統(tǒng)的位移情況進(jìn)行計(jì)算，對(duì)限位裝置中的應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，并且將其控制在彈性的范圍空間內(nèi)。

表1 橋梁防落梁裝置的基本構(gòu)成要素

2.3 調(diào)節(jié)橋梁縫寬度

為了達(dá)到有效避免因地震造成的橋梁塌落問題，在梁塌落時(shí)避免發(fā)生碰撞，可以采用控制相鄰橋梁結(jié)構(gòu)的方法，保證相鄰結(jié)構(gòu)留有足夠大的間隙。相關(guān)學(xué)者的研究認(rèn)為，間隙之間產(chǎn)生的碰撞力越小，碰撞產(chǎn)生的力度最大，間隙小時(shí)碰撞的次數(shù)過大，其碰撞的力量相對(duì)較小。縫隙之間的距離對(duì)碰撞的破壞程度有較大的影響。應(yīng)當(dāng)保證縫隙之間間距足夠大，這樣對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響相對(duì)較小，當(dāng)縫隙之間的距離不大不小時(shí)，對(duì)橋墩受力帶來(lái)的影響也相應(yīng)較大。如果橋梁的橋縫過寬，伸縮縫兩側(cè)梁體之間會(huì)出現(xiàn)獨(dú)立震動(dòng)的情況，進(jìn)而大量的震動(dòng)能量被吸收，從而使地震帶來(lái)的震動(dòng)有效減少。適當(dāng)?shù)脑黾由炜s縫的寬度，會(huì)在一定程度上減輕梁體之間的碰撞，橋梁的伸縮縫如果過小，對(duì)梁中的溫度應(yīng)力的釋放過程會(huì)受到一定的影響，應(yīng)當(dāng)根據(jù)橋梁碰撞試驗(yàn)得出的結(jié)構(gòu)合理的確定橋梁的縫寬度，保證橋梁縫寬度在控制橋梁碰撞力方面的作用。

3 結(jié)論

橋梁結(jié)構(gòu)的地震碰撞問題直接關(guān)系到橋梁的穩(wěn)定性，對(duì)橋梁地震碰撞的原因與帶來(lái)的影響情況進(jìn)行分析，可以達(dá)到提高橋梁控制有效性目標(biāo)。碰撞原因的分析對(duì)于提高防落梁質(zhì)量的有重要的意義，橋梁碰撞的主要原因在于超出間隙范圍，造成了伸縮縫過大，橋梁結(jié)構(gòu)主要問題在于相鄰跨剛度問題，橋梁跨的質(zhì)量問題也是造成橋梁?jiǎn)栴}落梁重要原因在，由于地震的強(qiáng)度不同，因此導(dǎo)致碰撞的原因是多樣的，還有樁木之間關(guān)系的影響，還要控制好相鄰橋梁之間間隙，保證間隙處在可控范圍內(nèi)，從而達(dá)到有效防止橋梁落梁情況的出現(xiàn)。