摘 要：针对地震作用下大跨径斜拉桥碰撞响应特点，基于主引桥周期比不一致而表现出的动力特性差异，建立大跨斜拉桥三维有限元数值模型，采用非线性时程法分析主桥与引桥碰撞对全桥结构地震反应的影响。研究结果表明：不同周期比的相邻梁体，在地震动作用下产生的碰撞效应不同。引桥单边碰撞对桥梁结构的碰撞反应影响差别很大，与地震波的输入方向相关，但碰撞对相邻周期比大于0.6的斜拉桥与引桥的碰撞效应影响幅度比较小。
关键词：地震 梁桥 伸缩缝 碰撞响应 地震波
中图分类号：U442.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）03（a）-0000-00
桥梁结构的碰撞问题作为影响桥梁结构地震反应和抗震性能的一个重要因素[1-2]，究其原因可认为是桥墩及基础平面挠曲振动在墩顶的位移超过梁间伸缩缝宽度造成。而地震能量在土-桥传递过程受介质差异会造成桥梁地震响应特征值的不同，具体表现为周期比和梁墩刚度等不一致而表现出的动力特性差异。王军文等[1]对相邻梁体的周期比、基本周期大小、相邻联的质量比、伸缩缝间隙大小以及墩柱的弹塑性等因素进行了分析，但仅对于结构形式较简单的梁桥分析，没有考虑大跨径斜拉桥结构特点对碰撞响应的影响。邓玉林等[5]提出主引桥极易发生碰撞，碰撞不仅会产生很大的撞击，而且使引桥地震力需求、引桥梁端位移以及引桥梁体搭接长度需求有较大增长，但没有考虑主引桥周期比这一影响地震碰撞反应的主要因素。针对以上情况，本文主要分析地震作用下伸缩缝处碰撞响应对大跨径斜拉桥地震反应的影响规律。
1 计算模型
计算模型中主桥为双塔面漂浮体系斜拉桥，其跨径布置为45+67+416+67+45m，引桥为4×40m等截面预应力混凝土箱梁结构。建立由桥面、隔离减震支座和墩身组成的结构动力简化模型。将每联都简化为单自由度振子，伸缩缝间隙均为gp。
为了模拟相邻联非同向振动导致伸缩处的碰撞， 采用接触单元模拟伸缩缝。碰撞刚度取较短主梁纵向刚度，恢复系数 取为1.0。接触单元的非线性力—位移关系为：
式中，d为伸缩缝初始间隙，xs为伸缩缝处相邻联梁体的相对位移， 为接触刚度。系统受到同样的地震加速度，忽略沿桥梁纵向的地震动空间变化。混凝土结构的阻尼比取5%。三维有限元分析模型如图1所示。
2 地震波输入
本文选取表1的6条地震波作为纵向地震输入荷载工况，横向地震荷载取纵向地震荷载的0.85，竖向地震荷载取纵向地震荷载的0.65，并将每条地震波的加速度峰值调整到0.2g。
3 碰撞对结构地震反应的影响
记Mp和Mn分别为考虑碰撞与不考虑碰撞时的弯矩，Dp和Dn为考虑碰撞与不考虑碰撞时的位移峰值。图2为左塔顶位移峰值比。从图2可以看出：左引桥单边碰撞使得塔顶位移增大，在T1/T2=0.3（引桥与主桥严重不同向振动）时，使得左塔顶位移峰值达到最大值，增大幅度为84.2%，在T1/T2﹥0.4逐渐趋于稳定
图3为主桥左塔塔根弯矩峰值比。从图3可以看出：左引桥单边碰撞使得左塔根和右塔根处弯矩均增大；在周期比为0.9时对左塔根处的弯矩增大比较大，增大幅度为17.6%
图4为主桥主梁碰撞端位移峰值比，从图4中可以看出：左引桥单边碰撞使得主桥左端、跨中和右端位移均增大，在T1/T2=0.5时达到最大，分别增大39.1%、35.2%和38.7%，随着周期比的增大，碰撞效应有所减弱并逐渐趋于稳定。
4 结论
（1）单边碰撞对桥梁结构的地震反应影响与地震波输入方向有关系，地震波先经过的桥跨结构所引发的碰撞效应更明显。
（2）单边碰撞情况下，在周期比T1/T2﹥0.6时，随着周期比的增大，碰撞对桥梁结构的位移以及主桥桥塔塔根处弯矩的影响逐渐减小并趋于稳定。
（3）在进行桥梁抗震设计时，引桥与斜拉桥的周期比大于0.6为宜。
参考文献
[1]王军文，李建中，范立础.连续梁桥纵向地震碰撞反应参数研究[J].中国公路学报，2005，18（4）：42-47.
[2]周光伟，李建中，陈昌萍，等.行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析[J].世界地震工程.2012，28，（4）：51-57.
[3]陈学喜，朱晞，高学奎.地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析[J].中国铁道科学，2005，26（6）：75-79.
[4]邓育林，彭天波，李建中.强震作用下大跨斜拉桥伸縮缝处碰撞效应的影响研究[J].振动与冲击，2011，30（6）：26-35.
[5]高玉峰.考虑碰撞效应的桥梁非线性地震反应特性研究[D].成都：西南交通大学，2007.