新型抗震挡的减震作用

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＋ ＋ ｋ ｘ一０
（ ｏ ）一 。
（ １ ）
｛ 【 （ ０ ） ＝ ＝ ＝ ０
解方 程 ： ｚ（ ￡ ） ＝Ａｅ ｘ ｐ （ 一
好的减隔震效果．
关
键
词 ：柔性抗震挡 ； 减震 隔震 ； 碰撞 刚度 ；初始 间隙
文献 标 志 码 ：Ａ
中图 分 类 号 ：Ｕ ４ ４ ２ ． ５
近年 来 ， 世 界 范 围 内多 次 强烈 地 震 的震 害 表 明， 因墩 梁相 对位移 过大 而产 生 的墩 梁错 位 ， 甚 至 落梁 ， 是 地震 中常见 的震 害［ １ ］ ． 为 了避 免落 梁等 灾 难 性损坏 的发 生 ， 国 内外 通常 的设计 方法 是 ， 在 桥
代表 碰撞 刚度 ， Ｃ 代 表 碰撞 过 程 中的能 量 损失 ， 假
初始 间 隙等对结 构 的地 震 响应 影 响 很 大 ， 研究 表
明， 碰撞力 随碰撞 刚度 的增 大而 增大 ， 随初 始 间隙 的增 大而 减小 ； 相反 ， 墩梁 相对 位移 随碰撞 刚度 的
定在 ｔ ＝０时 刻 发 生碰 撞 ， ｔ 。时刻 碰 撞 结 束 ， 建 立
第２ ５ 卷 第５ 期
２ ０ １ ３ 年 １ ０ 月
沈
阳 大 学 学 报
（ 自 然 科
学 版 ）
Ｖｏ １ ． ２ ５ ， Ｎｏ ． ５
Ｏｃ ｔ ． ２ Ｏ １ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ １ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ － ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ
第 ５期
王新 山等 ：新型 抗震挡 的 减震作 用
４ １ １
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圈 ２ 碰 撞 模 型 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｃｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ
文 章 编 号 ：２ ０ ９ ５ — ５ ４ ５ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ４ １ ０ － ０ ６
新 型 抗 震 挡 的 减 震 作 用
王新 山 ，潘 盛 山
（ 大连 理 工 大 学 建 设 工 程 学 部 ，辽 宁 大 连 １ １ ６ ０ ２ ３ ）
摘
要 ：针对 当前抗震挡多为刚性 ， 在地震作用下 ， 易与上部结 构发 生碰撞而产生脆性破坏这一情况 ， 提
构 与抗 震挡 块之 间 的碰 撞是结 构地 震反 应 中的一
个 不 可 忽视 的 因 素［ ５ 喵 ］ ． 当前 的研 究 结 果表 明 ， 挡 块 参 与 了整 个桥 梁 的地震 作 用 ， 对 桥 梁 整体 抗 震
性 能有 显著 影 响． 刚性 挡 块 与上 部 结 构 之 间 的碰
撞， 不 仅会造 成桥 梁局 部破 坏 ， 而 且会使 抗震 挡发 生脆 性 剪切 破 坏 ， 失 去 防落 梁 的功 能． 同时 ， 剧 烈
够有 效地 限制 墩梁 相对 位移 ， 防止 落梁 ， 并且 可 以
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ —０ ７
作 者 简 介 ：王 新 山 （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 山东 日照 人 ， 大连理工大学硕士研究生．
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图 １ 碰 撞 模 型 力一 位移 曲线
系统 的运 动方程 如下 ．
增大 而减 小 ， 随初始 间 隙的增大 而增 大＿ ６ ］ ． 有 关 文
献也 探讨 了减 轻 碰 撞 和 限 制 相 对 位 移 的措 施 及
方法 ．
本文 在既 有 的研 究 基 础上 ， 提 出一 种 新 型 柔 性减 震 隔震抗 震挡 ， 通过 选择合 理 的参数 ， 不仅 能
的碰撞 会增 加墩 的 内力 ， 增 加桥 墩 的延 性需 求． 另 外， 影 响挡 块碰 撞 作 用力 的 因素很 多 ， 碰 撞 刚度 、
梁 体是 刚体 ． 横 向挡块 与上部 结构 发生 碰撞 时 ， 碰 撞 模 型可 由设置 在横 向挡块 与上 部结构 之 间的连 接器来 定义 ． 如图 ２ 所示 ， ｍ 代表 上部结 构质 量 ， ｋ
初 始 间隙 ， ｋ为碰 撞 刚度 ． 一般 情 况 下 ， 桥 梁 上 部 结 构 的横 向刚度 远 大 于挡 块 的刚 度 ， 因此可 认 为
梁 构造措 施 中设置 防落 梁装置 ， 其中， 在 横桥 向采
用 设置 挡块 的抗 震 措 施 ＿ ２ ］ ． 国 内对 抗震 挡 块 的设
计， 相 关 规范 仅 把 挡块 作 为一 种 构造 措 施 ＿ ３ ］ ， 且 抗 震挡 块多 为 刚性 抗震 挡． 在 地震作 用 下 ， 桥梁 结
减震 耗能 ， 减小 由于 碰撞而 产生 的结构 内力 ．
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１ 碰撞模型及理论依 据
碰撞 现象 是一 种 高 度非 线 性 过 程 ， 通 常 可 用 接 触单元 进行 模拟 ， 其碰撞 过程 可分 为两 个 阶段 ： ① 当梁体 与墩 的相对 位 移 较 小 ， 不 与 挡块 发 生 碰 撞时 ， 接 触单元 不发 生作 用 ， 可 以认 为碰撞 刚度 为 零； ② 当墩 梁 相 对 位 移 较 大 时 ， 梁 体 与 墩 发 生 碰 撞， 此 时接触 单 元 发 挥作 用 ， 碰撞刚度为 ｋ ． 其 非 线 性 的力一 位移 曲线 可用 图 １ 来表示 ， 其中， ｄ 。 为
出一 种具有耗 能减震作用 的柔性抗 震挡 ， 并建 立 了碰 撞模 型 ， 探 讨 了碰 撞力 与碰撞 刚度 和阻尼 比之 间的关
系． 同时 ， 选取一座双层三跨连续梁桥进行 有 限元 计算研 究． 结 果表 明： 随着碰撞 刚度 的不断增 大 ， 碰撞力也 随之增大 ， 墩梁相对位移相应减小 ， 但通过设置合理 的碰撞 刚度 、 初始 间隙等参数 ， 新型抗震挡 就可 以取得 良