张宇

（重庆市设计院 重庆 400015）

本文主要分析桥梁结构接触面碰撞存在的主要问题，围绕着防止桥梁碰撞造成的较大损失，研究桥梁结构地震碰撞效应的试验方法，总结桥梁地震防范理论，达到优化桥梁结构和提高防落梁有效性的目标。

1 桥梁结构碰撞的主要原理分析

1.1 接触面碰撞的主要问题

桥梁结构接触面碰撞问题主要有以下两个方面：①在桥梁设计时不规范，相邻桥跨的结构没能测算出合理值，设计人员没能充分的分析相邻跨的数据，没能有效的避免相邻跨的共振情况，在防碰撞试验时没能考虑桩土情况。地震是造成落梁的主要原因在，地震通常会造成桥墩弯矩变小情况。应当保证刚性地基桥跨的碰撞承受力相比于柔性地基桥跨承受力大。②针对软土地基情况设置新型的位移模式，针对硬场地上的桥跨空间变化情况，相邻跨基频比较为相近，这样也提高了最小伸缩缝宽度要求。

1.2 相邻跨地震碰撞理论

可以利用4自由度的模型对双边棒碰撞的影响进行分析，也可以利用较为简单的2自由度模型对自由碰撞进行研究，从而达到发现桥梁框架的运动特点，桥梁的地面运动规律，以及对桥梁框架进行控制办法。可以根据16m或32m跨度的调整铁路桥梁作为案例，分别设计2跨或4跨不等的平面计算模型，把桥梁的塑性体系与结构参数进行对比分析，得出的数据可以用于非弹性结构最大位移或弹性结构的最大位移测算。具体可以通过调整结构参数与塑性体之间关系，表明非弹性结构最大位移和弹性结构碰撞资料情况。还要对多跨混凝土的碰撞效应进行分析，从而有效控制墩顶位移的效果。

但是对较短的桥墩其受到碰撞比较长的桥墩力度大，碰撞不会对两个桥墩的缩缝宽度造成较大影响，减少碰撞对伸缩缝的影响，需要采用科学的调节办法。

1.3 接触碰撞分析方法

接触碰撞分析方法主要采用恢复系数法、接触单元法和拉格朗日乘子法。接触面碰撞测试主要采用三种方法，目前常的是恢复系数法，在复杂情况下可能采用基础单元法，这样有助于细化碰撞分析的各种因素，拉格朗日乘子法也是当前较为常见的测试方式。恢复系数法是传统的处置方法，主要根据能量守恒定律的两个质点进行碰撞分析，然后根据碰撞速度情况对碰撞模型的表现进行判断，复系数法算法较为简单，物理量清晰，可以通过计算快速得到碰撞参数。其余两种方法可以提高参数的精准性，适用于复杂的桥梁碰撞工程测试，但是测试的过程复杂，操作的周期较长。接触单元法主要采用点对点的测试方法，碰撞分析法演示了两个相邻跨碰撞的过程，这个碰撞过程的接触单元需要弹簧和阻尼器构成，主要运用弹簧来模拟接触单元的钢度情况，用阻尼器来模拟碰撞时的能量变化，在碰撞试验时主要采用线性弹簧模拟法，也可以采用非线性弹簧测试，这样可以降低测试复杂性，但是测试的精准性有待提高。拉格朗日乘子法主要依造接触约束条件来求解碰撞问题，它主要将拉格朗日乘子引入接触碰撞当中，提高了碰撞测试的精准性，但是算法的复杂性大，算法的精度低，求解过程较为复杂，求解时受到不可控因素的干扰多。

2 桥梁防落梁的主要措施

2.1 安装缓冲材料

通过碰撞试验得到了桥梁接触碰撞的关键位置，应当在接触位置适当的安装缓冲材料，例如，安装连接杆、阻尼器或者加装硬橡胶缓冲垫，这样可以达到提高缓冲有效性，防止落梁碰撞造成较大的损害。首先，连接杆和阻尼器的安装应当防止连接管刚度过大情况，以及减少阻尼过高的情况，这样才能达到有效防落梁的目标。其次，应当把上部结构建成连续的体系，采用科学的方法方式使梁体从温度和混凝土收缩方面产生较大的内力，进而防止出现严重影响梁体的问题。地震发生时主要会影响桥梁的运动空间，这时需要对桥梁结构的变化情况进行体制，重点防止桥梁出现塑性变形，减少地震对防止压碎装置的冲击，做到有效消耗梁体振动的能量消耗，例如，可以安装橡胶缓冲垫，还可以优化桥底与临梁碰撞力，从而达到运用液体油缸阻尼器防止冲击传播的效果。

2.2 防止落梁的措施

伸缩缝技术对于防止落梁有重要的价值，使用伸缩缝技术的关键在于计算好具体的防落梁的支承位置，这样才能保证桥梁有足够的搭接长度。由于桥梁各支承点的震动较小，桥梁阵型结构有较大羞，还要采用先进的边梁，对在施工时固定好支座，对固定支座的受与滑动支座的位置进行判断。首先，合理的确定装置的使用数量，根据相邻跨对装置的使用数量情况进行假想设定。其次，对约束系统的位移情况进行计算，对限位装置中的应力进行验算，并且将其控制在弹性的范围空间内。

表1 桥梁防落梁装置的基本构成要素

2.3 调节桥梁缝宽度

为了达到有效避免因地震造成的桥梁塌落问题，在梁塌落时避免发生碰撞，可以采用控制相邻桥梁结构的方法，保证相邻结构留有足够大的间隙。相关学者的研究认为，间隙之间产生的碰撞力越小，碰撞产生的力度最大，间隙小时碰撞的次数过大，其碰撞的力量相对较小。缝隙之间的距离对碰撞的破坏程度有较大的影响。应当保证缝隙之间间距足够大，这样对结构产生的影响相对较小，当缝隙之间的距离不大不小时，对桥墩受力带来的影响也相应较大。如果桥梁的桥缝过宽，伸缩缝两侧梁体之间会出现独立震动的情况，进而大量的震动能量被吸收，从而使地震带来的震动有效减少。适当的增加伸缩缝的宽度，会在一定程度上减轻梁体之间的碰撞，桥梁的伸缩缝如果过小，对梁中的温度应力的释放过程会受到一定的影响，应当根据桥梁碰撞试验得出的结构合理的确定桥梁的缝宽度，保证桥梁缝宽度在控制桥梁碰撞力方面的作用。

3 结论

桥梁结构的地震碰撞问题直接关系到桥梁的稳定性，对桥梁地震碰撞的原因与带来的影响情况进行分析，可以达到提高桥梁控制有效性目标。碰撞原因的分析对于提高防落梁质量的有重要的意义，桥梁碰撞的主要原因在于超出间隙范围，造成了伸缩缝过大，桥梁结构主要问题在于相邻跨刚度问题，桥梁跨的质量问题也是造成桥梁问题落梁重要原因在，由于地震的强度不同，因此导致碰撞的原因是多样的，还有桩木之间关系的影响，还要控制好相邻桥梁之间间隙，保证间隙处在可控范围内，从而达到有效防止桥梁落梁情况的出现。