09-李凯文——桩墩配筋率比对桥梁结构塑性区开展的影响研究.pdfVIP

桩墩配筋率比对桥梁结构塑性区开展的影响研究 1 1 1 李凯文 ，宋 波 ，钟珉 （1. 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083） 摘 要： 本文采用弹塑性纤维单元模型，针对某连续梁桥桥墩及桩基础进行了考虑桩-土动力相互作用的非线性地震反应分析， 分析了不同类型地震动作用下桥墩及桩基础的动力响应，重点研究了不同桩墩配筋率比对结构的塑性区开展程度及动力响应 的影响。结果表明，随着桩墩配筋率比的改变，桩基础和桥墩的反应塑性率呈现出不同反应趋势，桩墩配筋率比的大小对桥 梁结构的塑性区开展有显著影响，当桩墩配筋率比接近 1，桩基能受较大的地震动且处于弹性阶段；桥墩的配筋率的大小不 仅桥墩塑性区开展有显著影响，而且对桩基的影响较大，在桥梁设计中应合理的控制桩墩配筋率比值。此外，不同类型的地 震波对群桩基础桥墩结构的动力响应程度不同，长周期地震波对结构的影响最大，内陆直下型地震波次之，板块边界型地震 波最小。 关键词 ： 桥梁结构；地震动；塑性区；配筋率；桩土相互作用 引言 大型桥梁墩柱通常位于水下或土中，尤其对于埋入土中的桩基来讲，地震反应过程中形成的塑性区一 1 般不宜被发现的特点， 因此研究桩基和桥墩的破坏与损伤规律对于大型桥梁抗震设计具有重要的意义。例 1999 3 5 如，在 年日本的阪神地震中，日本土木学会对阪神 号和 号高速公路桥梁破坏情况进行了统计，约 一半以上桩基需要进行修复，且桩基检测和修复较为困难，这对灾后重建和经济的发展产生严重影响，因 此在桥梁抗震设计中也需要合理控制塑性铰区的产生部位和发展过程。在选择塑性耗能机制时，应尽可能 使预期的塑性区发生在易于检查和修复的部位。 由于配筋率直接影响到结构的塑性区开展情况，因此，配筋率对桥梁抗震性能的影响成为了国内外学 者研究热点，如 Watson[1]等利用约束混凝土的 Mander 模型对截面弯矩曲率进行了数值回归分析，提出了 墩柱曲率与钢筋用量之间的计算公式。Chang 和 Mander[2]给出了等效塑性铰长度的力学计算模型，开发了 [3] Watson 钢筋混凝土桥墩非线性分析程序。刘庆华 利用近似 的方法，从理论上探讨分析了钢筋混凝土柱曲 [4] S- 率延性与配筋率之间的关系。王丽欣 等通过低周反复荷载试验，研究了分别采用普通复合箍筋和新型 Clip 筋的桥墩柱的抗震性能，发现箍筋的配筋率、配筋方法能影响到纵向钢筋性能和钢筋混凝土结构的损 [5] 伤情况。李方元 等分析了多种剪跨比与不同配箍率、不同腹板纵向普通钢筋配筋率及不同竖向预应力对 箱梁截面抗剪承载力的影响，发现改变腹板纵向普通钢筋和箍筋的配筋率，对构件的承载力和破坏形态的 [6] 影响不明显。付玉辉 发现由于我国规范要求的塑性铰区最低约束箍筋用量较低，在相同配筋条件下，我 [7] 国规范计算得出桥墩抗剪能力值较国外规范要低。卓卫东 等根据不同试验的研究成和非线性回归分析， 提出了一种新的延性桥墩塑性铰区范围最低约束箍筋用量的计算公式。 但是在以往的研究中，学者们主要集中在针对塑性铰理论的推导和计算，而关于配筋率对塑性区的影 响也只进行了单一构件的分析，对于桩基与桥墩纵向钢筋配筋率的比值对桥梁结构塑性区的开展影响研究 较为少有。本文定义桩基截面纵向钢筋配筋率与桥墩截面纵向钢筋配筋率比值为桩墩配筋率比。在既有研 究的基础上，本文利用桥梁结构通用有限元分析软件，以公路桥梁中常见的连续桥梁为工程背景，建立连 续桥梁的群桩基础桥墩模型，分析结构在不同类型地震波作用下的弹塑性地震反应，通过变换桩基和墩柱 配筋率比，重点研究不同桩墩配筋率比的群桩基础桥墩体系塑性区开展程度的变化趋势，以期为桥梁抗震 设计以及抗震性能评价提供参考。 基金项目：国家自然科