大跨度連續(xù)梁橋的延性抗震分析

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1、2013年8月第8期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)85大跨度連續(xù)梁橋的延性抗震分析王文欣1,2，肖杰，楊立坡。，劉博海。(1．同濟(jì)大學(xué)，上海市200092；2．天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市300051)摘要：該文闡述了某大跨度連續(xù)橋的延性抗震分析。通過對強(qiáng)震區(qū)的某大跨連續(xù)梁的固定墩采用彈塑性減震耗能裝置，可以有效地減小固定墩承受的巨大的水平剪力。在此基礎(chǔ)上，對墩柱進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)，并分析比較不同因素對結(jié)構(gòu)延性的影響。結(jié)果表明，考慮墩柱的延性可以有效地降低墩柱底部彎矩。配箍率和軸壓比對墩柱的延性系數(shù)影響較明顯，而縱向主筋的配筋率減低，屈服和極限曲率均會降低，對延性系數(shù)的影響較小。關(guān)鍵

2、詞：橋梁工程；大跨度連續(xù)梁橋；延性抗震設(shè)計(jì)；非線性時(shí)程分析中圖分類號：U442．5+5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009—7716(2013)08—0085一o4地震分析方法與縱向分析相同。該橋?yàn)?100+1600引言+100)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋?qū)挒閺?qiáng)度破壞準(zhǔn)則是應(yīng)用最廣的傳統(tǒng)的破壞準(zhǔn)17．25m，采用直腹板單箱單室截面，主跨支點(diǎn)處梁則，不管是基于容許應(yīng)力法還是基于承載能力極高9．5m，跨中梁高3．5m，梁底按1．8次拋物線變限狀態(tài)法的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都需要應(yīng)用這個(gè)準(zhǔn)則。但研化。究者在實(shí)際地震中觀察到，強(qiáng)度不足不一定總是對橋梁進(jìn)行50a超越概率分別為10％(相當(dāng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒

3、塌，甚至不一定嚴(yán)重破壞；實(shí)際上，只于El荷載)和2％(相當(dāng)于E2荷載)地震分析。加要結(jié)構(gòu)的初始強(qiáng)度能夠基本維持，不出現(xiàn)因非彈速度時(shí)程曲線(見圖1、圖2)均由地震部門給出，性變形的加劇而導(dǎo)致強(qiáng)度的過度下降(文獻(xiàn)[2】規(guī)其中50a的2％和10％超越概率地震加速度時(shí)程定構(gòu)件在經(jīng)歷反復(fù)彈塑形變形循環(huán)時(shí)，抗力下降曲線均分別提供了3條，限于篇幅，均只給出1條不超過初始抗力的20％)，那么結(jié)構(gòu)就能在地震中樣本曲線，下面分析根據(jù)圖1和圖2所示的地震幸存，而且震后通常只需要花少量的費(fèi)用即可修波對結(jié)構(gòu)的作用。復(fù)。加速度／塒-2延性抗震設(shè)計(jì)方法基于上述思想，采用變形I．51破壞準(zhǔn)則，即規(guī)定一個(gè)容許的

4、最大變形為破壞界0．50限值，并要求結(jié)構(gòu)的最大位移反應(yīng)不超過這個(gè)限—0．5值。該破壞準(zhǔn)則的形式如下：一l-1．5≤(1)—2051Ol520253035加從變形的角度看，地震造成結(jié)構(gòu)破壞的原因圖150al0％超越概率設(shè)計(jì)地面水平向加速度時(shí)程曲線圖不外乎兩類：一類是地震動激起的結(jié)構(gòu)位移超過加速度，m·s。結(jié)構(gòu)的變形能力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度急劇3r———r1—r_r—一?——?——?下降并很快倒塌；另一類是地震動激起結(jié)構(gòu)反復(fù)彈塑形變形循環(huán)，結(jié)構(gòu)因損傷累積和低周疲勞效應(yīng)而破壞。應(yīng)當(dāng)指出，如果延性結(jié)構(gòu)按照上式所示的變形破壞準(zhǔn)則進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的，則上述兩類破壞情況在預(yù)期的地震動下都不可

5、能發(fā)生。rf，l。時(shí)問／8—l——————一一一一??一l02030405060701橋梁結(jié)構(gòu)形式及計(jì)算參數(shù)圖250a2％超越概翠設(shè)計(jì)地面水平向加速度肘程曲線圈現(xiàn)對某工程大跨連續(xù)梁橋進(jìn)行上述地震分采用SAP2000對橋梁進(jìn)行空間桿系單元建析。限于篇幅，本文僅給出縱向地震的分析，橫向模，墩柱通過承臺與各樁之間均采用剛性約束連接；樁土之間考慮水平相互作用，樁土之間土彈簧收稿日期：2013一o4—16作者簡介：王文欣(1975一)，男，天津人，高級工程師，從事橋剛度由M法求解。橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型見圖3所梁工程設(shè)計(jì)與研究工作。示，圖3中25#墩為固定墩。86橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪201

6、3年8月第8期滑動支座的初始剛度。在SAP2000里，彈塑性減震耗能裝置和滑動摩擦支座均采用wen彈塑性連接單元來模擬。2延性抗震設(shè)計(jì)方法如前所述，結(jié)構(gòu)在偶遇地震E2作用下，結(jié)構(gòu)允許發(fā)生部分破壞，但經(jīng)過表面修復(fù)后，仍然可以達(dá)到正常使用的臨界狀態(tài)。在此狀態(tài)下，保護(hù)層混凝土可以發(fā)生嚴(yán)重剝落，但不允許發(fā)生橫向約束圖3連續(xù)梁有限兀模型鋼筋的斷裂和縱向鋼筋的壓潰屈曲，核心混凝土橋梁在抗震設(shè)計(jì)時(shí)采用彈塑性減隔震裝置方要保持完整。可以說，橫向鋼筋開始發(fā)生斷裂是橋案，即在固定墩處設(shè)置固定盆式支座和彈塑性阻梁墩柱可修復(fù)與否的臨界條件。對于有橫向箍筋尼器并聯(lián)使用的裝置；橋梁遭受地震力時(shí)，當(dāng)?shù)卣鸺s束

7、的混凝土，其混凝土極限壓應(yīng)變可以達(dá)到力大于固定支座最大水平抵抗力時(shí)，固定支座水0．012～0．05之間，為無約束混凝土極限壓應(yīng)變設(shè)計(jì)平約束失效，轉(zhuǎn)為由彈塑性耗能裝置抵抗縱向水值(0．003)的4到16倍，這樣可以充分利用鋼筋較平地震力，并有效限制墩梁間的相對位移，見圖4大的屈服應(yīng)變，使得結(jié)構(gòu)有較大的塑性轉(zhuǎn)動，從而所示。國內(nèi)外試驗(yàn)表明，彈塑性減震耗能裝置的滯達(dá)到結(jié)構(gòu)耗能的目的。文獻(xiàn)【1】和文獻(xiàn)【4】均規(guī)定：回曲線均可以用雙線性模式來表示，見圖5所示。一u=004十(4)在式(4)中，為約束鋼筋