考虑刚度退化的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法

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1、第32卷，第3期中国铁道科学Vo1．32No．32011年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay，2011文章编号：1001—4632(2011)03—004106考虑刚度退化的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法卢明奇，杨庆山，杨娜(北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：根据已有试验结果，得到适用于铁路低配筋混凝土桥墩的荷载位移双折线模型。选取4类场地的320条实际地震记录，利用该双折线模型研究4类场地的强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数变化的规律。结果表明：在考虑桥墩屈服后刚度退化的情况下，强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数的增

2、大而降低，说明低配筋混凝土桥墩屈服后的刚度退化越大，桥墩对地震的强度需求越大。通过对4类场地强度折减系数谱的统计分析，给出考虑刚度退化的三折线型强度折减系数谱以及据此的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法。关键词：混凝土桥墩；低配筋；刚度退化；刚度折减系数；强度折减系数谱；抗震性能；评估方法中图分类号：U443．22：U442．55文献标识码：A我国《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—表1铁路低配筋混凝土桥墩试验模型参数2006)[1中规定钢筋混凝土桥墩主筋全截面配筋率不应小于0．5，箍筋不小于主筋配筋率的1／4，且不小于0．3，以满足延性设计的要求。但是，目前仍

3、有大量已建铁路桥梁桥墩仅配有少量护面钢筋，截面配筋率低于规范要求，这些铁路桥墩截面延性较差，在地震作用下易于破坏。有必要对上述低配筋混凝土桥墩的抗震性能进行评估，以便对其进行加固处理。目前对铁路混凝土桥墩抗震性能的45研究_2]主要是通过试验方法从桥墩抗震性能即自4。身能力的角度进行探讨，而对低配筋混凝土桥墩的35抗震评估方法研究较少。本文进行铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法研究。翼：3：曩。1铁路低配筋混凝土桥墩荷载位移曲15线模型l。5文献E4]对铁路低配筋昆凝土桥墩模型进行203O4O5O6O7O8O了低周反复加载试验，在试验中考虑了不同配筋位移／mm率、配箍

4、率和剪跨比对其抗震性能的影响作用，试试验模型荷载位移曲线验桥墩模型的主要参数见表1。本文根据文献[4]试验结果绘制了不同配筋率和配箍率试件的荷载位由图1可见，其荷载位移曲线均可近似表示为移曲线，如图1所示。图2所示的双折线模型。图2中，K为低配筋混凝收稿日期：2010—1l13；修订日期：2011-03—05基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51008013)；山东省交通科技计划项目(2009Y007)；北京交通大学基本科研业务费专项基金资助项目(2009JBM060)作者介绍：卢明奇(1978一一)，男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，博士。42中国铁道科学

5、第32卷土桥墩初始刚度；Ot为刚度折减系数；P，△和与《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—2OO6)△分别为屈服力、屈服位移和极限位移；y为极相符的IⅣ类场地各8O条，合计320条地震记限状态时荷载下降系数。录，根据不同场地类型，计算其动力放大系数谱P曲线并进行统计平均，将得到的平均谱曲线与《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006)中的设计谱曲线进行比较，如图3所示。可见选取的4类场地地震动记录特性符合我国规范要求。2．2强度折减系数谱本文用上述选取的不同场地的320条地震记录，采用图2所示的荷载位移双折线模型考虑刚度和强度退化，计算4类场的强度折减

6、系数谱，计算中刚度折减系数口分别取0．05，0．1，0．2和0．4，阻尼比取5，得到图4所示不同场地的平均强度折减系数谱。由图4可见，强度折减系数谱值随着a增大而降低，说明低配筋混凝土桥墩的屈服后图2低配筋混凝土桥墩荷载位移双折线模型刚度退化越大，桥墩对地震的强度需求将增大。图5给出了周期分别为0．2，2．0和3．0S，阻由图2可得桥墩的极限位移尼比为5时不同场地平均强度折减系数与a的△一△4-一4-(1)关系曲线。由图5可见，不同场地的平均强度折减桥墩的位移延性系数系数R随0／的增大而减小；周期越长，R值越大；当a较小时，不同周期的R差别较大，当a较大一一14-(

7、2)。△a时，不同周期的R差别不大。根据《铁路工程抗震设计规范》(GB50111—为方便实际工程应用，本文根据计算得到的42006)，建议取荷载下降至0．8倍最大抗力作为破类场地不同刚度折减系数a下的平均强度折减系数坏抗力，即当达到极限位移△时对应的荷载谱，提出了图6所示的3折线型强度折减系数谱。(1—7)P==：0．8Py，所以)，可取为0．2。通过统计回归，得到了不同场地条件、a≤0．4情况下图6中控制点A，B和c的坐标，见表2，其2铁路低配筋混凝土桥墩强度折减系中为场地特征周期。数谱3铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方强度折减系数反映了结构在地震作用下的强度法