轴压下钢筋混凝土桥墩塑性铰特性研究

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1、第35卷，第1期中国铁道科学VoI．35No．12014年1月CHINARAIIWAYSCIENCEJanuary，2014文章编号：1001—4632(2014)01—003408轴压下钢筋混凝土桥墩塑性铰特性研究李徐，钟铁毅，夏禾，王飞，顾正伟。(1．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044；2．吉林大学交通学院，吉林长春130021)摘要：通过2个大尺寸钢筋混凝土桥墩在轴下的水平低周往复加载试验，并结合混凝土压应变方法和艇于()penSEES的数值方法，研究钢筋混凝土桥墩的塑性铰特性，分析轴压对塑性1)(域长度及等效塑性铰长度的影响规律。结果表明：随轴压

2、的增大，桥墩截面受压区应变增大，桥墩发生塑性破坏区域的长度显著增加，既有规范按1．0倍的桥墩截面高度估计塑性区域长度在高轴压下偏于不安全，故建议当桥墩轴比超过0．2时，加密布筋的蠼性区域长度应增大至1．5倍的桥墩截面高度；随着轴压增大，桥墩位移延性的下降大于截面曲率延性下降的幅度，从而使等效塑性铰长度不断减小，因此在推导等效塑性铰长度时应考虑轴压的影响，以免在轴压较大时过高估计桥墩延性，带来安全隐患。关键词：钢筋混凝土桥墩；塑性区域长度；塑性铰长度；拟静力试验；延性中图分类号：U443．22文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4632．20

3、14．01．06结构或构件的延性定义为其在初始强度没有明度已知，墩顶位移可以简便地由曲率积分计算得显退化情况下的非弹性变形能力。在桥梁的延性抗到，因而准确估计等效塑性铰长度是塑性铰模型的震设计中，通常根据能力保护原理，使桥梁的桥墩关键。值得说明的是，等效塑性铰长度与需要加强底部在大震下发生期望的塑性变形，耗散地震能约束的塑性区域长度是两个不同概念，等效塑性铰量。集中塑性铰模型假定塑性曲率在指定长度(等长度是为了联系截面响应与结构响应而人为设定的效塑性铰长度)内按理想化模式分布，据此，可以计算参数值，而塑性区域长度则指墩底实际发生严方便建立钢筋混凝土桥墩截面延性与结构

4、延性的重塑性破坏的区域范围。联系。关于钢筋混凝土桥墩集中塑性铰模型较系统的塑性铰模型已被新西兰NZS规范l】]、美国研究工作是由Priestley和Park等完成的，他们基Caltrans规范L2l、日本JSCE规范l3]和中国《公路于试验提出了塑性区曲率简化分布模式，并推导给桥梁抗震细则》l4等桥梁抗震规范采纳，国内外众出了相应计算公式，其定义过程如图1所示【。7。学者根据试验及理论研究，提出了许多等效塑性铰水平荷载下悬臂墩及其墩身弯矩分布如图1长度建议公式，但不同公式问差异较大，且不能合(a)和图1(b)所示，当墩底截面达到极限状态理考虑轴压对塑性铰特性的影响。

5、本文通过2个大时，沿墩高的实际曲率分布如图1(C)所示，尺寸桥墩的拟静力试验和数值分析，研究轴压对塑Priestley和Park利用等效塑性铰长度对其进行简性区域长度及等效塑性铰长度的影响规律。化，假定该段范围内截面的塑性曲率恒等于墩底截面最大塑性曲率，如图1(e)，并按下式计算墩顶1集中塑性铰模型极限位移。r2△一+(一)(L一0．5l)(1)在已有众多桥墩响应分析方法中，集中塑性铰模型是应用最普遍的非线性模型。式中：L为墩高；j5为截面屈服曲率；．为截面极对于典型钢筋混凝土桥墩，如果等效塑性铰长限曲率；z为等效塑性铰长度。收稿日期：2O13O7—13；修订日期：

6、2013-11l5基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2008G010一A)；优秀博士生创新基金项目(2012YJ074)作者简介：李徐(1989)，男，江西九江人，博士研究生。第1期轴压下钢筋混凝土桥墩塑性铰特性研究一Priestley和Park对式(1)进一步简化得出曲由表1可以看出，众多等效塑性铰长度公式之率延性系数和位移延性系数的关系为间差异明显。根据集中塑性铰模型，由等效塑性铰，，长度计算的墩顶塑性位移应与按构件实际曲率分布一l+3(一1)f1—0．51(2)～～／积分计算的结果相等，因此理论上。应与柱高L式中：为桥墩顶端位移延性系数；为墩底截成比例，但

7、曲率分布并不在墩底终止如图1(d)面曲率延性系数。所示，由于黏结应力的存在，钢筋的应变会继续发展，深入到基础一部分，这会导致墩体产生附加转动变形，这一现象称为应变渗透L6～。表1中给出的恒亦ManderE，Park~，PriestleyE，BerryE。]和Zey—螯艇nep_11]基于各自试验结果给出的公式均考虑了墩高和应变渗透(体现为纵筋直径)这两部分的影响。弯矩众所周知，轴压会降低钢筋混凝土桥墩的延性(b)弯矩分布(c)曲率分布变形能力。但值得注意的是，在现有的成果中，要L粹么仅研究了轴压对截面性能的影响，要么仅研究了轴压对结构性能的影响，而鲜有研究是针对