钢筋混凝土桥梁结构横向塑性倒塌分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com186科技研究城市道桥与防洪2014年10月第10期钢筋混凝土桥梁结构横向塑性倒塌分析黄华(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司武汉分院，湖北武汉430077)摘要：通过将桥墩墩顶在单位水平向地震力作用下的变位分解为桥墩的弹性弯曲变位、基础平动产生的变位及基础转动产生的变位之和，将各墩用刚性的上部结构相连接，从而建立了桥梁横桥向抗震性能评估的塑性倒塌分析模型。通过计算对应于不同极限状态的结构等效弹性反应惯性力及等效地震加速度，对桥梁结构在地震作用下的安全性及抗震能力作出评价。关键词：桥梁结构；延性分析；塑性倒塌分析；抗震性能评估中圈分类号：U44

2、2．5*5文献标识码：A文章编号：1009—7716(2014)10-01'86—030引言1桥墩的荷载一变形关系及延性能力桥梁工程为生命线工程f一般指城市供水、供一般而言，桥墩承受单位水平向地震力作用电、供气、电信、交通等基础设施)之一，而其破坏时，其地震力中心处总变位可分解为桥墩自身弹造成震后救灾工作的巨大困难，使次生灾害加重。性弯曲变位1、由弹性基础平动产生的变位2以特别是对现代化城市，将影响生产的正常运转，导及转动产生的变位3。上述各项相对于地震力中致巨大的经济损失，因此，对桥梁结构进行抗震分心处的刚度分别为：析意义重大。对桥梁结构作抗震性能的全面评估，Ki=(i=1、2、3)

3、【4](1)DZ应包括纵向地震作用与横向地震作用下结构的抗震性能，目前常用的分析方法是采用非线性地震故地震力中心处桥墩等效刚度为：反应分析方法，并从能力设计原则对结构的抗震三．Ke=ll1(=1、2、3)(2)性能进行综合评价【l】。桥梁结构作为一个完整的受力体系，在地震式中：K2、K3可根据“m法”来计算确定；K1为桥作用下其破坏是从局部开始的，尤其是下部结构墩自身水平抗推刚度。的破坏会直接导致承载能力完全丧失后落梁、倒奇==寺()⋯塌等事故。对桥梁结构的抗震分析主要是对下部(<卿u)一墩柱抗震性能的研究，目前常用的分析方法包括=线弹性反应谱法、弹塑性动力时程分析法、等效静式中：My

4、、Mu为钢筋混凝土桥墩墩底截面屈服弯力分析法(Push—over)等。桥梁结构的塑性倒塌分矩、极限弯矩；tpy、为钢筋混凝土桥墩墩底截面析方法是近年来应用比较广泛的一种非线性塑性屈服曲率、极限曲率；Ay、Au为地震力中心处结构倒塌机理分析方法，通过分析结构的非线性变形的屈服位移、极限位移。Ay=咖；Au=+能力来评价它的抗震能力。塑性倒塌分析在对逐个桥墩进行塑性倒塌分析的基础上，将各墩用刚印(一)(一0．5)；^为墩底至地震力中心处的性的上部结构相连接，通过计算对应于不同极限高度；Lp为墩底等效塑性铰长度，一般按拟静力试状态(正常使用极限状态、结构最终极限状态)的验得到的经验公式计算。

5、等效弹性反应惯性力及地震加速度，再与设计反墩底截面的屈服(极限)弯矩、屈服(极限)曲应谱或桥址处的实际反应谱加速度进行比较，从率可采用专业软件UCFyber程序，将钢筋混凝土截而判断桥梁结构的安全性及抗震能力。该方法与面离散为一系列的纤维单元来进行弯矩曲率通常的非线性动力分析相比，具有计算简单、结果(P—M一)分析得到(见图1)。其中，约束混凝土的明确等优点。本构关系可采用Mander模型建立【1，钢筋取为理想弹塑性材料，采用理想双线型本构模型(Bilinear收稿日期：2014-05—20steelmode)。作者简介：黄华(1979一)，男，湖北荆州人，硕士，工程师，从事桥梁设计工

6、作。根据弯矩一曲率分析曲线，可以得到结构最大＼学兔兔www.xuetutu.com2014年l0月第10期城市道桥与防洪科技研究187则任一桥墩i地震力中心处位移为：一●=+=——一+—KKMui=1lMye各墩等效屈服地震荷载为毋，其中，DMy为第i墩的屈服位移；对应于结构体系的等效地震荷载为VF．=min(V)，结构体系质心位移研×，而此时地震加速度为：g，式中：W为体rr系的有效重量；g为重力加速度。(2)体系塑性工作阶段图1墩厩截面M--tp当体系进入塑性工作状态，因屈服后体系刚曲率延性系数，相应的，结构最大位移延性度中心不断变化，对体系进行倒塌分析时必须跟踪各墩刚度变化，不断

7、调整刚度中心及体系有效系数为。刚度。设在质心处作用地震荷载P时，第i+1号至‘II第号墩屈服，屈服刚度为。：。2塑性倒塌分析屈服后桥墩当产生西(．=1，⋯n)的位移时，相应产生的荷载为：根据上节确定的桥墩等效抗推刚度，将各墩E=Kj~一△)=(Kj"碍)△碍=+1，⋯n)用上部结构联系成整体，各墩简化成初始刚度与由结构体系平动内力平衡∑Z=0，可得：桥墩抗推刚度相同的弹簧进行塑性倒塌分析。图2为变形后的结构体系。P_∑(Kj一碍)△ZT=∑Kl