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1、#工程结构#钢筋混凝土桥墩弹塑性地震反应分析尹永兵(兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070)摘要通过对实际工程的建模分析,研究两不同墩高的钢筋混凝土桥墩弹塑性地震特性,并对地震反应分析结果作出相应的比较,加深对地震动作用下的桥梁结构动力特性和破坏方式的认识,为桥梁设计中弹塑性计算提供一定的方法和借鉴。关键词钢筋混凝土;桥墩;弹塑性;地震反应分析;塑性铰+中图分类号U44255文献标识码A77地震动强度的不确定性使一般结构物可能在强震中进顺桥向
2、转动弹簧为3932!10kN/m,3584!10kN/m,横77入弹塑性变形阶段,构件截面应力超过屈服强度,材料的应桥向转动弹簧为5808!10kN/m,5053!10kN/m。图1力-应变关系进入弹塑性范围,使结构的动力特性发生变为采用集中质量模型和承台底弹簧的桥墩计算简图,k11和化,所以对重要桥梁须进行弹塑性设计,通过提高结构极限k22分别为平动弹簧和转动弹簧刚度。变形能力,避免结构在罕遇地震中倒塌。采用子空间迭代法对两混凝土实体桥墩进行自振特性弹塑性地震反应分析是弹塑性设计方法的基础,本文根分析。表1列
3、出两桥墩部分模态的自振周期、振型描述。据弹塑性设计基本理论,结合材料的非线性力学性能,分别对表1混凝土实体桥墩自振特性汇总高矮两种桥墩进行罕遇地震下的弹塑性时程反应分析,并对h=6mh=25m振型结果作比较分析。分析采用有限元分析程序MIDAS进行。f(Hz)T(s)f(Hz)T(s)129220342082412141计算模型的选取23714026910860921本文选用圆端形混凝土实体桥墩,墩高为6m和25m,315769006358940170两墩为32m简支梁桥固定墩,顶帽和承
4、台为矩形,尺寸为416961005978270128250cm!560cm,570cm!640cm。托盘上下截面及墩顶为5368520027138560072圆端形,尺寸为:210cm!330cm,210cm!170cm,顶帽高50cm,托盘高140cm,墩身坡率42:1,承台高250cm,4根桩3时程反应分析的桩径为125cm,纵横桩距为340cm和410cm。桩长为195m和265m。墩身和桩均采用C30混凝土;墩身设置以前述桥墩为例进行弹塑性时程反应分析,采用三条50HRB335钢筋,墩
5、底截面配筋率05%;箍筋为12HRB335钢年超越概率为2%的人工地震波作为地震动输入。图2,图3筋,间距20cm。桩基础设置HRB335钢筋,配筋率04%;地基和图4为基于我国铁路抗震规范反应谱,结合上述场地特比例系数m和m取40000kPa/m2;土层平均内摩擦角33∀,征,人工合成的三条罕遇地震加速度时程曲线,地震加速度0所处桥址处场地特征周期Tg=04s,地面地震动峰值加速度峰值038g,地震持时2048s。007g,加速度反应谱曲线中动力放大系数最大值m=225。2动力特性计算动力特性
6、分析采用空间梁单元模拟。支座顶施加临跨集中质量5228t。考虑桩基础和地基对结构的作用,承台底顺桥向和横桥向平图2加速度峰值038g人工合成第一条地震波动及转动自由度采用平[收稿日期]2007-07-28图1桥墩计算简图动弹簧和转动弹簧约束,弹簧刚度采用m法计算。两桥墩顺桥向平动弹簧系数为[作者简介]尹永兵(1979~),男,在读硕士研究生,研66究方向:桥梁隧道。2315!10kN/m,横桥向平动弹簧系数为2161!10kN/m。130四川建筑第27卷5期200710#工程结构#支座顶施加临跨集
7、中质量5228t。弹塑性时程分析结果如表3和表4所示。图3加速度峰值038g人工合成第二条地震波图6h=6m桥墩墩底截面骨架曲线图4加速度峰值038g人工合成第三条地震波弹塑性时程反应时墩底塑性铰区采用武田三线性弯矩-曲率滞回模型,按等能量法将其墩底截面弯矩-曲率关系转化为骨架曲线,相应结点的弯矩-曲率取值列于表2中。图5~图8为相应全过程曲线和骨架曲线图。图7h=25m桥墩墩底截面弯矩-曲率曲线图5h=6m桥墩墩底截面弯矩-曲率曲线墩底等效塑性铰长度按经验公式lp=(05+005H/B)B算出
8、。式中H为墩高;B为地震作用方向墩底截面高度。两桥墩塑性铰长度顺桥向为1493m和2895m,横桥向2343m和3745m。桩基础和地基对结构的作用以地基弹簧施加于承台底,弹簧刚度取值与动力特性分析模型相同。图8h=25m桥墩墩底截面骨架曲线表2钢筋混凝土实体墩墩底截面弯矩-曲率骨架曲线开裂弯矩开裂曲率屈服弯矩屈服曲率
