山区桥梁桥墩抗震性能探析.doc

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1、山区桥梁桥墩抗震性能探析【摘要】以贵州山区某高速桥梁为例，围绕山区桥梁高墩的抗震性能评价展开研究，并针对山区中常见的薄壁墩和圆柱墩，进行抗震性能对比，分析了抗震设计中的困难。【关键词】山区高墩；抗震分析；抗震性能评价1背景分析目前，对高墩桥梁进行地震反应分析主要以规范公式法和静力推倒分析法为主。对于桥墩抗震性能的评价，JTG/TB02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》【1】并没有给出量化的计算方法，只是提出了两水准设防、两阶段设计的抗震设计理念。实际发生破坏性地震时，虽结构未倒塌，但因损伤过大，造成的经济损失往往超出建设单位的承受能力。

2、针对以上问题，本文尝试引入量化指标对桥墩抗震性能进行评估，可作为社会经济性评价参考。本文研究分析山区桥梁中普遍存在的柱式墩、薄壁墩，指出了其在高烈度地震下可能会出现非设计的预期结果，并从构造措施上给出了优化抗震建议。2典型山区高墩桥梁本桥是贵州山区某高速上1座非常典型的高墩桥梁，上构为40m预制T梁，单向2车道，桥宽12.25m，全桥共3联：2×（3×40m）+4×40m；上部结构采用结构连续T梁。本地区场地类型为Ⅱ类，地震参数为抗震设防烈度7度，地震动峰值加速度0.15g。墩高分为空心薄壁墩（6.5m×3.0m，壁厚0.5m，墩身主筋HRB

3、500D32）和双柱式墩，该类桥墩均为贵州山区非常常见的桥墩。全桥下构共9个桥墩，1～5#和9#墩为圆柱墩，直径2m；6～8#墩为6.5m×3.0m空心薄壁墩；3#、6#为分联墩；7～9#墩梁固结；1～9#墩高分别为：13.5m、27.2m、17.1m、11.9m、27.4m、56.2m、67.1m、59.8m、33.3m。3动力特性4学海无涯动力特性是抗震性能评价的基础，本桥考虑X方向（纵桥向）和Y方向（横桥向）各35阶的模态。对结构进行模态分析，X、Y方向有效参与质量合计分别为92.85%、93.24%，纵桥向和横桥向均获得了90%以上的

4、参与质量，可满足规范要求。前5阶振型频率分别为0.32Hz、0.39Hz、0.4Hz、0.43Hz、0.62Hz，周期分别为：3.11s、2.53s、2.48s、2.29s、1.60s，前5阶振型描述分别为：全桥纵向振动、全桥纵向振动、全桥横向振动并有扭转、全桥纵向振动、全桥横向振动并有扭转。山区桥梁桥墩一般都比较高，纵向刚度较柔，可从全桥的动力特性分析得出纵向与横向刚度的差异。通过以上分析可知，本桥桥墩普遍较高，桥墩较柔，因而自振频率较低；1～2阶振型皆为纵向，说明本桥纵向刚度小于横向刚度；横向振型中出现扭转，以第三联最为明显，是第三联桥墩

5、刚度差异过于明显所致。4桥墩抗震性能评价在基于性能抗震的设计理论中，现行规范并没有在这方面有明确的量化指标要求，一般情况下可用来衡量性能的参数有：变形、承载力、延性、曲率、阻尼比、有效刚度、能量等。本文采用墩顶延位移性系数和墩顶位移角2个指标来评定桥墩抗震性能。墩顶延性位移系数定义为在地震荷载作用下，墩顶的最大位移与桥墩墩身首次进入屈服状态时墩顶位移的比值，即u=um/uy。对于常规的桥墩构件，悬臂墩或框架墩的纵桥向计算在墩底截面刚刚屈服时，可认为曲率沿墩高线性分析，可得到墩顶屈服位移uy=（1/3）准yH2，其中，H为墩高；准y为桥墩的屈服

6、曲率，可由桥墩的弯矩-曲率曲线得到，对于框架墩横桥向屈服位移需要做pushover分析得出。本文位移角可定义为墩顶位移与墩高的比值。综合参考文献【2，3】，对位移延性系数定义为完好（0，1]、基本完好（1，1.2]、轻微破坏（1.2，3]、中等破坏（3，4]、严重破坏（4，6]5类性能水准，位移角限值定义为完好1/500、正常使用1/400、修复后使用1/175、生命安全1/100、防倒塌1/505类性能水准。本桥墩高超30m为非规则桥梁，地震分析方法运用MIDASCIVIL软件采用时程分析。由贵州省地震局工程地震研究中心、武汉地震工程研究院

7、有限公司提供的3组时程波计算（按100a超越概率10%水平向峰值加速度），计算结果取3组的最4学海无涯大值。时程分析墩顶位移见表1。从时程分析结果来看，不同的抗震性能评价指标反映的结论并不完全一致。本桥的位移延性系数指标均可满足完好指标，但位移角却存在不同的评价，总体上都能满足修复后使用要求。由于现行抗震规范并没有在桥墩抗震性能评价指标上有具体的规定，所以需要综合多种指标来评价分析，并确保每项指标都能满足最低目标性能要求。从桥墩类型抗震性能角度分析，空心薄壁墩比圆柱墩的延性更好，其变形为弯曲破坏，能消耗大量的地震能量，圆柱墩如果墩身过矮则有可

8、能发生剪切破坏，这不是期望的破坏结果。圆柱墩抗震性能不仅与墩高有关，还与上部构件连接的边界条件有关，并且同一联不同刚度桥墩还会相互影响，但是，总趋势是墩身较高的圆墩