钢筋混凝土桥墩抗震性能研究

2017-04-09苏志彬

四川水泥 2017年1期

关键词：延性桥墩剪切

张帅苏志彬

(聊城大学建筑工程学院山东聊城 25200)

钢筋混凝土桥墩抗震性能研究

张帅苏志彬

(聊城大学建筑工程学院山东聊城 25200)

国内外近期发生了多次破坏性地震，如1994年美国Northridge地震、1995年日本Kobe地震、1999年我国台湾地震和2008年我国汶川大地震。地震灾害具有突发性、毁灭性和随机性等特点。地震，特别是特大地震，通常都会对桥墩产生严重破坏，致使桥梁发生坍塌。

钢筋混凝土桥墩；变形能力；桥墩抗震；剪切裂缝

强烈地震作用下，钢筋混凝土桥墩是桥梁结构中损坏构件，且对桥梁整体抗震能力至关重要。在轴力和水平反复荷载作用下，桥墩在地震中的主要破坏形式有三种：弯曲破坏，弯剪破坏和剪切破坏。由于钢筋混凝土桥墩发生破坏后，变形能力也将受损，特别是桥墩延性不好的情况下，容易出现倒塌、坍塌，难以修复。必须要尽力防止出现脆性剪切破坏、弯剪破坏。

1 钢筋混凝土桥墩抗震研究意义

开展钢筋混凝土桥墩抗震问题的研究对保障桥梁结构抗震安全和交通生命线的畅通，具有十分重要的意义，确保桥墩在大地震中具有较好的延性和耗能能力。地震过程本身是一个随机的过程,它发生的时间、地点和大小都具有明显的不确定性。地震发生时,由于受很多因素及效应的影响,并且场地各点的震动是随时间和空间变化的。而桥梁作为重要的社会基础设施之一,是抗震防灾、危机管理系统的一个重要组成部分,提高桥梁的抗震性能是减轻地震损失、加强区域安全的基本措施之一,是我国桥梁建设中所面临的重大课题。研究这一课题对于保障人民生命安全和财产安全具有重大意义，对于我国的桥梁设计也具有巨大的贡献。

2 钢筋混凝土桥墩破坏分析

造成桥梁地震灾害的主要原因是地震在发生的过程当中会释放出来巨大的能量,这种能量就会对周围的建筑物产生很多方面的影响。那么，它对于桥梁的破坏主要是体现在这样三个方面：

2.1 在较强地震发生的时侯,周围的地形地貌都会随着产生一个比较剧烈的变化有时候还会产生地裂和断层 ,这样的剧烈变化就会导致桥梁的结构难以抵抗地震所带来的巨大挤压力，从而导致桥梁本身的结构发生变形。

2.2 由于河床的砂土在这个过程当中出现了液化现象、桥梁的地基就很容易失效，这样就导致桥梁的墩台基础出现急剧下沉的现象或者是不均匀下沉的现象，这些都会造成对桥梁结构的破坏。

2.3 对于桥梁结构而言，地震荷载作用下桥梁的破坏程度主要由于下部的结构抗震能力而决定的，通常情况下是由于下部桥墩结构产生过大的位移而导致落梁，碰梁或者是由于在地震动反复荷载作用下桥墩本身产生过度破坏。

3 桥墩抗震设计方法的研究现状

桥墩抗震的设计方法也从地震经验中得到了不断的改进与发展，由起初的单一强度控制到强度、稳定性、位移的全面控制，到现在是多指标的结构性能控制，归纳起来，桥梁的抗震设计方法主要基于强度设计、基于位移设计、基于性能的抗震设计、基于能量设计以及能力抗震设计方法。

4 钢筋混凝土桥墩破坏类型

在总结国内外进行的桥墩抗震实验结果的基础上，分析了弯曲，剪切和弯剪破坏形态下桥墩的变形能力和主要影响因素。

4.1 剪切破坏

变形能力几乎为零，脆性破坏，斜方向剪切裂缝。剪切破坏是指桥墩的玩去破坏对应的抗剪承载能力Pb高于剪切破坏的承载能力Ps，桥墩的强度完全由剪切强度控制的破坏形式。破坏时以斜方向的剪切裂缝为主。剪切破坏是一种脆性破坏，塑性变形能力很差。

4.2 弯剪破坏

变形能力有限，有限延性。脆性破坏，弯曲水平裂缝，剪切斜裂缝。弯剪破坏是指由于弯曲损伤引起截面剪切能力下降，最终以剪切破坏的形式达到极限状态。与弯曲破坏相比，弯剪破坏的变形能力较差，从损伤到破坏之间的变形能力有限，是一种有限延性破坏破坏形态上同时含有弯曲水平裂缝和剪切斜裂缝，破坏时以剪切斜裂缝为主。

4.3 弯曲破坏

形成塑性铰，延性破坏，从屈服开始到损伤倒塌有较大幅度，弯曲破坏是指桥墩的弯曲破坏对应的抗剪承载能力Pb低于剪切破坏的承载能力Ps，桥墩强度由抗弯性能控制的破坏形态，在水平反复荷载作用下，由于构件的截面弯曲抵抗能力低，在损伤截面内形成塑性铰，产生较大的反复变形，从损伤开始到最终破坏之间的变形幅度很大，具有较好的变形能力在损伤发生以后由于塑性变形吸收地震能量及刚度下降而降低地震荷载的强度，从而避免桥梁在地震中发生彻底倒塌破坏。