框架式鋼管混凝土橋墩非線性地震反應(yīng)分析

常 山，朱東生，何發(fā)禮

(1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶400074;2.成都城投基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司，四川成都610015)

0 引言

將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)用作橋梁的墩柱，近年來在日本使用較多，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:能夠充分發(fā)揮鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強度大的優(yōu)勢;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工簡單、快捷;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的延性;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)濟效益顯著;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能好［1］。

1995年的日本阪神地震發(fā)生后，由于地震區(qū)大量的鋼筋混凝土橋墩和鋼橋墩的毀壞，廣大科研工作者開始探索新的橋墩結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土橋墩具有良好的抗震性能［2］。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)諸多優(yōu)良的力學(xué)性能和綜合經(jīng)濟效益使得其成為橋墩設(shè)計的一個理想選擇，并已在國外得到了廣泛應(yīng)用［3］。T.Kitada［4］綜述了日本1998年之前關(guān)于鋼管混凝土橋墩承載能力、強度方面的研究成果;S.Tamai，等［5］采用鋼套筒對鐵路橋梁橋墩進行抗震加固方面的研究;M.Bruneau，等［6］討論了鋼管混凝土橋墩的抗震設(shè)計方法，并總結(jié)比較了AISC LRFD、CAN/CSA-S16和Eurocode 4等3種設(shè)計規(guī)范在計算鋼管混凝土壓彎構(gòu)件承載力時的區(qū)別，并將計算值與試驗結(jié)果進行了對比，結(jié)果表明上述3種設(shè)計規(guī)范偏于保守，進而提出了一個更為合理的承載力計算公式，該公式已被AISC LRFD、CAN/CSA-S16的修訂版采納;J.Marson，等［7］完成了4個圓鋼管混凝土橋墩的擬靜力試驗，分析了鋼管混凝土橋墩與基礎(chǔ)的連接。

目前，國內(nèi)對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究也逐漸興起，如王占飛，等［8］對部分填充的鋼管混凝土橋墩抗震性能進行了數(shù)值分析，在確定數(shù)值分析與實驗數(shù)據(jù)吻合的基礎(chǔ)上，指出了鋼管徑厚比和橋墩柱長細比對填充圓形鋼管混凝土柱的變形和能量吸收的影響程度，以及填充混凝土高度對鋼管局部變形發(fā)展位置的影響;劉晶波，等［9］采用不同的截面本構(gòu)模型，建立組合梁結(jié)構(gòu)的彈塑性分析模型，對一個15層的鋼混凝土組合梁-方鋼管混凝土柱框架結(jié)構(gòu)開展了多遇地震﹑罕遇地震下的pushover分析;臧華，等［10］為研究鋼管混凝土橋墩的抗震性能，對鋼管混凝土橋墩和鋼筋混凝土橋墩進行了擬靜力對比試驗研究。

以往的研究多是采用試驗的方法對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能進行分析，且多數(shù)研究主要集中于基本構(gòu)件力學(xué)性能研究。而對框架式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系，目前動力方面試驗研究很少，而理論方面的研究更少［11］。

筆者對框架式鋼管混凝土橋墩進行順橋向非線性時程地震反應(yīng)分析，計算模型中橋墩立柱與橫梁都采用纖維單元模擬。采用框架式鋼管混凝土橋墩，主要是由于框架柱以受壓為主，這對于鋼管混凝土構(gòu)件來說，能更好的發(fā)揮其良好的受壓性能，有較好的抗震效果。目前，國內(nèi)的“亞洲第一高墩”——臘八斤特大橋10號橋墩就是采用了鋼管混凝土組合柱的結(jié)構(gòu)形式。由此可見，框架式鋼管混凝土橋墩應(yīng)用于實際工程是可行的。

1 計算模型及輸入的地震波

目前國內(nèi)尚沒有框架式鋼管混凝土橋墩的應(yīng)用實例。在我國公路橋梁中，大多數(shù)橋梁為預(yù)制安裝的中小跨徑梁橋，其跨徑多數(shù)在25～40 m之間。一般情況下，高速公路上單幅橋的主梁重量大約為200 kN/m，跨徑40 m時，一跨上部結(jié)構(gòu)總重約為8 000 kN。在高烈度地震區(qū)，當墩高超過40 m時，公路橋梁橋墩多采用鋼筋混凝土空心薄壁墩。

根據(jù)上述國內(nèi)橋梁常用的設(shè)計方案，筆者參考某高速公路中的實際橋梁工程，擬定了所要研究的框架式鋼管混凝土橋墩的基本形式及主要參數(shù)。框架式鋼管混凝土橋墩由4肢鋼管混凝土立柱組成，4肢立柱由水平橫梁連接，立柱間距沿橫橋向6 m，順橋向2.5 m，橫梁間距5 m，橋墩高50 m。墩頂集中質(zhì)量為800 t，分別設(shè)置在4肢立柱頂點，即墩頂4個角點各200 t。橫梁采用1 000 mm×10 mm空心圓形鋼管，分為是否內(nèi)填混凝土兩種形式，立柱采用內(nèi)填混凝土的1 200 mm×24 mm圓形鋼管。結(jié)構(gòu)主要材料均選用普通強度材料，立柱采用C30混凝土，抗壓強度標準值為20.1 N/mm2，鋼管及橫梁均采用Q235，屈服強度為235 N/mm2，立柱與橫梁采用固結(jié)方式。

為比較研究框架式鋼管混凝土橋墩的抗震性能，采用目前實際工程常用的空心薄壁墩作為對比，該空心薄壁墩墩高50 m，橫橋向6 m，順橋向2.5 m，墩頂質(zhì)量 800 t，壁厚 0.5 m。材料同樣采用C30混凝土與Q235鋼材，圖1為框架式鋼管混凝土橋墩和空心薄壁墩的計算模型。之所以選擇這兩類橋墩進行對比研究分析，主要是因為空心薄壁墩是目前采用比較廣泛的橋墩形式，按照擬定的設(shè)計方案，這兩類橋墩自身基頻比較接近，也就是說在相同的地震波激勵下，作用在兩類橋墩的加速度大小接近，具有可比性。框架式鋼管混凝土橋墩與空心薄壁墩相比，有著自身的優(yōu)勢:橋墩鋼管可以分段在工廠制作，現(xiàn)場逐段拼裝，鋼管還是澆筑混凝土的模板，施工簡便，能縮短施工周期。這種施工方式適應(yīng)現(xiàn)代施工技術(shù)工業(yè)化需求，符合土木工程施工的發(fā)展趨勢。雖然鋼管混凝土橋墩的用鋼量稍多于鋼筋混凝土橋墩，但隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展，鋼材價格的相對降低，人工成本的快速上漲，鋼管混凝土橋墩的綜合優(yōu)勢還是顯著的。

圖1 計算模型Fig.1 Calculating model of the piers

1.1 單元模型

對橋墩進行動力時程分析時，選擇基于平截面假定的纖維單元，采用纖維單元主要是因為框架式鋼管混凝土橋墩立柱的軸力變化比較明顯，纖維單元基于材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進行計算，通過纖維的劃分，可以模擬桿件壓彎耦合情況下中性軸的移動，特別是軸力變化對構(gòu)件力位移關(guān)系的影響。故建立計算模型時采用纖維單元。圖2為橋墩立柱的鋼管和混凝土纖維的劃分方式。

圖2 立柱截面纖維劃分Fig.2 Sketch of column cross section meshing

1.2 地震波的選擇

計算時選擇了3條地震波，一條為汶川地震波(編號W 1)，其峰值加速度為0.304 8 g，一條為中硬場地條件下的地震波Northrige 0 DEG(編號W 2)，其峰值加速度為0.370 3 g，第3條為中軟場地條件下的地震波EL Centro 180 DEG(編號W 3)，其峰值加速度為0.214 2 g。之所以選擇這幾條地震波，主要是因為這幾條波所反映的場地條件與工程中常見的場地條件相似。3條波的加速度反應(yīng)譜見圖3。為比較方便，計算時將3條波的加速度峰值均調(diào)整為0.51 g，相當于文獻［12］中0.3 g地區(qū)的 E2 地震情況。

圖3 地震動加速度反應(yīng)譜Fig.3 Response spectrum curves of earthquake waves

2 動力特性

對框架式鋼管混凝土橋墩的研究發(fā)現(xiàn)［2］，影響框架結(jié)構(gòu)自振頻率的主要因素有立柱間距、立柱尺寸、橫梁間距、以及橫梁的直徑、壁厚，其中橫梁剛度對框架式高墩的整體剛度影響較大。

為討論橫梁剛度對框架式橋墩自振頻率的影響，選擇一框架式鋼管混凝土橋墩進行研究。其基本參數(shù)為:墩高40 m;墩頂質(zhì)量800 t，分別設(shè)置在4個角點上，即墩頂4個角點各200 t;橋墩立柱縱橫向間距均為6 m;立柱鋼管尺寸為1 000 mm×20 mm;橫梁間距8 m;橫梁壁厚10 mm;橫梁采用空心鋼管，為比較橫梁剛度對框架式高墩剛度的影響，選擇4個模型進行了對比，不同模型選擇了不同直徑的橫梁，其他參數(shù)均相同，建立各橋墩模型的有限元計算模型，計算得到了結(jié)構(gòu)的基頻，見表1。

表1 各模型結(jié)構(gòu)基頻Table 1 Fundamental frequency of each model

從表1可以看出，隨著橫梁剛度的提高，結(jié)構(gòu)的基頻也隨之提高，此現(xiàn)象表明當橫梁剛度很小時，隨著橫梁剛度的增加，框架式橋墩頻率迅速增大，表明橫梁剛度對框架式橋墩的水平剛度有較大影響。原因是橫梁剛度太小時，橫梁不能有效地將4肢立柱聯(lián)接起來形成框架，4肢立柱接近于相互獨立，所以整個體系的水平剛度很小，導(dǎo)致頻率很低，隨著橫梁剛度的增加，4肢立柱被橫梁有效聯(lián)接起來，形成空間框架，整個體系的水平剛度增加，頻率增大。

按照建立的計算模型，采用PERFORM-3D程序，計算框架式鋼管混凝土橋墩的自振特性，其前5階頻率及振型特點見表2。

表2 橋梁前5階頻率Table 2 Natural vibration frequency of 5thmodes

從表2可以看出，由于橋墩較高，剛度相對較小，自振頻率也相對較小。框架式鋼管混凝土橋墩的橫梁由空心變?yōu)閷嵭暮螅漤槝蛳颉M橋向基頻都有所提高。

綜合表1、表2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):

1)當橫梁剛度很小時，增加橫梁剛度可以提高框架式橋墩的水平剛度，頻率增加，但橫梁剛度增加到一定程度后，對框架式橋墩水平剛度的影響程度迅速減小。如表2中橫梁由空心變?yōu)閷嵭臅r，框架式橋墩縱向一階自振頻率基本沒有變化，但橫向自振頻率變化較大，提高了約20%。原因在于影響橫梁聯(lián)結(jié)立柱效果的主要因素是橫梁的整體抗彎變形能力，橫梁的抗彎變形能力不僅與橫梁的慣性矩有關(guān)，還與橫梁的長度有關(guān)。立柱橫向間距較大，此方向橫梁也較長，橫梁的整體抗彎變形能力相對較弱，所以橫梁由空心變?yōu)閷嵭暮螅瑱M橋向基頻明顯提高。

2)立柱間距對框架式橋墩的自振頻率也有較大影響。筆者所分析的框架式橋墩順橋向和橫橋向參數(shù)除立柱間距不同外，其他參數(shù)都相同，而表2結(jié)果表明，該框架式橋墩橫橋向頻率大于縱橋向頻率，表明立柱間距增大時，框架式橋墩的剛度也增大。

3 框架式橋墩地震響應(yīng)特點

為研究框架式橋墩在地震作用下內(nèi)力沿墩高的變化特點，首先采用反應(yīng)譜法計算了上述框架式鋼管混凝土橋墩，以及對應(yīng)的空心薄壁墩的地震響應(yīng)，計算采用ANSYS軟件。圖4是采用反應(yīng)譜法計算得到的空心薄壁墩和框架式橋墩剪力、彎矩和軸力沿墩高分布的示意。對于框架式橋墩，各內(nèi)力值均為單肢立柱響應(yīng)值。

圖4 橋墩沿墩身高度的剪力，彎矩和軸力Fig.4 Shear，moment and stress of piers

從圖4可以看出，空心薄壁墩和框架式橋墩的剪力分布特點類似，都呈線性分布，且兩種型式橋墩的墩頂剪力和墩底剪力相差不大，這是因為兩橋墩的墩頂剪力都是由墩頂質(zhì)量在地震作用下產(chǎn)生的水平地震力引起的，而墩底剪力除了包含墩頂質(zhì)量產(chǎn)生的水平力外，還有墩身質(zhì)量在地震作用下產(chǎn)生的水平力。

空心薄壁墩的彎矩由墩頂至墩底是線性分布的，呈逐漸增大的趨勢，墩頂彎矩為0，墩底彎矩最大，而框架式橋墩立柱的彎矩分布呈現(xiàn)鋸齒形，且在橋墩較高處兩個橫梁之間的橋墩立柱節(jié)段，會有彎矩為0的點出現(xiàn)，也就是出現(xiàn)反彎點，最大彎矩出現(xiàn)在每層的底部橫梁處，以墩底的彎矩最大。

空心薄壁墩在地震動作用下產(chǎn)生的軸力很小，可以忽略不計。框架式橋墩墩頂軸力最小但不為0，墩底軸力最大，軸力從墩頂?shù)蕉盏撞皇蔷€性分布，而是呈階梯狀增大的特點。這是由于計算中只輸入了水平向地震波，空心薄壁墩的軸力只是恒載軸力，水平地震動不在空心薄壁墩中引起軸力。而框架式橋墩立柱的軸力則由兩部分組成，一是恒載引起的立柱軸力，另一部分則是彎矩引起的立柱軸力。因為框架式橋墩受彎時，一側(cè)立柱受壓、一側(cè)立柱受拉，這兩側(cè)立柱的軸力形成一個力偶，抵抗外部彎矩，所以彎矩越大，立柱中的軸力也越大。框架式橋墩越接近橋墩底部，彎矩越大，立柱中的軸力也越大。

實際上空心薄壁墩受彎時，也是一側(cè)薄壁受壓，一側(cè)薄壁受拉，只是拉力和壓力大小相等，當將空心薄壁墩作為一個構(gòu)件來看時，彎矩變化不引起軸力。框架式橋墩立柱軸力主要由彎矩引起，每肢立柱是一個獨立的構(gòu)件，計算時采用一個獨立的單元計算，彎矩引起的立柱軸力變化能夠在計算結(jié)果中反映出來。而空心薄壁墩橫截面是一個完整的截面，受壓側(cè)薄壁的軸力和受拉側(cè)軸力相互平衡，整個空心墩作為一個構(gòu)件計算時，只顯示出很大的彎矩，而沒有軸力。空心薄壁墩的薄壁通常是矩形薄壁，當薄壁受到很大壓力時，為增強其非線性變形能力，保證核心混凝土不壓潰，需要配置復(fù)雜的箍筋，而采用圓形鋼管混凝土構(gòu)件做立柱，則可以充分發(fā)揮圓鋼管混凝土構(gòu)件的抗壓能力。

4 地震時程響應(yīng)結(jié)果及分析

采用PERFORM-3D軟件，計算橫梁為空心鋼管的框架式橋墩與空心薄壁墩在上述3條地震波作用下的線性和非線性時程響應(yīng)。表3為兩種類型橋墩內(nèi)力線性及非線性時程響應(yīng)最大值，其中對于框架式橋墩是單肢立柱響應(yīng)值;表4為兩種類型橋墩墩底的最大曲率。

表3 橋墩內(nèi)力時程最大響應(yīng)值Table 3 Maximum response force of time-history of the piers

表4 墩底最大曲率Table 4 Maximum curvature at the bottom of piers

圖5為框架式橋墩同肢立柱在地震波W 2作用下的墩底軸力-應(yīng)變滯回曲線，圖6為兩種類型橋墩同肢立柱在地震波W 2作用下的墩底彎矩-曲率滯回曲線。

圖5 框架式橋墩在W 2波作用下的墩底軸力-應(yīng)變滯回曲線Fig.5 The axial force-strain hysteretic loop of bridge piers under W 2

圖6 橋墩在W 2波作用下的墩底彎矩-曲率滯回曲線Fig.6 The moment-curvature hysteretic loop of bridge piers under W 2

4.1 框架式橋墩和空心薄壁墩地震響應(yīng)的對比

根據(jù)反應(yīng)譜法計算結(jié)果，對框架式橋墩和空心薄壁墩的地震響應(yīng)特點進行了初步討論。下面通過空心薄壁墩與框架式橋墩的時程分析結(jié)果，以及非線性分析得到的軸力-應(yīng)變滯回曲線、彎矩-曲率滯回曲線，進一步比較這兩類橋墩的地震響應(yīng)特點。

由表3可以看出，空心薄壁墩與框架式橋墩的剪力大小相當，如地震波W 1作用下，空心薄壁墩墩頂剪力和墩底剪力分別為765.90和1 196.38 kN，而框架式橋墩單肢立柱墩頂和墩底剪力分別為260.49和357.29 kN。地震波W 2作用下，空心薄壁墩墩頂和墩底剪力分別為1 779.30和2 468.28 kN，而框架式橋墩單肢立柱墩頂和墩底剪力分別為599.77 和 835.83 kN。

與空心薄壁墩相比，框架式橋墩的墩底軸力較大，如在地震波W 1、W 2和W 3作用下，框架式橋墩單肢立柱的軸力分別達到了12 450.2、29 388和38 295 kN，而空心薄壁墩在這3條地震波作用下，軸力沒有變化，只有恒載軸力。

框架式橋墩與空心薄壁墩相比，框架式橋墩的墩底彎矩要小，如在地震波W 1和W 2作用時，空心薄壁墩墩底彎矩達到了44 713.2和66 405.9 kN·m，而框架式橋墩單肢立柱的墩底彎矩為2 085.10和5 169.68 kN·m。隨著地震反應(yīng)的增大，彎矩的差別進一步增大，如在地震波W 3作用下，空心薄壁墩的墩底彎矩達到了210 654.8 kN·m，而框架式橋墩單肢立柱的墩底彎矩為8 011.10 kN·m。

這是因為空心薄壁墩的彎矩呈線性分布，墩底彎矩最大，而對于框架式橋墩，由于框架式結(jié)構(gòu)本身的特點，會把彎矩轉(zhuǎn)化成軸力作用在橋墩立柱上，這就出現(xiàn)了彎矩比較大的位置，其對應(yīng)的軸力也很大。

對于兩種型式的橋墩，在地震波W 1和W 2作用下的內(nèi)力響應(yīng)均比在地震波W 3作用下的內(nèi)力響應(yīng)小，這主要是因為這兩種類型橋墩高度較大，剛度較小，其自振周期就相對比較大，而不同類型的地震波其峰值區(qū)間不同，地震波W 1和W 2的峰值區(qū)間主要集中在周期較小的范圍，而地震波W 3的峰值區(qū)間主要集中在周期較大的范圍，所以兩種型式橋墩在地震波W 3的作用下其內(nèi)力響應(yīng)相對較大。

從圖5可以看出，框架式橋墩的軸力出現(xiàn)了較大的浮動，軸力大小隨著地震波的作用，在軸壓力與軸拉力之間不斷變化，單肢立柱響應(yīng)最大壓力值和最大拉力值均處于20 000 kN左右，框架式橋墩最大應(yīng)變達到了0.006 1左右。

從圖6和表5可以看出，由于軸壓比相對較大，框架式橋墩的彎矩-曲率滯回曲線非常的不規(guī)則，框架式橋墩的單肢立柱響應(yīng)的最大彎矩達到了6 000 kN·m，橋墩最大曲率為 0.004 9 m-1，而空心薄壁墩的彎矩-曲率滯回曲線有明顯的捏攏現(xiàn)象，且最大彎矩達到了120 000 kN·m左右，墩底最大曲率為0.000 71 m-1。

4.2 線性與非線性時程響應(yīng)的比較

由表3和表4可以看出，兩種型式橋墩線性與非線性時程響應(yīng)的特點如下。

4.2.1 剪 力

對于框架式橋墩，在地震波W 1作用下，非線性時程響應(yīng)的墩頂剪力和墩底剪力是線性時程響應(yīng)墩頂剪力和墩底剪力的98%和110%;在地震波W 2作用下，非線性時程響應(yīng)的墩頂剪力和墩底剪力是線性時程響應(yīng)墩頂剪力和墩底剪力的57%和70%;在地震波W 3作用下，框架式橋墩的非線性時程響應(yīng)的墩頂剪力和墩底剪力是線性時程響應(yīng)墩頂剪力和墩底剪力的70%和84%。

對于空心薄壁墩，在地震波W 1作用時，非線性時程墩頂剪力和墩底剪力響應(yīng)值分別是線性時程墩頂剪力和墩底剪力值的125%和153%;在地震波W 2作用時，非線性時程墩頂剪力和墩底剪力響應(yīng)值分別是線性時程墩頂剪力和墩底剪力值的86%和99%;而在地震波W 3作用時，非線性時程墩頂剪力和墩底剪力響應(yīng)值分別是線性時程墩頂剪力和墩底剪力值的60%和75%。

4.2.2 彎 矩

對于框架式橋墩，在地震波W 1作用時，非線性時程響應(yīng)墩底彎矩值是線性時程墩底彎矩響應(yīng)值的112%;在地震波W 2作用時，非線性時程響應(yīng)墩底彎矩值是線性時程墩底彎矩響應(yīng)值的70%左右;在地震波W 3作用時，非線性時程響應(yīng)墩底彎矩值是線性時程墩底彎矩響應(yīng)值的83%。

對于空心薄壁墩，在地震波W 1作用時，非線性時程響應(yīng)墩底彎矩值是線性時程墩底彎矩響應(yīng)值的1.32倍;在地震波W 2作用時，非線性時程響應(yīng)墩底彎矩值是線性時程墩底彎矩響應(yīng)值的1.3倍;在地震波W 3作用時，非線性時程墩底彎矩響應(yīng)值接近線性時程墩底彎矩響應(yīng)值的56%。

4.2.3 軸 力

對于框架式橋墩，在地震波W 1的作用下，非線性時程軸力響應(yīng)值接近于線性時程軸力響應(yīng)值的90%;地震波W 2和W 3作用時，非線性時程軸力響應(yīng)值接近于線性時程軸力響應(yīng)值的50%。對于空心薄壁墩，在3條地震波作用下，線性時程響應(yīng)和非線性時程響應(yīng)的軸力值始終不變，只是恒載軸力，大小為17 701.3 kN。

4.2.4 綜合對比

從以上線性與非線性時程響應(yīng)的對比可以看出:對于框架式橋墩，在地震波W 1的作用下，線性時程響應(yīng)與非線性時程響應(yīng)沒有明顯差異，線性時程響應(yīng)近似反映了橋墩真實的內(nèi)力，而在地震波W 2和W 3的作用下，線性時程響應(yīng)與非線性時程響應(yīng)有明顯差異，橋墩進入了非線性狀態(tài)，線性時程響應(yīng)已經(jīng)不能反映橋墩真實的內(nèi)力，因為橋墩結(jié)構(gòu)進入非線性狀態(tài)后，其剛度出現(xiàn)下降，而其自振周期出現(xiàn)增大，結(jié)合3條地震波的反應(yīng)譜示意圖(圖3)，隨著結(jié)構(gòu)周期的增加，其對應(yīng)的地震波加速度反應(yīng)譜值也減小，從而結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)也會減小。

與空心薄壁墩相比，框架式橋墩的墩底彎矩較小，而墩底軸力較大，這對于擁有良好抗壓性能的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)來說，是十分有利的，這更有利于框架式鋼管混凝土橋墩發(fā)揮其優(yōu)良的抗震性能。

5 結(jié)論

筆者以框架式鋼管混凝土橋墩為研究對象，采用空心薄壁墩進行對比研究，對各橋墩進行了順橋向的非線性地震反應(yīng)分析，得出了以下結(jié)論:

1)橫梁剛度很小時，增加橫梁剛度，頻率也會增加，但橫梁剛度增加到一定程度后，橫梁剛度的增加對框架式橋墩水平剛度的影響程度迅速減小。影響橫梁聯(lián)結(jié)立柱效果的主要因素是橫梁的整體抗彎變形能力。

2)框架式橋墩立柱的剪力呈線性分布，彎矩分布呈鋸齒形，且在橋墩較高處兩個橫梁之間的橋墩立柱節(jié)段，會有彎矩為零的點出現(xiàn)，也就是出現(xiàn)反彎點。框架式橋墩的軸力，從墩頂?shù)蕉盏撞皇蔷€性分布，而是呈階梯狀增大，且有彎矩較大位置其對應(yīng)的軸力也較大的規(guī)律。

3)空心薄壁墩和框架式橋墩高度都較大，剛度相對較小，其自振周期就相對比較大，中硬場地的地震波峰值區(qū)間主要集中在周期較小的范圍，而中軟場地的地震波峰值區(qū)間處在周期較大的范圍，所以兩種型式橋墩在中硬場地的地震波作用下內(nèi)力響應(yīng)相對較大。

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