近場地震作用下銹蝕鋼筋混凝土橋墩的IDA分析

陳昉健，易偉建

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

近場地震作用下銹蝕鋼筋混凝土橋墩的IDA分析

陳昉健，易偉建?

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

利用銹蝕鋼筋混凝土柱的滯回試驗結果，驗證鋼筋混凝土構件中銹蝕模型的正確性；利用鋼筋混凝土框架的振動臺試驗結果，驗證用OPENSEES程序進行鋼筋混凝土結構非線性動力分析的可行性.在此基礎上，從PEER地震數據庫中選取了30條地震記錄，采用OPENSEES建立彈塑性有限元動力分析模型，對鋼筋銹蝕的鋼筋混凝土橋墩在遠場地震、近場非脈沖地震和近場脈沖地震作用下的性能進行非線性時程分析，研究橋墩柱在三類地震作用下的反應，以及鋼筋銹蝕對結構地震響應的影響.針對近場脈沖地震對結構進行增量動力分析(Incremental dynamic analysis, IDA)，得到結構的IDA曲線和近場地震作用下鋼筋銹蝕對結構抗震性能的影響.分析結果表明，在考慮鋼筋銹蝕因素時，近場脈沖地震對結構抗震性能影響最為顯著，在結構抗震設計中應引起注意.

鋼筋銹蝕；鋼筋混凝土橋墩；OPENSEES；近場地震；增量動力分析

混凝土中的鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結構使用周期中存在的一個普遍問題，是影響結構耐久性和安全性的重要因素.特別是對于處在海洋環境下和寒冷地區的混凝土橋梁結構，由于海水和除冰鹽中氯離子的存在，混凝土開裂現象普遍存在，橋墩表面出現縱向銹蝕裂縫、受力鋼筋斷裂、鋼筋骨架局部嚴重損壞等問題都嚴重影響橋梁結構的使用壽命和整體安全.鋼筋銹蝕主要表現為縱向受力鋼筋銹蝕，局部箍筋銹蝕甚至斷裂以及鋼筋骨架的局部銹蝕損壞.這些將會使混凝土產生沿縱筋發展的銹脹裂縫、降低甚至使箍筋失去約束作用、導致混凝土保護層剝落、構件承載力降低，直至危及整個結構的受力安全.例如，加拿大蒙特利爾市迪克森大街的立交橋，1959年建成，由于凍融循環影響和除冰鹽的使用，造成橋底板鋼筋嚴重銹蝕，1994年即由于橋底板混凝土嚴重分層停止使用，于1999年拆除[1].我國1980年建成的北京西直門立交橋，由于長期使用除冰鹽，僅使用20年就使得部分梁柱銹蝕嚴重甚至危及橋梁結構安全，已于1999年拆除重建[2].

處在地震區的橋梁結構，同時受到鋼筋銹蝕和地震災害的威脅，因此有必要研究銹蝕鋼筋混凝土構件的抗震性能，以評價其結構的抗震安全性，避免其在地震時發生倒塌破壞.汪夢甫[3]在研究中提到，斷層距R≤15 km的地震屬于近場地震；震級M≥5.6級，原始記錄PGA≥0.2 g，PGV≥20 cm/s的地震，動力脈沖效應顯著，對結構震害形成影響較大.因此，很有必要考慮結構在不同類型地震作用下的響應.

目前，國內外雖然也進行過不少關于銹蝕柱抗震性能的試驗研究[ 4- 6]，但主要集中在矩形截面的鋼筋混凝土柱，對于橋梁結構中大量使用的圓截面柱很少涉及.貢金鑫等[7]是為數不多的進行了鋼筋銹蝕圓柱抗震性能試驗的學者，構件也僅限于較小的尺寸(圓柱直徑260 mm)，與實際工程中橋墩柱的尺寸規模有較大差距.由于對試驗設備的要求較高，大尺寸橋墩柱的往復荷載試驗往往很難進行，更不用說振動臺試驗，因此，采用非線性分析軟件對這類構件進行模擬計算成為了一種有效的研究手段.

本文以鋼筋混凝土橋墩柱為對象，通過非線性動力時程分析和增量動力分析，得到了橋墩柱在鋼筋銹蝕前后的地震響應，為發生鋼筋銹蝕的橋墩抗震性能評估提供理論依據.

1 銹蝕鋼筋混凝土構件的模擬

對于鋼筋銹蝕在鋼筋混凝土構件和結構中的普遍性及危害性，國內外的很多學者已經做了大量研究，形成了一些共識.Tuutti[8]發現，鋼筋表面聚集高濃度氯離子的位置將發生局部銹蝕，即“坑蝕”，而混凝土的碳化是大多數均勻銹蝕產生的原因，這是鋼筋銹蝕最主要的兩種形式.

1.1 混凝土中鋼筋銹蝕的影響

鋼筋混凝土構件中鋼筋的銹蝕情況，通常采用鋼筋平均質量損失率或平均截面損失率作為評估指標.由于坑蝕所產生銹坑的分布無規律，測量比較困難，故通常利用鋼筋的質量損失作為銹蝕程度的評價標準.由此得到的鋼筋平均質量損失率相當于將銹蝕按照均勻銹蝕考慮，在這個前提下，鋼筋的平均質量損失可以等效于其平均截面損失.

在布雷西亞大學(University of Brescia)結構工程試驗室完成的銹蝕鋼筋受拉試驗結果的基礎上，Cairns等[9]進行了性能參數研究，定性地得到了鋼筋主要力學性能參數隨銹蝕率變化的基本規律，如圖1所示.

平均截面損失/%

圖1顯示，隨著平均截面損失(即銹蝕因素的影響)的增大，銹蝕鋼筋的極限拉應力減小.銹蝕鋼筋的名義屈服強度隨銹蝕程度的增加而降低，但其下降幅度小于極限強度.而鋼筋的抗拉強度受其最小截面控制，因此強度的下降比其平均截面的下降更為迅速.同時，銹蝕鋼筋延性的下降又比強度的降低更顯著.

銹蝕鋼筋的強度變化，可由以下經驗公式表示[9]：

(1)

(2)

式中：fy,fu分別表示屈服強度和極限抗拉強度，基于原始截面；fy0，fu0分別表示未銹蝕鋼筋的屈服強度和極限受拉強度；αy，αu為經驗系數.文獻[9]對10組不同學者所做試驗的結果進行了統計分析，發現αy的平均值為0.01.通常情況下，αy或αu的值取0.01代表均勻銹蝕；超過0.01則反映非均勻銹蝕的影響.Du等[10]建議取αy=0.005.為了既不過分削弱鋼筋的銹蝕后性能，又能考慮到坑蝕相對于均勻銹蝕的嚴重性，本文取αy=0.015.

1.2 鋼筋銹蝕模型驗證

本文采用非線性有限元軟件OPENSEES[11]對文獻[7]中的銹蝕鋼筋混凝土圓柱往復荷載試驗結果進行模擬.使用非線性梁柱單元(nonlinearbeam-columnelement)中基于位移的單元(DisplacementBasedBeam-ColumnElement) 建模，該單元基于位移方程且考慮沿單元長度方向的塑性分布.將柱截面劃分為一系列非彈性纖維單元，同時將單根柱構件沿柱高劃分為多個計算單元，在柱底部塑性鉸形成區域單元節點間距減小，上部區域節點間距較大.

分析模型的混凝土材料選用Concrete02，該材料基于修正后的Kent-Park模型[12]，可以通過調整混凝土受壓骨架曲線的峰值應力、峰值應變和線性受拉軟化階段的斜率來反映箍筋的約束作用，也考慮了混凝土的剩余強度.鋼筋本構模型采用Giuffré-Menegotto-Pinto的Steel02單軸模型[13]，通過鋼筋應變強化率的取值，考慮鋼筋的各向同性應變強化，并通過參數調整在一定范圍內控制鋼筋從彈性階段向塑性階段的過渡形狀.柱截面約束區混凝土利用Mander[14]提出的公式對混凝土強度進行調整.在柱底添加零長度截面單元(Zero-LengthSectionElement)，模擬應變滲透效應，配合使用單軸滑移材料模型(Bond-SP01)[15]來考慮混凝土柱受力過程中端部錨固鋼筋黏結滑移效應引起的變形.

文獻[6]中各試件縱筋的銹蝕率采用的是各根鋼筋銹蝕率的平均值，因此，在分析時，假設同一試件中每根縱向鋼筋受到的銹蝕損傷相同，且銹蝕沿柱周邊和柱高均勻分布.試驗中，箍筋銹蝕比縱筋嚴重，分析時，取箍筋的銹蝕率在縱筋基礎上提高50%.在鋼筋銹蝕后，鋼筋與混凝土之間將出現一層銹蝕產物，嚴重影響兩者之間的黏結強度.因此，對鋼筋銹蝕試件模型中的滑移材料參數進行修改，其中$b表示單調滑移條件下，鋼筋應力在屈服后的初始強化比，在鋼筋完好時取0.5，考慮銹蝕后，滑移量將顯著增加，在此取為0.3.參數$R表征的是往復荷載下，鋼筋應力響應中的捏縮現象，鋼筋完好時，滯回曲線豐滿，該值取為0.8，考慮銹蝕后，滯回曲線將出現明顯的捏縮，因此將該值取為0.5.計算結果與試驗荷載-位移滯回曲線的比較如圖2所示，因試驗構件數量較多，此處僅給出部分模擬結果.

構件編號形式為Cx-y，C表示構件為圓柱截面，x表示構件鋼筋銹蝕率(質量損失率)百分比的整數部分，y表示試驗軸壓比的小數部分.

從圖2中可以看到，對銹蝕鋼筋的參數選取，反映到計算結果中與試驗結果基本吻合.試驗中，鋼筋銹蝕率和軸壓比增大后，對柱保護層有明顯的削弱，而這在OPENSEES的建模中難以在不改變構件模型的情況下得到體現.因此在對銹蝕率和軸壓比較高的構件進行模擬計算時，需要進行處理，即改變構件的截面直徑，在保證核心區不變的同時，縮小保護層厚度，以此減小計算模型的構件剛度.模擬結果表明，這樣引入鋼筋銹蝕影響是合理的，可用于后續計算中.

2 地震作用分析模型

為驗證OPENSEES進行地震荷載模擬計算的有效性和正確性，對文獻[16]中2個單層雙跨鋼筋混凝土框架試件的振動臺試驗結果進行模擬.該框架試件的中柱為方柱，為試驗主要研究對象，兩根邊柱為圓柱，主要起支撐上部荷載的作用，試驗主要目的是得到中柱在地震波作用下的性能響應.2個試件的尺寸和配筋完全一致，區別僅在于試件1的中柱軸壓比為0.1，試件2的中柱軸壓比為0.24.

此處建模選用的單元類型和材料模型都與上一節的相同，以保證2種建模思路的統一和邏輯上的一致性.模擬計算得到的中柱層間位移角隨地震波變化曲線與試驗結果的對比如圖3所示.

側向位移/mm

側向位移/mm

側向位移/mm

側向位移/mm

從圖3的曲線對比可知，計算模型可以較為準確地反映出構件在地震荷載作用下的基本性能.模擬分析的結果是令人滿意的，這樣的建模方法可以用于地震荷載下鋼筋混凝土橋墩的性能分析.

時間/s

時間/s

3 算例與地震動的選取

3.1 算例信息

對于橋梁結構，通常要求在地震荷載下，橋梁上部結構處于彈性狀態.而實際震害資料也顯示，一般上部結構不會發生破壞.因此，本文僅選取橋墩作為地震荷載IDA分析的研究對象.

選取參考文獻[17]中，按我國橋梁規范設計的圓截面橋墩為分析模型，模型示意圖見圖4.橋墩高6.0 m，墩柱外徑為1 000 mm，保護層厚度為50 mm，采用C30混凝土.縱向鋼筋為24根直徑為36 mm的HRB400級鋼筋，箍筋采用直徑12 mm的HRB335鋼筋，間距為100 mm.上部結構傳遞的重力荷載為3 150 kN，在建模時，該荷載作為集中荷載施加于模型頂部節點.引入鋼筋混凝土構件中鋼筋的銹蝕影響時，按銹蝕率10%和20%兩種情況考慮.

圖4 墩柱模型示意圖

3.2 地震動的選取

在進行IDA分析時，選取10 ～ 20條地震波記錄就能滿足一定的精度要求，以文獻[18]附錄A中列舉的符合中國場地類別的地震波為參考，從PEER數據庫中選取了30條地震波.其中20條斷層距小于10 km的近場地震波記錄，分為兩組.Loh等[19]指出，峰值地面速度與峰值地面加速度之比(PGV/PGA)是識別近震效應的主要特征，當PGV/PGA>0.2 s時，近震對結構的效應明顯.因此，選取PGV/PGA > 0.2的10條地震波為一組，屬于近場脈沖記錄，另一組地震波PGV/PGA<0.2，屬于近場非脈沖記錄.此外，還選取了斷層距大于30 km的10條遠場記錄.選用的地震波震級分布在5.23～7.62之間，假設橋墩屬于Ⅱ類場地條件.

4 計算結果與分析

4.1 損傷指標的確定

在橋梁結構中，墩柱的變形能力直接影響到橋梁的抗震性能和上部結構的穩定.墩柱在地震荷載下的側向變形可以直觀地反映出橋墩在地震中的性能狀態.因此，本文選取墩柱的墩頂側移比作為判別橋墩在地震荷載中性能變化的損傷指標，其定義為整個地震過程中，墩頂的最大絕對位移與橋墩高度之比.文獻[20]中給出了墩頂側移比的定義式，如公式(3)[20]：

(3)

4.2 地震荷載計算結果

為了模擬逐漸從多遇地震調幅至罕遇地震，在進行時程分析時，對選用的地震波加速度峰值進行了調整，從0.005 g按0.1 g的步長增量逐漸增加到0.505 g.分別對完好狀態下的橋墩模型和鋼筋銹蝕率達到10%和20%時的橋墩模型進行分析.其中，模型構件銹蝕率的影響，按照本文第一節中介紹的方式予以考慮.計算對應不同地震動加速度峰值水平的結構頂點位移最大值(圖5)，取3組地震波中10條記錄的平均結果進行比較.

計算結果表明，遠場地震和近場非脈沖地震相比，墩頂側移比可以增加一倍左右，而近場脈沖地震與遠場地震相比，隨著峰值加速度(PGA)的增加，墩頂側移比最多增加近80%.在近場非脈沖地震的作用下，鋼筋銹蝕對橋墩變形的影響不明顯.但另外兩種地震類型下，鋼筋銹蝕對橋墩變形的影響非常顯著，銹蝕率對墩頂側移比的影響隨著PGA的增大而增大.

加速度峰值PGA/g

其中，10%的銹蝕率將使墩頂側移比增大15%左右，20%的銹蝕率將使墩頂側移比增大40%左右，并且隨著PGA增大，這種變形的增長還有加大的趨勢.值得注意的是，近場脈沖地震作用下，墩柱受銹蝕影響非常突出，變形增加幅度遠高于另外兩種地震類型.

5 IDA分析

地震荷載的作用時間、荷載強度和空間效應具有很大的隨機性，造成結構的抗震性能具有明顯的不確定性.增量動力分析(Incremental Dynamic Analysis，簡稱IDA)方法[21]通過系數調整地震動加速度值，來獲得一組強度不同的地震動記錄，輸入結構模型后進行非線性時程分析.這種方法考慮到了結構抗震需求和承載能力的不確定性和隨機因素，因此，對結構在不同性能水準下的抗震能力可以做出較為合理的評價.

選用對結構影響最劇烈的15條近場脈沖地震記錄，主要來自1999年臺灣集集地震和1994年發生在美國洛杉磯的北嶺地震，對墩柱進行IDA分析，以進一步研究鋼筋銹蝕對結構的影響.對計算得到的IDA曲線進行三階樣條插值擬合，得到了在墩柱完好，鋼筋銹蝕率達到10%和20%時，墩頂最大位移隨峰值-地面加速度變化IDA曲線如圖6所示.

墩頂最大位移/mm(a) 完好墩柱

墩頂最大位移/mm(b) 銹蝕率10%墩柱

墩頂最大位移/mm(c) 銹蝕率20%墩柱

從圖中可以看出，除了在PGA<0.1 g時，墩柱基本表現為彈性狀態外，隨著地震作用逐漸加大，大多數墩頂最大位移的IDA曲線呈現出了屈服后的水平段，而沒有出現明顯水平段的曲線，其形態也產生了顯著的變化，這種變化的差異與地震波的隨機性有關.

在引入了鋼筋銹蝕這一影響因素后，可以看到出現屈服平臺的曲線在更低的地震荷載水平發生屈服，而不出現屈服平臺的曲線其斜率也逐漸減小.這意味著構件在更低的地震荷載水平發生了更大的變形，即構件在更早的時間點便趨近于倒塌，這顯然對整體結構安全是很不利的.

以地震強度指標PGA作為控制參數，對15條近場脈沖地震的IDA曲線進行統計，所得的16%，50%，84%分位的IDA曲線如圖7所示.

可以發現，在銹蝕因素的影響下，結構的3條分位IDA曲線的形態都產生了明顯的變化，其總體趨勢都表現為在更低的PGA作用下產生更大的位移.例如在墩頂最大位移達到300 mm(墩頂側移比d=0.05)時，完好墩柱50%分位線對應的PGA約為0.45 g，而銹蝕率10%的墩柱約為0.39 g，銹蝕率20%的墩柱約為0.34 g.這意味著，在鋼筋銹蝕的影響下，結構所能承受的地震荷載下降，相應地，在相同的地震荷載下，結構發生更嚴重破壞的概率提高，安全風險增加.

墩頂最大位移/mm(a) 完好墩柱

墩頂最大位移/mm(b) 銹蝕率10%墩柱

墩頂最大位移/mm(c) 銹蝕率20%墩柱

6 結 論

本文利用已有的銹蝕后鋼筋性能變化模型，能夠在一定程度上模擬出鋼筋混凝土墩柱在鋼筋銹蝕后的力學性能變化.但是對于銹蝕造成的鋼筋與混凝土之間黏結的影響只考慮到了端部錨固區，沿構件方向鋼筋與混凝土共同工作時的黏結強度變化，暫時難以進行模擬，在今后的研究中應進一步完善.通過以上對銹蝕鋼筋混凝土墩柱的抗震性能分析可知，銹蝕將對結構的抗震性能產生較大的影響，具體結論如下：

1)對于3類典型地震作用， 除近場非脈沖地震外，鋼筋銹蝕都增大了橋墩的頂點最大位移，并且這種影響隨著PGA的增大而增加，其中又以近場脈沖地震的影響更為顯著.

2)近場非脈沖地震受到鋼筋銹蝕的影響不明顯，而遠場地震和近場脈沖地震對結構的作用，在鋼筋銹蝕后產生了顯著的加強.同樣的地震荷載下結構由于鋼筋銹蝕而增加的變形大大超過10%，足以說明這一影響因素完全不能忽視.因此，在對結構進行彈塑性分析和設計驗算時，應適當地考慮鋼筋銹蝕這一因素.

3)通過統計控制參數，得到IDA分位曲線，可以更加清晰地判斷不同地震強度下結構的損傷情況和結構在達到某一破壞程度時抗震承載力的大小.

4)近場地震作用下，鋼筋銹蝕顯著改變了墩柱結構的IDA結果，使結構在更低的地震荷載水平便發生更大的變形，更趨近于破壞.在設計長期使用且有可能發生鋼筋銹蝕的橋梁結構時，應對此引起特別的注意.

[1] PALSSON R, MIRZA M S. Mechanical response of corroded steel reinforcement of abandoned concrete bridge[J]. ACI Structural Journal, 2002, 99(2): 157-162.

[2] 王媛俐, 姚燕. 北京西直門舊橋混凝土破壞原因分析[M]//重點工程混凝土耐久性的研究與工程應用. 北京: 中國建筑工業出版社, 2001: 5-11.

WANG Yuan-li, YAO Yan. Analysis of the reason for Beijing Xizhimen bridge concrete failure[M]//Durability Research and Engineering Application on Key Project Concrete. Beijing: China Architecture & Building Press, 2001: 5-11.(In Chinese)

[3] 汪夢甫, 汪幟輝, 唐毅. 近場脈沖型地震對結構非彈性位移比譜的影響[J]. 湖南大學學報:自然科學版, 2014, 41(6): 9-15.

WANG Meng-fu, WANG Zhi-hui, TANG Yi. Influence of near-fault pulse-type ground motions on inelastic displacement ratio spectra[J]. Journal of Hunan University: Natural Sciences, 2014, 41(6): 9-15． (In Chinese)

[4] LEE H S, KAGE T , NOGUCHI T,etal. An experimental study on the retrofit ting effects of reinforced concrete columns damaged by rebar corrosion strengthened with carbon fiber sheets[J]. Cement and Concrete Research, 2003, 33(4): 563-570.

[5] RODRIGUEZ J, ORTEGA L M, CASAL J. Load carrying capacity of concrete structures with corroded reinforcement[J]. Construction and Building Materials, 1997, 11(4): 239-248.

[6] 史慶軒, 牛荻濤, 顏桂云. 反復荷載作用下銹蝕鋼筋混凝土壓彎構件恢復力性能的試驗研究[J]. 地震工程與工程振動, 2000, 20(4): 44-50.

SHI Qing-xuan, NIU Di-tao, YAN Gui-yun. Experimental research on hysteretic characteristics of corroded RC members with flexural and compressive axial loads under repeated horizontal loading[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2000, 20(4): 44-50. (In Chinese)

[7] MA Yin, CHI Yi, GONG Jin-xin. Behavior of corrosion damaged circular reinforced concrete columns under cyclic loading[J]. Construction and Building Materials, 2012, 29: 548-556.

[8] TUUTTI K. Corrosion of steel in concrete[R]. Stockholm: Swedish Cement and Concrete Research Institute, 1982: 469.

[9] CAIRNS J, PLIZZARI G A, DU Y G,etal. Mechanical properties of corrosion-damaged reinforcement[J]. ACI Materials Journal, 2005, 102(4): 256-264.

[10]DU Y G, CLARK L A, CHAN A H C. Residual capacity of corroded reinforcing bars[J]. Magazine of Concrete Research, 2005, 57(3): 135-147.

[11]MAZZOUNI S， MCKENNA F，SCOTT M H.Open system for earthquake engineering simulation user command language manual[R].Berkeley: Earthquake Engineering Research Center, University of California,2005:11-426.

[12]YASSIN M H M. Nonlinear analysis of prestressed concrete structures under monotonic and cycling loads[D]. Berkeley: University of California, 1994: 127-154.

[13]FILIPPOU F C, POPOV E P, BERTERO V V. Effects of bond deterioration on hysteretic behavior of reinforced concrete joints[R]. Berkeley: Earthquake Engineering Research Center, University of California, 1983: 93-112.

[14]MANDER J B, PRIESTLEY M J N, PARK R. Theoretical stress-strain model for confined concrete[J]. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1988, 114(8): 1804-1826.

[15]ZHAO J, SRITHARAN S. Modeling of strain penetration effects in fiber-based analysis of reinforced concrete structures[J]. ACI Structural Journal, 2007, 104(2): 133-141.

[16] ELWOODL K J, MOEHLE J P. Dynamic shear and axial-load failure of reinforced concrete columns[J]. Journal of Structural Engineering, ASCE, 2008, 134(7): 1189-1198.

[17]司炳君, 李宏男, 王東升,等. 基于位移設計的鋼筋混凝土橋墩抗震性能試驗研究(I):擬靜力試驗[J]. 地震工程與工程振動, 2008, 28(1): 123-129.

SI Bing-jun, LI Hong-nan, WANG Dong-sheng,etal. Experimental evaluation of the seismic performance of reinforced concrete bridge piers designed on the basis of displacement(I): Quasi-static test[J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2008, 28(1): 123-129. (In Chinese)

[18]范立礎, 卓衛東. 橋梁延性抗震設計[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001:265-290.

FAN Li-chu, ZHUO Wei-dong. Seismic design of bridge ductility[M]. Beijing: China Communications Press, 2001:265-290. (In Chinese)

[19]LOH C H, WAN S, LIAO W I. Effects of hysteretic model on seismic demands: consideration of near-fault ground motions[J]. The Structural Design of Tall Buildings, 2002, 11(3): 155-169.

[20]陳亮. 地震動的頻譜變異性對橋墩地震反應的影響研究[J]. 土木工程學報, 2013,46(S2): 237-241.

CHEN Liang. Effects of the variability of response spectra of strong ground motions on seismic response of bridge columns[J]. China Civil Engineering Journal, 2013,46(S2): 237-241. (In Chinese)

[21]VAMVATSIKOS D, CORNELL C A. Incremental dynamic analysis[J]. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2002, 31: 491- 514.

Incremental Dynamic Analysis of Corroded Reinforced Concrete Bridge Columns Subjected to Near-field Earthquake

CHEN Fang-jian , YI Wei-jian?

(College of Civil Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China)

Using the hysteresis test results of corroded reinforced concrete columns, the accuracy of the model of corroded steel in reinforced concrete structures was validated. The feasibility of OPENSEES program for the nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete structure was verified with the shaking-table test results of reinforced concrete frame. With the program and 30 seismic ground motions selected from the PEER database, a dynamic elastic-plastic finite element model was built. And then, the seismic performance of a corroded reinforced concrete bridge column subjected to far-field earthquake, near-field earthquake with or without impulse action was measured by the nonlinear dynamic time-history analysis in order to study the steel corrosion effect on the structural response under three types of earthquake ground motions. Aiming at the near-field earthquake with impulse action, the Incremental Dynamic Analysis (IDA) was carried out, the IDA curves and the influence of steel corrosion on the seismic performance of the bridge columns were obtained. The results show that near-field earthquake with pulse action has the most significant effect on the structural seismic performance when considering the corrosion, and special attention should be paid to that during structural seismic design.

steel corrosion; RC bridge columns; OPENSEES; near-field earthquake; Incremental Dynamic Analysis

1674-2974(2015)03-0001-08

2014-07-18

國家自然科學基金資助項目(51178175,51338004)，National Natural Science Foundation of China(51178175,51338004)

陳昉健(1986-)，男，湖南長沙人，湖南大學博士研究生

?通訊聯系人，E-mail:wjyi @hnu.edu.cn

P315.9；TU375.3

A