鋼筋混凝土橋墩抗震性能研究

張 帥 蘇志彬

(聊城大學建筑工程學院 山東聊城 25200)

鋼筋混凝土橋墩抗震性能研究

張 帥 蘇志彬

(聊城大學建筑工程學院 山東聊城 25200)

國內(nèi)外近期發(fā)生了多次破壞性地震，如1994年美國Northridge地震、1995年日本Kobe地震、1999年我國臺灣地震和2008年我國汶川大地震。地震災(zāi)害具有突發(fā)性、毀滅性和隨機性等特點。地震，特別是特大地震，通常都會對橋墩產(chǎn)生嚴重破壞，致使橋梁發(fā)生坍塌。

鋼筋混凝土橋墩；變形能力；橋墩抗震；剪切裂縫

強烈地震作用下，鋼筋混凝土橋墩是橋梁結(jié)構(gòu)中損壞構(gòu)件，且對橋梁整體抗震能力至關(guān)重要。在軸力和水平反復荷載作用下，橋墩在地震中的主要破壞形式有三種：彎曲破壞，彎剪破壞和剪切破壞。由于鋼筋混凝土橋墩發(fā)生破壞后，變形能力也將受損，特別是橋墩延性不好的情況下，容易出現(xiàn)倒塌、坍塌，難以修復。必須要盡力防止出現(xiàn)脆性剪切破壞、彎剪破壞。

1 鋼筋混凝土橋墩抗震研究意義

開展鋼筋混凝土橋墩抗震問題的研究對保障橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全和交通生命線的暢通，具有十分重要的意義，確保橋墩在大地震中具有較好的延性和耗能能力。地震過程本身是一個隨機的過程,它發(fā)生的時間、地點和大小都具有明顯的不確定性。地震發(fā)生時,由于受很多因素及效應(yīng)的影響,并且場地各點的震動是隨時間和空間變化的。而橋梁作為重要的社會基礎(chǔ)設(shè)施之一,是抗震防災(zāi)、危機管理系統(tǒng)的一個重要組成部分,提高橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強區(qū)域安全的基本措施之一,是我國橋梁建設(shè)中所面臨的重大課題。研究這一課題對于保障人民生命安全和財產(chǎn)安全具有重大意義，對于我國的橋梁設(shè)計也具有巨大的貢獻。

2 鋼筋混凝土橋墩破壞分析

造成橋梁地震災(zāi)害的主要原因是地震在發(fā)生的過程當中會釋放出來巨大的能量,這種能量就會對周圍的建筑物產(chǎn)生很多方面的影響。那么，它對于橋梁的破壞主要是體現(xiàn)在這樣三個方面：

2.1 在較強地震發(fā)生的時侯,周圍的地形地貌都會隨著產(chǎn)生一個比較劇烈的變化有時候還會產(chǎn)生地裂和斷層 ,這樣的劇烈變化就會導致橋梁的結(jié)構(gòu)難以抵抗地震所帶來的巨大擠壓力，從而導致橋梁本身的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。

2.2 由于河床的砂土在這個過程當中出現(xiàn)了液化現(xiàn)象、橋梁的地基就很容易失效，這樣就導致橋梁的墩臺基礎(chǔ)出現(xiàn)急劇下沉的現(xiàn)象或者是不均勻下沉的現(xiàn)象，這些都會造成對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。

2.3 對于橋梁結(jié)構(gòu)而言，地震荷載作用下橋梁的破壞程度主要由于下部的結(jié)構(gòu)抗震能力而決定的，通常情況下是由于下部橋墩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的位移而導致落梁，碰梁或者是由于在地震動反復荷載作用下橋墩本身產(chǎn)生過度破壞。

3 橋墩抗震設(shè)計方法的研究現(xiàn)狀

橋墩抗震的設(shè)計方法也從地震經(jīng)驗中得到了不斷的改進與發(fā)展，由起初的單一強度控制到強度、穩(wěn)定性、位移的全面控制，到現(xiàn)在是多指標的結(jié)構(gòu)性能控制，歸納起來，橋梁的抗震設(shè)計方法主要基于強度設(shè)計、基于位移設(shè)計、基于性能的抗震設(shè)計、基于能量設(shè)計以及能力抗震設(shè)計方法。

4 鋼筋混凝土橋墩破壞類型

在總結(jié)國內(nèi)外進行的橋墩抗震實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析了彎曲，剪切和彎剪破壞形態(tài)下橋墩的變形能力和主要影響因素。

4.1 剪切破壞

變形能力幾乎為零，脆性破壞，斜方向剪切裂縫。剪切破壞是指橋墩的玩去破壞對應(yīng)的抗剪承載能力Pb高于剪切破壞的承載能力Ps，橋墩的強度完全由剪切強度控制的破壞形式。破壞時以斜方向的剪切裂縫為主。剪切破壞是一種脆性破壞，塑性變形能力很差。

4.2 彎剪破壞

變形能力有限，有限延性。脆性破壞，彎曲水平裂縫，剪切斜裂縫。彎剪破壞是指由于彎曲損傷引起截面剪切能力下降，最終以剪切破壞的形式達到極限狀態(tài)。與彎曲破壞相比，彎剪破壞的變形能力較差，從損傷到破壞之間的變形能力有限，是一種有限延性破壞破壞形態(tài)上同時含有彎曲水平裂縫和剪切斜裂縫，破壞時以剪切斜裂縫為主。

4.3 彎曲破壞

形成塑性鉸，延性破壞，從屈服開始到損傷倒塌有較大幅度，彎曲破壞是指橋墩的彎曲破壞對應(yīng)的抗剪承載能力Pb低于剪切破壞的承載能力Ps，橋墩強度由抗彎性能控制的破壞形態(tài)，在水平反復荷載作用下，由于構(gòu)件的截面彎曲抵抗能力低，在損傷截面內(nèi)形成塑性鉸，產(chǎn)生較大的反復變形，從損傷開始到最終破壞之間的變形幅度很大，具有較好的變形能力在損傷發(fā)生以后由于塑性變形吸收地震能量及剛度下降而降低地震荷載的強度，從而避免橋梁在地震中發(fā)生徹底倒塌破壞。

5 解決措施

5.1 通過合理配置高強箍筋，充分保證鋼筋混凝土橋墩的延性和耗能能力

5.2 改善鋼筋混凝土的強度，提高鋼筋混凝土橋墩的抗載能力

5.3 鋼筋混凝土橋墩設(shè)計時嚴格按照國家規(guī)范要求施工，杜絕出現(xiàn)豆腐渣工程

5.4 施工設(shè)計時在節(jié)約材料的同時盡量減少橋墩之間的距離，減小剪跨比，提高鋼筋混凝土橋墩的抗剪能力

6 結(jié)語

然而橋墩破壞除受前述承載能力延性因素影響外，具體的結(jié)構(gòu)影響因素還有軸壓比，剪跨比，配箍率，配筋率以及混凝土強悍度等，這些因素對于鋼筋混凝土橋墩的抗震性能也有著不可或缺的作用。

綜上所述，鋼筋混凝土橋墩的抗震性能是多方面因素決定的，若要提高其抗震能力，就要多方面優(yōu)化其性能，使其各方面達到指定標準，這樣才能提高鋼筋混凝土的抗震性能。只有達到以上要求，才能讓最大限度的保障橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全和交通生命線的暢通，才能更好的保障人民生命安全和財產(chǎn)安全。

[1]孫治國.鋼筋混凝土橋墩抗震變形能力研究[J].國際地震動態(tài),2013.06∶2

[2]劉偉慶.基于性能的鋼筋混凝土橋墩抗震變形能力的設(shè)計研究[J].建筑科學,2011∶3

[3]王東升.基于OpenSees的鋼筋混凝土橋墩抗震數(shù)值分析模型[J].世界地震工程,2016.01∶5

U45

B

1007-6344（2017）01-0031-01

聊城大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（項目編號：CXCY2016102）

張帥（1994-），男，漢族，山東鄒平人，本科在讀，聊城大學建筑工程學院聊城252059，從事鋼筋混凝土橋墩抗震性能研究。蘇志彬（1980-），男，漢族，河北景縣人，講師，碩士，聊城大學建筑工程學院聊城252059，從事工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)研究。