鋼筋混凝土圓柱式橋墩曲率延性系數(shù)影響因素研究

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

鋼筋混凝土圓柱式橋墩曲率延性系數(shù)影響因素研究

于繼克

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

采用有限元分析方法，對不同設(shè)計(jì)參數(shù)的橋墩截面進(jìn)行彎矩曲率分析，得到不同設(shè)計(jì)參數(shù)的橋墩彎矩曲率曲線。通過面積相等原則確定等效屈服曲率，得到不同設(shè)計(jì)參數(shù)下的橋墩等效屈服曲率和極限曲率。通過對墩柱截面設(shè)計(jì)參數(shù)的影響因素分析，得到橋墩曲率延性系數(shù)和延性能力的主要影響因素。

橋墩；彎矩曲率分析；延性能力；曲率延性系數(shù)

0 引言

眾所周知，橋梁的抗震性能在很大程度上取決于橋墩的抗震性能。橋墩主要是靠自身的延性來減小地震對橋梁的破壞，常用曲率延性系數(shù)作為衡量橋墩延性的量化設(shè)計(jì)指標(biāo)。因此，本文通過有限元分析軟件，對橋墩曲率延性系數(shù)影響因素進(jìn)行研究，從而得到影響橋墩延性能力的主要影響因素，希望能為今后的抗震設(shè)計(jì)提供參考。

1 橋墩曲率延性系數(shù)的定義

鋼筋混凝土橋墩的延性能力通常來自其塑性鉸區(qū)截面的轉(zhuǎn)動能力，塑性鉸區(qū)截面的轉(zhuǎn)動能力可通過截面的曲率延性系數(shù)來反映。截面屈服后的曲率與截面極限曲率的之比叫做截面的曲率延性系數(shù)，可用公式（1）來表示。

2 橋墩曲率延性系數(shù)影響因素建模分析

2.1 有限元建模

鋼筋混凝土橋墩的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有:混凝土強(qiáng)度、縱向配筋率、橫向配箍率、軸壓比等。本文采用有限元分析軟件ucfber建立了上述不同設(shè)計(jì)參數(shù)橋墩截面模型，其中，鋼筋采用有強(qiáng)化段的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，約束混凝土材料和非約束混凝土材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用 Mander 本構(gòu)模型，箍筋采用環(huán)式箍筋形式。

2.2 影響因素分析

2.2.1 對橋墩混凝土強(qiáng)度因素分析

表1 橋墩不同混凝土強(qiáng)度對曲率延性系數(shù)的影響

由表1，橋墩采用的混凝土強(qiáng)度越大，橋墩的曲率延性系數(shù)越小，橋墩的延性能力也越差。

2.2.2 對橋墩縱向配筋率因素分析

四種模型參數(shù)：橫截面面積S=5.027；保護(hù)層厚度d=5cm ；軸壓比μ=0.2；橫向配箍率ρ(h)=0.41%；混凝土強(qiáng)度采用C40混凝土；縱向鋼筋配筋率分別為ρ(z)=0.92%，ρ(z)=1.23%，ρ(z)=1.53%，ρ(z)=1.84%，ρ(z)=2.14%。橋墩曲率延性系數(shù)與縱向配筋率的關(guān)系如表2所示。

表2 橋墩不同縱向配筋率對曲率延性系數(shù)的影響

由表2可知，橋墩縱向配筋率越大，橋墩的曲率延性系數(shù)越小，橋墩的延性能力也越差。

2.2.3 對橋墩橫向配箍率因素分析

四種模型參數(shù)：橫截面面積S=5.027；保護(hù)層厚度d=5cm ；軸壓比μ=0.2；縱向配筋率ρ(z)=1.53%；混凝土強(qiáng)度采用C40混凝土；橫向配箍率分別為ρ(h)=0.16%，ρ(h)=0.21%，ρ(h)=0.27%，ρ(h)=0.41%，ρ(h)=0.82%。橋墩曲率延性系數(shù)與橫向配箍率的關(guān)系如表3所示。

表3 橋墩橫向配箍率對曲率延性系數(shù)的影響

由表3可知，橋墩縱向配筋率越大，橋墩的曲率延性系數(shù)越大，橋墩的延性能力也越好。

2.2.4 對橋墩軸壓比因素分析

四種模型參數(shù)：橫截面面積S=5.027；保護(hù)層厚度d=5cm ；軸壓比μ=0.2；縱向配筋率ρ(z)=1.53%；橫向配箍率ρ(h)=0.41%；混凝土強(qiáng)度采用C40混凝土；軸壓比分別為μ=0.2，μ=0.3，μ=0.4，μ=0.5，μ=0.6。橋墩曲率延性系數(shù)與軸壓比的關(guān)系如表4所示。

表4 橋墩不同軸壓比對曲率延性系數(shù)的影響

由表4可知，橋墩軸壓比越大，橋墩的曲率延性系數(shù)越小，橋墩的延性能力也越差。

3 結(jié)論

研究表明，鋼筋混凝土圓柱墩的曲率延性系數(shù)隨橋墩混凝土強(qiáng)度、縱向配筋率、橫向配箍率以及軸壓比的增大而增大。

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