圓端形實心墩的地震最大響應分析

肖鋒文 孫彥卓

摘要：圓端形實心墩是我國鐵路主要采用的橋墩形式之一，研究它的地震最大響應具有十分重大的理論和實際應用意義。本文根據“小震不壞”的抗震設防要求，在不同的場地條件中，用彈塑性時程分析研究了常遇地震下實心墩構件不應屈服的情況，以及罕遇地震下實心墩的抗震設防要求是否可以滿足“大震不倒”，可以進一步了解實心墩不同地震和場地條件下的抗震性能。

關鍵詞：土結相互作用；圓端形實心墩；彈塑性時程分析

Abstract：Solid Round End Pier is one of the piers of the railway is mainly used in the form, the largest study of its response to the earthquake of great theoretical and practical significance. According to the "small earthquake" of seismic requirements, conditions in different venues, with elastic-plastic time history analysis studied the situation often encountered earthquake should yield a solid pier components, as well as rare case of a solid pier seismic earthquake fortification requirements are meet. "earthquake does not fall", you can learn more about the seismic performance of solid piers under different seismic and site conditions.

Keyword：soil structure interaction; round-ended solid pier; time history analysis

中圖分類號：U433.22文獻標識碼：A

圓端形實心墩是鐵路橋梁主要的橋墩形式之一，然而它的缺點是截面配筋率一般較低，其變形性能較差，在地震中容易遭到破壞[1]。圓端形實心墩一般只配有少量的護面鋼筋，其截面配筋率一般在l％以下，屬于少筋混凝土結構。這種混凝土橋墩的變形性能較差，在地震中容易遭到破壞。場地運動引起了橋墩的位移，不同場地的土結相互作用對橋墩位移有不同的影響。本文出于研究目的，選取了常遇和罕遇的地震波對圓端形實心墩進行了彈塑性時程分析，尋求其破壞規律，從而可以進一步了解地震作用下橋梁結構的性能。

1、模型概況

本文選取某鐵路客運線上一簡支梁橋為例，它位于7度地震區，墩高14 m，截面為圓端形，如圖1所示。采用擴大基礎，分為三層，每層高度為1 m，基礎埋深為5 m。橋梁上部結構為32+32 m雙線標準簡支箱梁，墩頂與箱梁之間采用盆式橡膠支座固定連接，簡化成等效質量直接作用在墩頂上，梁重828 t。墩身材料采用C30混凝土，彈性模量為，橋墩縱向鋼筋采用128根Q335直徑20mm的鋼筋，箍筋采用直徑為8mm的Q235鋼筋，箍筋間距為16mm。縱筋配筋率為0.22%。基礎材料采用C25號混凝土。依據以上工程概況，本文分別建立了在線彈性和彈塑性時程分析的情況下，圓端形實心墩的結構分析模型，并在模型中以土彈簧的形式加入了柔性地基作用。

圖1 圓端形實心墩的結構分析模型

2、建立圓端形實心墩結構抗震分析模型

2.1 場地類別劃分與地震波的選取

我國《抗震規范》根據土層平均剪切波速和場地覆蓋土層厚度，按表1將場地土劃分為四類。本文研究的內容為規范中的II類場地的地震響應，故選取地震波時，按照第II類場地的剪切波速等信息選取。美國加州伯克利大學的太平洋地震工程研究中心(PEER)提供了強震記錄數據庫[2]，本文從中挑選了震級在里氏6.5-7.5，震中距為30-150 km，峰值加速度(PGA)在0.1-0.15 g之間的8條強震記錄，作為圓端形實心墩在罕遇地震時彈塑性時程分析的地震動輸入，如表2所示。考慮到地震波的頻譜特征，本文對此地震波的下降點也作了響應的篩選，力求使地震波的下降點處于規范設計加速度反應譜的平臺范圍內，如圖2所示。同時，也選取了一條平臺范圍外的地震波08作為參考。常遇地震則由本地震波加速度峰值調整后得到。本文將地震記錄的加速度值按適當比例放大或縮小，使其峰值加速度等于事先所確定的地震加速度峰值。七度設防烈度下，常遇地震加速度峰值為35 gal，罕遇地震加速度峰值為225 gal。

表1 橋梁工程場地類別劃分

平均剪切波速

(m/s) 場地類別

I II III IV

0

注：表中數據為場地覆蓋土層厚度(m)

表2 時程分析選用的實際地震記錄

圖2動力放大系數β譜(Ⅱ類場地)

2.2 塑性鉸的位置與柔性地基模型

橋梁結構在強震作用下會進入塑性，塑性變形主要由墩柱的塑性鉸的變形能力所決定[3]，墩柱恢復性模型的建立是進行橋梁結構彈塑性分析的基本環節。《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/TB02-01—2008)[4]中第6.2.2條規定：沿順橋向，簡支梁橋墩柱的底部區域為塑性鉸區域。表3為本橋橋墩的墩底截面抗彎承載能力參數。