基于系梁的雙肢薄壁高墩的抗震性分析

鮑捷

海南佳風工程設計有限公司湖北分公司 湖北武漢 430056

1 雙肢薄壁高墩橋梁工程概況及模型構建

文中結合某連續剛性雙肢薄壁高墩橋梁進行分析。此橋總長度為540米，該橋的跨徑布置為75米+3×130米+75米。橋梁的上半部分的主梁是單箱單室預應力箱梁，箱梁的總寬度為12米。雙肢薄壁高墩截面是一種實心的矩形形狀，雙肢截面的尺寸大小為1．2米＊5．6米，另外它的縱向橋軸距離為4．8米。整個基于系梁的雙肢薄壁高墩橋的橋墩和主梁采用C50強度等級的混凝土。我們先構建一種全橋桿系模型，如下圖所示，通過該模型可以推出橋墩墩頂的受力值，之后構建出一種精細化的雙肢薄壁高墩的有限元模型。另外，對混凝土受壓應力以及應變關系使用圖1所示模型，受壓應力和應變關系之間的關系式如下[1]。

圖 C50混凝土受壓應力-應變關系曲線

受壓應力和應變關系公式：

該受壓應力和應變關系之間的關系式中ft——表示為混凝土的軸心抗壓強度標準值，x＝ε／εp，其中εp——表示為混凝土受壓峰值應變。混凝土受拉應力隨著應變的增加而下降。其中，對鋼筋受拉應力和應變關系模型為二折線性模型，其材料采用理想的彈塑性材質。橋梁使用的混凝土使用線性縮減積分三維實體單元，該單元具有八個節點，是一個六面體，橋梁所使用的鋼筋應用一種線性三維實體單元，該單元具有兩節點。構建的基于系梁的雙肢薄壁高墩橋梁模型中，橋墩頂部位置的靜力分析通過加變幅度低周往復水平位移荷載來進行。

2 系梁構造參數影響分析

現階段，對系梁的制定的標準還不夠明確，因此絕大多數對系梁截面尺寸的設計基本都是依據相關經驗來開展設計工作，并且對配筋的設計也是通過經驗主義進行，然而當前對基于系梁的雙肢薄壁高墩的抗震性研究還不夠深入，熱衷于對此研究的人員不多。將系梁的配箍率加以改變，同時將系梁縱筋配筋率進行改變，對系梁和橋墩剛度比加以改變，然后通過對比探究出它們對基于系梁的雙肢薄壁高墩的抗震性能的影響。其中，系梁和橋墩剛度比公式如下，不對基于系梁的雙肢薄壁高墩混凝土的配箍率和縱筋配筋率的影響計算其中，該公式中Eb表示系梁混凝土彈性模量，Ep表示橋墩混凝土彈性模量，Ib表示系梁慣性矩，Ip表示單肢橋墩慣性[2]。

通過對系梁相關的構造參數加以改變，從而畫出基于系梁的雙肢薄壁高墩頂部力和位移之間的關系曲線圖，通過對高墩墩頂與位移之間關系曲線圖的分析可知，如果在只設置一道系梁的情況下，將系梁縱筋配筋率和配箍率加以改變，就不會對雙肢薄壁高墩有明顯的影響，尤其是不會對雙肢薄壁高墩滯回特性產生明顯的影響。鑒于此點，我們可以看出如果將系梁的配箍率和縱筋配筋率在一定程度上提高，難以達到良好的抗震效果，效率極低。通過實際工作中分析結論得知：如果在僅僅設置一道系梁的情況下，將系梁和橋墩的剛度比進行一定的改變，若基于系梁的雙肢薄壁高墩正處在一種彈性時期，系梁和橋墩剛度比的改變不會對整個基于系梁的雙肢薄壁高墩抗震能力有較大的影響。此外，如果基于系梁的雙肢薄壁高墩發展到一個塑性的時期，當系梁和橋墩的剛度比值是0．3時，橋墩頂部位置的位移處于一個極小值點，這對于雙肢薄壁高墩橋梁的橋墩頂部結構能夠起到很好的保護作用。

系梁數量對雙肢薄壁橋墩的滯回特性有極大的影響，另外，在雙肢薄壁高墩有無設立系梁也會對橋墩滯回性有著深遠的影響。對雙肢薄壁橋墩設置的系梁數量越多，橋墩墩頂位置的位移越小，橋墩間距設置越小，滯回曲線就會越朝著更加飽滿的方向發展，這對于雙肢薄壁橋墩的抗震性能也就更加有利。除此之外，如果不斷增加系梁的設置數量，那么雙肢薄壁橋墩的抗震性能增加比率也就會不斷降低[3]。

3 結語

第一點，基于系梁的雙肢薄壁高墩系梁數量設置是否合理以及系梁的設置是否科學，對于雙肢薄壁橋墩的滯回性而言，就會產生更大、更明顯的影響。如果雙肢薄壁橋墩對系梁的設置數量越多，那么該橋墩頂部的水平位移也就更小，如此，橋墩滯回曲線也就越發朝著飽滿的趨勢發展，這在很大程度上能夠提升雙肢薄壁橋墩的抗震性能。然而，如果對橋墩系梁設置的數量不斷增加，那么就會使得橋墩抗震性能增加比率不斷降低。

第二點，通過以上分析可知，系梁構造參數的改變不會對雙肢薄壁橋墩抗震性有太大的影響，系梁和橋墩的剛度比對橋墩抗震性能影響最大，然后是系梁配筋率的影響作用較大，系梁配箍率對橋墩抗震性能影響最小。對于橋墩抗震設計應當盡量保證剛度比值在0．3到0．42范圍內，只需要對系梁選擇和構造配箍率和配筋率便可。

第三點，基于上述兩點結論，如果在施工穩定的環境下應當首先通過將系梁數量增加來提升橋墩抗震性能。