墩柱變軸力往復加載控制程序設計和試驗驗證

陳 嶸

(北京建筑大學 土木與交通學院，北京 100044)

1 引 言

地震對結構的作用實際上是多維的，試件的破壞與荷載路徑有關。水平雙向地震比單向地震對結構的破壞作用大很多，一個方向的損傷會影響另一個方向的抗震能力，如型鋼柱的水平雙向地震試驗表明，一個方向的屈服嚴重影響另一個方向的抗震能力[1]。軸力變化影響構件的抗震性能，如雙柱橋墩在橫橋向地震作用下，柱軸力變化影響柱頂位移，鋼筋混凝土框架結構邊框柱的軸力變化對其抗震性能影響很大[2]。

實際震害(如圖1所示)中，橋墩軸力變化的影響不容忽視。1989年美國洛馬·普里埃塔(Loma Prieta)地震，7級，Struve Slough橋部分橋墩與蓋梁節點發生彎剪破壞，與上部結構的相對位移過大，導致橋墩與蓋梁脫開并穿透橋面，記錄到的地面水平運動加速度峰值0.39g，豎向運動加速度峰值0.66g。2008年汶川地震，8級，《公路工程抗震設計規范》(JTG B02-2013)[3]指出，斷裂帶附近豎向地震作用較大，百花大橋、映秀鎮順河橋、小魚洞大橋等因同時受到巨大的豎向和水平向地震作用，出現了由結構構件強度失效破壞而導致的結構垮塌。

圖1 震害

《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T B02-01-2008)[4]7.4.4條、7.4.5條規定考慮最不利軸力組合計算軸力-彎矩-曲率曲線，7.4.8條規定對于雙柱墩、排架墩，橫橋向的容許位移可在蓋梁處施加水平力F，進行非線性靜力分析。當墩柱的任一塑性鉸達到其最大容許轉角時，蓋梁處的橫向水平位移即為容許位移(如圖2所示)。

圖2 雙柱墩的容許位移

目前，國外的試驗研究成果有R. P. Dhakal等[5]對按照美國加州規范、新西蘭規范和日本規范設計了3個1∶3的橋墩模型進行雙向擬動力試驗。……