近海環境氯離子侵蝕劣化下RC橋墩抗震分析

（吉林建筑大學 交通科學與工程學院，吉林 長春 130118）

0 引言

當前國內外學者提出了基于全壽命的橋梁設計，然后對服役期內材料劣化對橋梁結構性能退化的影響進行了研究。Padgett[1]等人的研究結果表明:由于橋墩內鋼筋的劣化，橋墩延性明顯減小，影響了結構的抗震能力。劉西拉[2]研究表明，箍筋銹蝕比縱筋銹蝕嚴重，尤其是縱箍筋交界處，箍筋劣化會影響核心混凝土的強度，進而構件延性變小。

1 算例簡介

1.1 工程背景

某大橋位于近海環境下，為一座2×21+2×25+21m 鋼筋混凝土連續梁橋，如圖1所示。主梁采用C50 混凝土；橋墩采用C30 混凝土。1#和4#墩高7.69m，2#和3#12.69m,均為直徑1.5m 的獨柱墩。采用柱式橋臺和樁基礎。

圖1

1.2 鋼筋劣化模型參數

本文中鋼筋采用Opensees 軟件中的Steel02 Material 模擬鋼筋本構。非約束混凝土采用Concrete01 材料Kent-park 模型，約束混凝土采用Concrete04材料Mander 模型模擬。參照相關文獻[3]用公式計算得出下圖2、3 鋼筋直徑和屈服強度時變模型。

圖2 縱箍筋直徑變化

圖3 縱箍筋屈服強度變化

1.3 材料劣化后核心混凝土的參數

該文中只模擬箍筋劣化后使核心區混凝土參數的降低，約束混凝土按照Mander 模型計算，結果如下。

表1 考慮時變的約束混凝土參數Tab.1 Time-dependent Parameters of Confined Concrete

2 截面彎矩曲率分析

選擇三種情況下對1#橋墩采用XTRACT 軟件分析：（1）僅考慮箍筋銹蝕；（2）僅考慮縱筋銹蝕；（3）縱箍筋共同銹蝕。

圖4 箍筋劣化分析

圖5 縱筋劣化分析

圖6 縱箍筋劣化分析

圖7 退化60年分析

根據圖4、5、6 可以看出，對于工況1，橋墩延性降低，其截面抗彎能力略有減小；工況2 下的橋墩截面抗彎能力和延性變化有差異性，抗彎能力降低的時候延性確在增加。這是因為縱筋直徑的減小引起屈服強度的降低，在極限位移和曲率不變的情況下，屈服曲率和位移降低，在一定程度下的縱筋強度減小能提高結構延性。工況3 下橋墩延性和抗彎性能都明顯減小。3種工況下的橋墩彎矩-曲率變化可以發現，工況3 下的橋墩抗彎能力和延性變化最大，所以抗震性能顯著降低。

6 結論

a.近海環境氯離子侵蝕會使箍筋和縱筋銹蝕，而且一樣環境下箍筋比縱筋要劣化的更快。

b.僅箍筋劣化，橋墩截面延性降低速度快；僅縱筋劣化，橋墩截面抗彎能力變小而延性變大；縱箍筋共同劣化時的橋墩截面延性和抗彎能力都明顯下降趨勢，對結構的抗震性能最不利。