天水師范學(xué)院工學(xué)院杜長虹 李曉蓮

用Push-over方法分析橋墩的P-△效應(yīng)

天水師范學(xué)院工學(xué)院杜長虹 李曉蓮

P-△效應(yīng)是指結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下，由于結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的水平側(cè)移和存在著較大的豎向荷載，而在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生一定附加內(nèi)力和附加變形的現(xiàn)象。

Push-over方法建立在靜力非線性分析基礎(chǔ)之上的，通過結(jié)構(gòu)的非線性變形能力評價(jià)它的抗震能力，并且可以給出結(jié)構(gòu)的破損倒塌機(jī)制，從而發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，與通常的非線性動(dòng)力分析相比，具有計(jì)算簡單、結(jié)果明確的特點(diǎn)。本文采用這種方法來分析橋墩的P-△效應(yīng)。

一、計(jì)算實(shí)例

本文進(jìn)行Push-over分析計(jì)算所采用程序的是Buffalo大學(xué)AndreiM.Reinhorn等人編制的IDARC程序。

1.算例一。某市立交橋，1991年竣工，該橋?yàn)檫B續(xù)梁橋，鋼筋混凝土獨(dú)立柱墩，主橋長234米，寬9米，下部采用鉆孔灌注樁，樁長5～17米不等。混凝土等級為C20，該橋按地震烈度七度設(shè)防，場地為Ⅱ類場地。橋墩在豎向平面內(nèi)高度差異很大，為一典型的不規(guī)則橋梁結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行Push-over分析時(shí)，鑒于該橋全部采用板式橡膠支座且各橋墩配筋相同，故選取三個(gè)典型橋墩，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的P-Δ效應(yīng)分析。墩頂集中質(zhì)量均為1900kN。截面計(jì)算如圖1所示。按照《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ004-89）推薦的方法建立Push-over分析模型。

圖1 橋墩簡圖及Pushover分析模型

《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ004-89）規(guī)定，對于采用板式橡膠支座簡支梁橋和連續(xù)梁橋，橫橋向各墩的地震荷載，均按單墩模型計(jì)算，即把一個(gè)墩相鄰兩跨質(zhì)量的一半集中在墩頂，不計(jì)各墩之間由于上部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的聯(lián)系，以及上部結(jié)構(gòu)的變形。我們這里在計(jì)算時(shí)假設(shè)墩底固結(jié)?；谝陨辖⒎治瞿Ｐ腿鐖D1所示。

表1 圓形單柱式橋墩，截面參數(shù)

單柱式橋墩截面參數(shù)見表1計(jì)算參數(shù)見表2。

表2 圓形單柱式橋墩，計(jì)算參數(shù)

根據(jù)結(jié)構(gòu)考慮Push-over分析的結(jié)果，畫出結(jié)構(gòu)考慮和不考慮P-Δ效應(yīng)的基底剪力和墩頂位移曲線，如圖2所示。

圖2 單墩的基底剪力和墩頂位移曲線

圖3 雙柱式橋墩簡圖及Push-over分析模型

2.算例二。某市立交橋，1992年竣工，該橋?yàn)?7孔單層立交橋，橋長337米，寬9米。立交橋上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土簡支梁，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱式樁，灌注樁基礎(chǔ)，板式橡膠支座，混凝土等級為C30。該橋按地震烈度7度設(shè)防，場地為Ⅲ類場地。橋墩配筋相同，選取一個(gè)典型，墩頂集中質(zhì)量均為2180kN。按照《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ004-89）推薦的方法建立Push-over分析模型，同算例一。另外，在動(dòng)力分析中，建立合理的梁與墩頂之間的位移關(guān)系，對分析結(jié)果影響很大，對于橫橋向動(dòng)力分析，特別要注意梁與墩頂?shù)臋M向水平位移關(guān)系，以及梁與墩繞豎向軸的轉(zhuǎn)角關(guān)系。對工程中常見的情況，可以假設(shè)梁與墩頂?shù)臋M向水平位移相同(本文主要討論計(jì)算方法，所以不考慮支座及梁的高度)，而梁與墩繞豎向軸的轉(zhuǎn)角關(guān)系與支座類型及支座布置方式有關(guān)，需根據(jù)實(shí)際工程情況確定。所以本文假定主梁橫向與墩固接。計(jì)算簡圖如圖3。

雙柱式橋墩截面參數(shù)見表3，計(jì)算參數(shù)見表4。

表3 圓形雙柱式橋墩，截面參數(shù)

表4 圓形雙柱式橋墩，計(jì)算參數(shù)

根據(jù)結(jié)構(gòu)考慮Push-over分析的結(jié)果，畫出結(jié)構(gòu)考慮和不考慮P-Δ效應(yīng)的基底剪力和墩頂位移曲線，如圖4。

圖4 帶橫梁的雙墩的基底剪力和墩頂位移曲線

二、結(jié)論

1.P-Δ效應(yīng)的影響與結(jié)構(gòu)的本身物理參數(shù)有關(guān)。

2.結(jié)構(gòu)1-1，1-2，1-3的P-Δ效應(yīng)影響程度不同，主要原因在于這三個(gè)結(jié)構(gòu)的截面相同、配筋相同、所受軸向荷載值相等。但高度不同，導(dǎo)致了三個(gè)結(jié)構(gòu)的抗彎剛度不同。在這種情況下，P-△效應(yīng)的影響隨結(jié)構(gòu)計(jì)算高度的增加而變大。

3.結(jié)構(gòu)2-2和結(jié)構(gòu)1-1的剛度相近，但軸向荷載值結(jié)構(gòu)2-2要大于結(jié)構(gòu)1-1。結(jié)果它們受P-Δ效應(yīng)影響程度相差很大?？芍?，軸向荷載值的增大會導(dǎo)致P-△效應(yīng)的影響增大。

4.筆者認(rèn)為，并不是實(shí)際工程中所有結(jié)構(gòu)都要考慮P-△效應(yīng)影響，合理配筋的長細(xì)比小于5，軸壓比小于0.2的結(jié)構(gòu)可以不用考慮P-Δ效應(yīng)影響。如結(jié)構(gòu)1-1，1-2。對于自重較大，軸向荷載也大的橋墩，必須考慮P-Δ效應(yīng)影響，如2-2。