鮑捷

海南佳風(fēng)工程設(shè)計(jì)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(gòu)建

文中結(jié)合某連續(xù)剛性雙肢薄壁高墩橋梁進(jìn)行分析。此橋總長(zhǎng)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(yù)應(yīng)力箱梁，箱梁的總寬度為12米。雙肢薄壁高墩截面是一種實(shí)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(gè)基于系梁的雙肢薄壁高墩橋的橋墩和主梁采用C50強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。我們先構(gòu)建一種全橋桿系模型，如下圖所示，通過(guò)該模型可以推出橋墩墩頂?shù)氖芰χ?，之后?gòu)建出一種精細(xì)化的雙肢薄壁高墩的有限元模型。另外，對(duì)混凝土受壓應(yīng)力以及應(yīng)變關(guān)系使用圖1所示模型，受壓應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系之間的關(guān)系式如下[1]。

圖 C50混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線

受壓應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系公式：

該受壓應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系之間的關(guān)系式中ft——表示為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，x＝ε／εp，其中εp——表示為混凝土受壓峰值應(yīng)變?；炷潦芾瓚?yīng)力隨著應(yīng)變的增加而下降。其中，對(duì)鋼筋受拉應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系模型為二折線性模型，其材料采用理想的彈塑性材質(zhì)。橋梁使用的混凝土使用線性縮減積分三維實(shí)體單元，該單元具有八個(gè)節(jié)點(diǎn)，是一個(gè)六面體，橋梁所使用的鋼筋應(yīng)用一種線性三維實(shí)體單元，該單元具有兩節(jié)點(diǎn)。構(gòu)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(guò)加變幅度低周往復(fù)水平位移荷載來(lái)進(jìn)行。

2 系梁構(gòu)造參數(shù)影響分析

現(xiàn)階段，對(duì)系梁的制定的標(biāo)準(zhǔn)還不夠明確，因此絕大多數(shù)對(duì)系梁截面尺寸的設(shè)計(jì)基本都是依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來(lái)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，并且對(duì)配筋的設(shè)計(jì)也是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)主義進(jìn)行，然而當(dāng)前對(duì)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(duì)此研究的人員不多。將系梁的配箍率加以改變，同時(shí)將系梁縱筋配筋率進(jìn)行改變，對(duì)系梁和橋墩剛度比加以改變，然后通過(guò)對(duì)比探究出它們對(duì)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(duì)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(jì)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(guò)對(duì)系梁相關(guān)的構(gòu)造參數(shù)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(guān)系曲線圖，通過(guò)對(duì)高墩墩頂與位移之間關(guān)系曲線圖的分析可知，如果在只設(shè)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(huì)對(duì)雙肢薄壁高墩有明顯的影響，尤其是不會(huì)對(duì)雙肢薄壁高墩滯回特性產(chǎn)生明顯的影響。鑒于此點(diǎn)，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(dá)到良好的抗震效果，效率極低。通過(guò)實(shí)際工作中分析結(jié)論得知：如果在僅僅設(shè)置一道系梁的情況下，將系梁和橋墩的剛度比進(jìn)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(shí)期，系梁和橋墩剛度比的改變不會(huì)對(duì)整個(gè)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(fā)展到一個(gè)塑性的時(shí)期，當(dāng)系梁和橋墩的剛度比值是0．3時(shí)，橋墩頂部位置的位移處于一個(gè)極小值點(diǎn)，這對(duì)于雙肢薄壁高墩橋梁的橋墩頂部結(jié)構(gòu)能夠起到很好的保護(hù)作用。

系梁數(shù)量對(duì)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(wú)設(shè)立系梁也會(huì)對(duì)橋墩滯回性有著深遠(yuǎn)的影響。對(duì)雙肢薄壁橋墩設(shè)置的系梁數(shù)量越多，橋墩墩頂位置的位移越小，橋墩間距設(shè)置越小，滯回曲線就會(huì)越朝著更加飽滿的方向發(fā)展，這對(duì)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(shè)置數(shù)量，那么雙肢薄壁橋墩的抗震性能增加比率也就會(huì)不斷降低[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

第一點(diǎn)，基于系梁的雙肢薄壁高墩系梁數(shù)量設(shè)置是否合理以及系梁的設(shè)置是否科學(xué)，對(duì)于雙肢薄壁橋墩的滯回性而言，就會(huì)產(chǎn)生更大、更明顯的影響。如果雙肢薄壁橋墩對(duì)系梁的設(shè)置數(shù)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(fā)朝著飽滿的趨勢(shì)發(fā)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(duì)橋墩系梁設(shè)置的數(shù)量不斷增加，那么就會(huì)使得橋墩抗震性能增加比率不斷降低。

第二點(diǎn)，通過(guò)以上分析可知，系梁構(gòu)造參數(shù)的改變不會(huì)對(duì)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(duì)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(duì)橋墩抗震性能影響最小。對(duì)于橋墩抗震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡量保證剛度比值在0．3到0．42范圍內(nèi)，只需要對(duì)系梁選擇和構(gòu)造配箍率和配筋率便可。

第三點(diǎn)，基于上述兩點(diǎn)結(jié)論，如果在施工穩(wěn)定的環(huán)境下應(yīng)當(dāng)首先通過(guò)將系梁數(shù)量增加來(lái)提升橋墩抗震性能。