趙啟琛 劉文會 郭 超 劉長彬

（吉林建筑大學 交通科學與工程學院，長春 130118）

0 引言

鋼筋混凝土橋梁在氯離子環(huán)境中，要比在碳化和凍融環(huán)境下對橋梁抗震性能產生相對較大的影響，氯離子也是影響橋梁結構耐久性的重要原因[1]。在大氣環(huán)境中，當氯離子的濃度達到一定的程度就會對鋼筋混凝土材料進行銹蝕，從而降低橋梁結構的承載力，而橋梁的維修加固也需要高昂的費用[2]，所以氯離子引起的材料劣化會影響橋梁的安全性和經濟性，對這種劣化作用的研究也有重要的意義。本文以高墩大跨橋梁為例，研究在大氣環(huán)境下材料劣化對橋梁結構抗震性能的影響。

1 背景工程

某大橋為120m+220m+120m 的三跨連續(xù)剛構橋，橋長460m，橋寬12m，主梁為3.2m-12.5m 單箱單室變截面箱梁，主梁截面高度按1.7 次拋物線變化，采用C50 混凝土，橋墩為8m×3.3m 的空心雙肢薄壁墩，雙肢凈距為9.7m，采用C40 混凝土，橋墩高88m，梁端采用盆式支座，混凝土保護層為50mm，如圖1 所示。

圖1 橋型布置圖(單位：cm)

2 材料劣化參數

2.1 混凝土

氯離子對橋梁構件的銹蝕最先作用于構件的保護層混凝土上，隨著氯離子濃度越來越大，保護層混凝土裂縫開展越來越大，直到達到了鋼筋的臨界氯離子銹蝕濃度，鋼筋開始發(fā)生銹蝕。保護層混凝土時變抗壓強度由下式表示[3]。

混凝土裂縫發(fā)展和鋼筋截面損失存在如下的關系[5]。

核心混凝土在軟件模擬中，采用Concrete04 材料Mander 模型模擬。因為核心混凝土主要是由于箍筋的加強作用，所以通過箍筋劣化模擬遞減的核心混凝土，箍筋劣化在下文指出。

2.2 鋼筋

在本文中，縱筋是HRB335 級32mm 的鋼筋，在軟件模擬中采用Steel02材料模擬，根據氯離子銹蝕公式[6]得出鋼筋在均勻腐蝕下的參數劣化如下。公式中的參數是在抽取了10000 組樣本下得到的均值[7]。

箍筋是HRB335 級12mm 的鋼筋，箍筋的劣化也用上述公式計算。箍筋對混凝土提供加強作用，所以將箍筋的性能換算到核心混凝土即可，不再對箍筋進行模擬。再加上Mander 模型中核心混凝土參數計算比較困難，所以用一種新的方法加以代替修正[9,10]，下面將給出在服役年限內核心混凝土加強參數“K”值修正后的變化表。

表1 “K”值變化表

圖2 鋼筋直徑時變圖

圖3 鋼筋強度時變圖

3 地震動輸入

本橋橋址區(qū)屬8 度區(qū)，場地類型為Ⅱ類，設計基本加速度峰值為0.2g，本文從地震動數據庫下載了三條地震波進行地震響應分析，地震響應結果取三條波的最大值[11]。

4 地震響應

在地震作用下，橋墩發(fā)生的損害要比橋梁上部結構更大，因此選擇橋墩為關鍵結構加以研究。由于篇幅原因，本文下面只給出1#墩的地震響應曲線。

由圖4 可知，左右兩肢在墩底和墩頂彎矩最大。左肢在距墩底42m 這一段中，彎矩大幅降低，而后在墩高42m 到墩頂這一段中，彎矩大幅增加。右肢和左肢的走向是基本一致的，即先大幅降低，最后大幅增加。從0 年劣化到80 年，左肢彎矩最大降幅為23.7%，右肢彎矩最大降幅為19.8%。

圖4 1#薄壁墩彎矩沿墩高變化曲線

由圖5 可知，左肢和右肢位移趨勢基本一致，自墩底到墩頂持續(xù)增大，在地震作用下墩頂最大位移已經達到了0.7m 左右。氯離子侵蝕作用開始時，墩頂位移就出現了變化。從0 年劣化到80 年，位移一直在增加，左肢墩頂位移最大增幅為21.9%，右肢墩頂位移最大增幅為20.7%。

圖5 1#薄壁墩位移沿墩高變化曲線

5 結論

1、在氯離子侵蝕作用下，隨著服役年限的增加，橋墩彎矩最大降幅達到了23.7%，位移最大增幅達到了21.9%。

2、大氣環(huán)境下，連續(xù)剛構橋從成橋時(0 年)至80 年，雙肢薄壁墩地震響應彎矩在持續(xù)減小，位移不斷增大，橋梁的抗震性能隨之明顯減弱。所以在橋梁的服役周期內要加以考慮因氯離子產生的侵蝕作用對墩柱抗震性能的影響。