導語：柱系梁對柱式墩抗震性能探究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著路網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，位于地形復(fù)雜的山區(qū)橋梁越來越多。而山區(qū)公路橋梁具有曲線、大縱坡、高墩等特點，通常會選擇中小跨徑的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋，下構(gòu)通常采用構(gòu)造簡單、自重輕、節(jié)省鋼筋和混凝土用量、施工技術(shù)成熟的雙柱式橋墩。雙柱式墩在罕遇地震作用下通常在墩身產(chǎn)生不同的病害。歸納分類為3種：（1）橋墩墩底所受的彎矩發(fā)生彎曲破壞，表現(xiàn)為墩底塑性鉸區(qū)混凝土保護層剝落；（2）柱系梁梁端先于墩柱屈服破壞；（3）柱系梁節(jié)點處柱端發(fā)生鋼筋屈服破壞。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，雙柱式墩潛在塑性鉸位置如圖1所示。合理地設(shè)置柱系梁位置及尺寸，可使系梁先于墩柱發(fā)生屈服，形成延性和塑性耗能能力良好的接近于“梁鉸型”的塑性耗能機構(gòu)，這符合“多道防線”的抗震概念設(shè)計。

1工程概況

某橋橋?qū)?2m，上構(gòu)采用3×30m先簡支后連續(xù)小箱梁，下構(gòu)為雙柱式橋墩，墩高18m，墩身1．5m，基礎(chǔ)采用m法模擬，樁徑1．8m。如圖2所示。

2柱系梁設(shè)置對墩柱受力的影響

2．1力學模型。雙柱式墩的超靜定結(jié)構(gòu)簡化模型如圖3、圖4所示，可知在橫橋向平面內(nèi)通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)柱系梁位置以及柱系梁尺寸來改變柱與系梁間的彎矩分配，可有效減小墩身彎矩，進而實現(xiàn)在橫向作用力下的“多道防線設(shè)防”，柱系梁作為第一道防線在橫向水平地震作用力中先于墩柱屈服。2．2分析模型。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG3362－2018）第9．6．5條“柱式墩臺的柱身間設(shè)置柱系梁時，其截面高度和寬度可分別取0．8～1．0倍和0．6～0．8倍的柱直徑”和以往設(shè)計經(jīng)驗，分別建立以下3個模型：模型1：橋墩間不設(shè)置柱系梁，只保留地系梁。模型2：橋墩間于0．5H（H指墩高，下同）位置處設(shè)置柱系梁，系梁尺寸為1．2m×1．4m。模型3：橋墩間于0．3H和0．7H處設(shè)置柱系梁，系梁尺寸為1．2m×1．4m。2．3動力分析。結(jié)構(gòu)的振動周期、振型等反映結(jié)構(gòu)動力特性的重要參數(shù)，是評價橋梁動力性能的重要依據(jù)。本文對模型1、模型2、模型3等3種橋梁結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，其結(jié)果如表1所示。從3種模型的周期及振型的分析比較得知，有柱系梁的柱式墩相較于無系梁的柱式墩，其自振周期明顯減小。這說明柱系梁的存在增強了墩柱的剛度，提高了雙柱式墩的整體受力能力。2．4反應(yīng)譜分析。假定橋址區(qū)特征周期為0．35s，地震加速度為0．15g，場地類別為Ⅱ類。按多振動反應(yīng)譜法分別得到E1、E2地震作用下的反應(yīng)譜如圖5、圖6所示。將其按照橫橋向輸入到以上3個模型中，得到各墩身及柱系梁梁端的最大彎矩值。其結(jié)果如表2～3所示。由表2和表3可知，在E1橫橋向地震作用下，與無柱系梁的雙柱式墩相比，隨著柱系梁的增加，墩底彎矩分別減少12．9％、12．0％；墩頂位移分別減少28．5％、37．6％。由表4、表5可知，在E2橫橋向地震作用下，與無柱系梁的雙柱式墩相比，隨著柱系梁的增加，墩底彎矩分別減少13．9％、22．4％；墩頂位移分別減少28．5％、37．7％。綜上可知，雙柱式墩增加柱系梁有益于減少橫橋向墩底彎矩和墩頂位移。隨著柱系梁根數(shù)的增加，墩頂位移和墩底彎矩減少得更明顯。

3柱系梁尺寸對墩柱的影響

本文設(shè)置了3個不同柱系梁尺寸的模型，研究柱系梁剛度對墩柱的影響。模型1：按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》9．6．5條的建議，柱系梁尺寸為1．2m×1．4m，于0．5H位置處設(shè)置。模型2：柱系梁尺寸為1．5m×2m，于0．5H位置處設(shè)置。模型3：柱系梁尺寸為0．3m×0．4m，于0．5H位置處設(shè)置。由表6、表7可知，1．2m×1．4m柱系梁的墩柱與0．3m×0．4m柱系梁相比，墩底彎矩分別減小了8．93％（E1）、9．16％（E2）；與1．5m×2m的柱系梁相比，其節(jié)點處墩柱上下端的彎矩分別減少了15．46％（E1）、17．29％（E2）。由此分析得出結(jié)論：墩柱與蓋梁形成的框架結(jié)構(gòu)體系是多次超靜定結(jié)構(gòu)，系梁的剛度與墩柱剛度的相對大小會影響到結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分配。剛度過大的系梁會使節(jié)點處柱端先于梁端破壞；剛度過小的系梁分配的力矩小，墩柱先于系梁破壞，系梁沒有發(fā)揮作用。合理的系梁剛度應(yīng)是系梁分配到的力矩使系梁屈服破壞，同時墩柱未發(fā)生破壞。

4結(jié)語

（1）從動力特性分析：在雙柱式墩之間設(shè)置柱系梁，能增強橋墩的剛度，提高整體受力性能。（2）根據(jù)反映譜結(jié)果分析，在雙柱式墩設(shè)置系梁，有益于減少墩頂位移和墩底彎矩。并且隨著柱系梁根數(shù)的增加，墩頂位移和墩底彎矩減少得更明顯。（3）合理的柱系梁尺寸在抗震設(shè)計中能有效地發(fā)揮“第一道防線”的作用。過大的系梁尺寸會使節(jié)點處墩柱先于系梁破壞，過小的系梁尺寸發(fā)揮的作用不大。

參考文獻

［1］JTG3362－2018，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］JTG／TB02－02－2008，公路橋梁抗震設(shè)計細則［S］．

［3］雷俊卿，宋力勛．汶川百花大橋震害分析與抗震性能研究［J］．北京交通大學學報，2012（1）：1－5．

［4］李廉錕．結(jié)構(gòu)力學（上）［M］．北京：高等教育出版社，2009．

作者:李璐杰 覃耀柳 張弋強 單位:廣西交通科學研究院有限公司