圆端形实心墩的地震最大响应分析

肖锋文 孙彦卓

摘要：圆端形实心墩是我国铁路主要采用的桥墩形式之一，研究它的地震最大响应具有十分重大的理论和实际应用意义。本文根据“小震不坏”的抗震设防要求，在不同的场地条件中，用弹塑性时程分析研究了常遇地震下实心墩构件不应屈服的情况，以及罕遇地震下实心墩的抗震设防要求是否可以满足“大震不倒”，可以进一步了解实心墩不同地震和场地条件下的抗震性能。

关键词：土结相互作用；圆端形实心墩；弹塑性时程分析

Abstract：Solid Round End Pier is one of the piers of the railway is mainly used in the form, the largest study of its response to the earthquake of great theoretical and practical significance. According to the "small earthquake" of seismic requirements, conditions in different venues, with elastic-plastic time history analysis studied the situation often encountered earthquake should yield a solid pier components, as well as rare case of a solid pier seismic earthquake fortification requirements are meet. "earthquake does not fall", you can learn more about the seismic performance of solid piers under different seismic and site conditions.

Keyword：soil structure interaction; round-ended solid pier; time history analysis

中图分类号：U433.22文献标识码：A

圆端形实心墩是铁路桥梁主要的桥墩形式之一，然而它的缺点是截面配筋率一般较低，其变形性能较差，在地震中容易遭到破坏[1]。圆端形实心墩一般只配有少量的护面钢筋，其截面配筋率一般在l％以下，属于少筋混凝土结构。这种混凝土桥墩的变形性能较差，在地震中容易遭到破坏。场地运动引起了桥墩的位移，不同场地的土结相互作用对桥墩位移有不同的影响。本文出于研究目的，选取了常遇和罕遇的地震波对圆端形实心墩进行了弹塑性时程分析，寻求其破坏规律，从而可以进一步了解地震作用下桥梁结构的性能。

1、模型概况

本文选取某铁路客运线上一简支梁桥为例，它位于7度地震区，墩高14 m，截面为圆端形，如图1所示。采用扩大基础，分为三层，每层高度为1 m，基础埋深为5 m。桥梁上部结构为32+32 m双线标准简支箱梁，墩顶与箱梁之间采用盆式橡胶支座固定连接，简化成等效质量直接作用在墩顶上，梁重828 t。墩身材料采用C30混凝土，弹性模量为，桥墩纵向钢筋采用128根Q335直径20mm的钢筋，箍筋采用直径为8mm的Q235钢筋，箍筋间距为16mm。纵筋配筋率为0.22%。基础材料采用C25号混凝土。依据以上工程概况，本文分别建立了在线弹性和弹塑性时程分析的情况下，圆端形实心墩的结构分析模型，并在模型中以土弹簧的形式加入了柔性地基作用。

图1 圆端形实心墩的结构分析模型

2、建立圆端形实心墩结构抗震分析模型

2.1 场地类别划分与地震波的选取

我国《抗震规范》根据土层平均剪切波速和场地覆盖土层厚度，按表1将场地土划分为四类。本文研究的内容为规范中的II类场地的地震响应，故选取地震波时，按照第II类场地的剪切波速等信息选取。美国加州伯克利大学的太平洋地震工程研究中心(PEER)提供了强震记录数据库[2]，本文从中挑选了震级在里氏6.5-7.5，震中距为30-150 km，峰值加速度(PGA)在0.1-0.15 g之间的8条强震记录，作为圆端形实心墩在罕遇地震时弹塑性时程分析的地震动输入，如表2所示。考虑到地震波的频谱特征，本文对此地震波的下降点也作了响应的筛选，力求使地震波的下降点处于规范设计加速度反应谱的平台范围内，如图2所示。同时，也选取了一条平台范围外的地震波08作为参考。常遇地震则由本地震波加速度峰值调整后得到。本文将地震记录的加速度值按适当比例放大或缩小，使其峰值加速度等于事先所确定的地震加速度峰值。七度设防烈度下，常遇地震加速度峰值为35 gal，罕遇地震加速度峰值为225 gal。

表1 桥梁工程场地类别划分

平均剪切波速

(m/s) 场地类别

I II III IV

0

注：表中数据为场地覆盖土层厚度(m)

表2 时程分析选用的实际地震记录

图2动力放大系数β谱(Ⅱ类场地)

2.2 塑性铰的位置与柔性地基模型

桥梁结构在强震作用下会进入塑性，塑性变形主要由墩柱的塑性铰的变形能力所决定[3]，墩柱恢复性模型的建立是进行桥梁结构弹塑性分析的基本环节。《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01—2008)[4]中第6.2.2条规定：沿顺桥向，简支梁桥墩柱的底部区域为塑性铰区域。表3为本桥桥墩的墩底截面抗弯承载能力参数。