空心橋墩抗震研究綜述

空心橋墩抗震研究綜述

0空心橋墩抗震問(wèn)題在大型橋梁施工中，空心截面橋墩占地面積大，通常位于高地震烈度地區(qū)。由于國(guó)內(nèi)外尚缺乏空心橋墩震害經(jīng)驗(yàn),且試驗(yàn)、理論研究?jī)?chǔ)備相對(duì)不足,空心橋墩抗震問(wèn)題遠(yuǎn)未解決。目前,中國(guó)空心橋墩抗震設(shè)計(jì)依據(jù)的《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01—2008)和《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50111—2006)均未對(duì)空心橋墩的抗震設(shè)計(jì)給予特別關(guān)注,僅套用實(shí)心橋墩抗震的一般性原則。由于截面形式的特殊性,空心橋墩抗震問(wèn)題尤為突出,首先,空心橋墩截面形式是對(duì)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的“強(qiáng)剪弱彎”抗震設(shè)計(jì)原則的挑戰(zhàn);其次,空心截面形式不利塑性鉸的形成和發(fā)展;第三,薄壁空心橋墩在地震下易發(fā)生失穩(wěn)破壞,抗震穩(wěn)定性問(wèn)題突出;第四,受墩高和復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)形式的影響,空心橋墩地震反應(yīng)振型復(fù)雜,地震下空心橋墩(高墩)將受到復(fù)雜的彎-剪-扭耦合作用,對(duì)其抗震能力十分不利。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)實(shí)心橋墩抗震問(wèn)題進(jìn)行了大量研究并取得了若干進(jìn)展,對(duì)空心橋墩抗震問(wèn)題,盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力進(jìn)行了不少探索,但重點(diǎn)在于高墩(空心橋墩)動(dòng)力特性和地震反應(yīng),對(duì)空心橋墩實(shí)際的延性變形能力和抗剪強(qiáng)度缺乏合理認(rèn)識(shí),遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)延性抗震設(shè)計(jì)目標(biāo),這與空心橋墩在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用很不相稱(chēng)。為引起廣大科技和工程技術(shù)人員對(duì)空心橋墩抗震問(wèn)題的了解和重視,本文首先對(duì)中國(guó)部分鐵路和公路橋梁中空心橋墩的應(yīng)用情況進(jìn)行分析,總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于空心橋墩抗震問(wèn)題的研究進(jìn)展,并在此基礎(chǔ)上指出了空心橋墩抗震需要進(jìn)一步研究的方向和問(wèn)題。1中國(guó)空心橋梁應(yīng)用總結(jié)1.1空心橋墩壁厚比參數(shù)的定義壁厚比、剪跨比和薄壁的寬厚比是影響空心橋墩抗震能力的主要因素。Taylor等定義了薄壁無(wú)約束部分的長(zhǎng)度與壁厚的比值為寬厚比,用以研究薄壁墩的局部穩(wěn)定性問(wèn)題;本文定義空心橋墩壁厚與截面一半寬度的比值為壁厚比,用以進(jìn)一步體現(xiàn)空心橋墩截面形式的特殊性。空心橋墩橫橋向截面寬度b、縱橋向截面寬度h、橫橋向包括倒角在內(nèi)的壁厚z與無(wú)約束段壁厚t1、縱橋向包括倒角在內(nèi)的壁厚y與無(wú)約束段壁厚t2等參數(shù)的定義見(jiàn)圖1。橫橋向壁厚比c1、縱橋向壁厚比c2、橫橋向?qū)捄癖圈?、縱橋向?qū)捄癖圈?分別定義為c1=2t1b(1)c2=2t2h(2)ξ1=h?2yt1(3)ξ2=b?2zt2(4)c1=2t1b(1)c2=2t2h(2)ξ1=h-2yt1(3)ξ2=b-2zt2(4)由于橋墩縱橋向剪跨比的確定較為復(fù)雜,本文僅以橫橋向剪跨比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,直接將橋墩高度與橫橋向墩底截面寬度的比值定義為橫橋向(參考)剪跨比。1.2空心橋墩抗震試驗(yàn)對(duì)比為了解空心橋墩在中國(guó)橋梁工程中的應(yīng)用背景,收集了國(guó)內(nèi)6座大型鐵路橋梁和26座大型公路橋梁中35個(gè)鐵路橋梁空心橋墩及97個(gè)公路橋梁空心橋墩設(shè)計(jì)情況。收集的鐵路和公路空心橋墩的墩高H、橫橋向和縱橋向壁厚比c1、c2及橫橋向(參考)剪跨比λ等參數(shù)的設(shè)計(jì)情況見(jiàn)表1,各參數(shù)的具體分布情況見(jiàn)圖2、3。本文統(tǒng)計(jì)的鐵路橋梁空心橋墩為矩形單箱和圓端型單箱,而公路橋梁空心橋墩均為矩形截面,包括矩形單箱、雙箱和三箱等形式。同時(shí),為突出薄壁空心橋墩的應(yīng)用情況,整理了部分公路橋梁空心橋墩壁厚比c和薄壁寬厚比ξ的對(duì)應(yīng)關(guān)系,見(jiàn)圖4。圖5為國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)收集到的74個(gè)矩形空心橋墩抗震試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布,包括剪跨比、壁厚比和薄壁寬厚比等[13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31]。對(duì)比目前國(guó)內(nèi)外對(duì)矩形空心橋墩開(kāi)展的試驗(yàn)研究情況和矩形空心橋墩在中國(guó)橋梁工程中的應(yīng)用情況(圖2~5)可以看出,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)空心橋墩抗震問(wèn)題開(kāi)展的研究集中于中低墩,剪跨比普遍在8.0以下,而中國(guó)公路橋梁中空心橋墩橫橋向(參考)剪跨比大于10.0的高墩普遍應(yīng)用;同時(shí),國(guó)內(nèi)外針對(duì)薄壁墩開(kāi)展的研究明顯不足,圖2~4表明,壁厚比小于0.20的薄壁墩在中國(guó)橋梁工程中應(yīng)用廣泛,而目前文獻(xiàn)中僅Pinto等完成了1個(gè)壁厚比小于0.20的薄壁墩試驗(yàn)。Taylor等針對(duì)矩形薄壁空心橋墩進(jìn)行的靜力壓彎試驗(yàn)表明,空心橋墩薄壁寬厚比大于15.0時(shí),可能會(huì)因局部失穩(wěn)破壞而影響橋墩的極限承載力;薄壁寬厚比大于10.0的空心橋墩在中國(guó)橋梁工程中廣泛應(yīng)用,而文獻(xiàn)所見(jiàn)的空心橋墩抗震試驗(yàn)薄壁寬厚比最大僅為10.0,且試驗(yàn)數(shù)據(jù)集中在5.0以下,這都充分表明空心橋墩抗震問(wèn)題研究的滯后性。2空心橋的抗疲勞性能研究2.1空心橋墩的延性空心橋墩抗震研究的開(kāi)創(chuàng)性工作是由Park領(lǐng)導(dǎo)完成的,Mander和Zahn分別完成了4個(gè)矩形和6個(gè)圓形空心橋墩抗震擬靜力試驗(yàn),截面形式見(jiàn)圖6。主要結(jié)論為:對(duì)矩形空心橋墩,強(qiáng)調(diào)了箍筋的約束效應(yīng)對(duì)空心橋墩延性、耗能能力及抗彎承載力的有利作用;對(duì)圓形截面空心橋墩,則強(qiáng)調(diào)了抗彎中性軸位置對(duì)保證其延性抗震能力的重要性,由于空心橋墩內(nèi)側(cè)混凝土難以被有效約束,中性軸位置距內(nèi)側(cè)混凝土越近,混凝土則不易壓碎破壞,從而保證了橋墩的延性。但值得關(guān)注的是,他們研究的圓形截面試件僅沿截面外側(cè)配置了縱筋和約束箍筋,過(guò)多的縱筋配筋率(配筋率最高達(dá)5.4%)易造成截面抗彎中性軸遠(yuǎn)離空心橋墩內(nèi)壁,而內(nèi)側(cè)混凝土的脆性壓碎破壞又使得外側(cè)的箍筋難以有效發(fā)揮約束作用,這些都是造成Zahn的試件延性較差的重要原因。在Priestley領(lǐng)導(dǎo)下,Hoshikuma在美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)進(jìn)行了5個(gè)圓形薄壁空心橋墩的擬靜力試驗(yàn),試件截面形式同圖6(b)。試驗(yàn)結(jié)果同樣表明,內(nèi)側(cè)混凝土的壓碎破壞仍是控制圓形空心橋墩抗震能力的主要因素,強(qiáng)調(diào)了過(guò)高的縱筋配筋率對(duì)空心橋墩抗震的不利作用。同時(shí),剪跨比為2.5的2個(gè)試件發(fā)生了剪切破壞,分析表明,軸力對(duì)空心橋墩抗剪承載力的有益作用要遠(yuǎn)小于實(shí)心墩試件,并建議忽略軸力對(duì)空心橋墩抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。2.2空心橋墩抗震加固理論研究日本學(xué)者Ogata等以1995年Kobe地震后日本進(jìn)行的橋梁抗震加固為工程背景,設(shè)計(jì)了5個(gè)圓形截面空心橋墩,試件壁厚沿墩高逐漸變小并在變截面處截?cái)嗫v筋,通過(guò)擬靜力試驗(yàn)驗(yàn)證了FRP加固空心橋墩的有效性,并在此基礎(chǔ)上提出了空心橋墩抗震加固的設(shè)計(jì)建議。理論研究方面,為有效模擬空心橋墩的倒塌破壞過(guò)程,日本學(xué)者對(duì)空心橋墩中混凝土的壓碎和縱筋的屈曲破壞過(guò)程建立了精細(xì)化的分析模型,將混凝土保護(hù)層、箍筋和拉結(jié)筋均用彈塑性彈簧模擬,縱筋則用帶有固定端的梁模擬。模型中考慮了箍筋的約束效應(yīng)、縱筋塑性彎曲剛度、試件初始變形以及混凝土保護(hù)層的受拉和約束效應(yīng)等。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明,模型很好地模擬了空心橋墩的彎矩-曲率反應(yīng)以及混凝土壓碎和縱筋的屈曲破壞過(guò)程。2.3德國(guó)對(duì)空心橋抗的研究2.3.1空心橋墩結(jié)構(gòu)表征新規(guī)范設(shè)計(jì)的進(jìn)展歐洲關(guān)于空心橋墩抗震最著名的研究是在Pinto領(lǐng)導(dǎo)下完成的。在Pinto領(lǐng)導(dǎo)下,歐洲委員會(huì)JRC(JointResearchCenter)首先以?shī)W地利一座1975年設(shè)計(jì)的具有代表意義的未考慮抗震要求的空心橋墩為研究對(duì)象,在歐洲ELSA(EuropeanLaboratoryforStructuralAssessment)實(shí)驗(yàn)室完成了2個(gè)大比例(1∶2.5)矩形空心橋墩模型的擬靜力試驗(yàn),截面形式見(jiàn)圖7(a)。試件包含按舊規(guī)范設(shè)計(jì)橋墩的典型抗震缺陷,如塑性鉸區(qū)縱筋截?cái)嗲掖罱娱L(zhǎng)度不足,縱筋和箍筋配筋率偏低以及明顯不合理的配箍構(gòu)造措施等,試驗(yàn)結(jié)果表明,歐洲未考慮抗震要求的空心橋墩延性及耗能能力較差。他們還設(shè)計(jì)了2個(gè)符合歐洲新規(guī)范要求的矩形空心橋墩擬靜力試驗(yàn),截面形式見(jiàn)圖7(b),試驗(yàn)結(jié)果表明,按新規(guī)范設(shè)計(jì)的空心橋墩抗震能力明顯增強(qiáng)。在Pinto領(lǐng)導(dǎo)下,歐洲ELSA實(shí)驗(yàn)室以空心橋墩作為試驗(yàn)子結(jié)構(gòu),針對(duì)某多跨連續(xù)梁橋在世界上首次成功實(shí)現(xiàn)了大比例模型的子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)。研究成果除有效驗(yàn)證了按歐洲新規(guī)范設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力外,更主要的貢獻(xiàn)在于對(duì)子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)這一試驗(yàn)手段的探索。在對(duì)偽動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的數(shù)值模擬中,他們也認(rèn)識(shí)到纖維模型進(jìn)行空心橋墩抗震數(shù)值模擬的幾個(gè)不足,如縱筋拔出的考慮,橋墩非線性剪切對(duì)總體變形能力的影響等。其后,他們基于STM模型考慮空心橋墩的非線性剪切變形,并與基于Timoshenko梁?jiǎn)卧睦w維模型耦合,發(fā)展了空心橋墩抗震的數(shù)值分析技術(shù),與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。在空心橋墩抗震加固方面,Tsionis等總結(jié)了鋼筋混凝土空心橋墩的抗震試驗(yàn)結(jié)果,指出按舊規(guī)范設(shè)計(jì)的空心橋墩的變形能力遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足抗震要求,他們基于有限元模型和纖維模型研究了FRP加固矩形空心橋墩的變形能力,并提出了FRP加固空心橋墩的抗震設(shè)計(jì)公式。2.3.2空心橋墩的彎剪和剪切破壞葡萄牙學(xué)者首先完成了4個(gè)矩形空心矮墩(剪跨比均為3.3)的抗震擬靜力試驗(yàn),試件截面形式類(lèi)似于圖7(a)中的未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)試件,用以研究空心矮墩的抗剪薄弱性及震后修復(fù)技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,空心橋墩均發(fā)生彎剪或剪切破壞。震后修復(fù)試驗(yàn)表明,采用內(nèi)置箍筋和外包CFRP材料,經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)和修復(fù)的空心橋墩試件均發(fā)生彎曲破壞,表現(xiàn)出良好的抗震能力,且強(qiáng)度和延性大大提高。Faria等采用考慮混凝土受拉和受壓退化的雙標(biāo)量損傷變量模型和描述縱筋低周反復(fù)效應(yīng)的Menegotto-Pinto模型,對(duì)歐洲委員會(huì)JRC完成的4個(gè)矩形空心橋墩進(jìn)行了詳細(xì)的建模,對(duì)高墩(彎曲變形起控制作用)和矮墩(剪切影響較大)試件的滯回性能進(jìn)行了成功的模擬。2.3.3空心橋墩抗剪性能意大利學(xué)者Calvi等基于擬靜力試驗(yàn)并與現(xiàn)有橋墩抗剪計(jì)算公式進(jìn)行對(duì)比,研究了按舊規(guī)范設(shè)計(jì)的空心橋墩的抗震能力。橋墩截面形式見(jiàn)圖8,橋墩包括按舊規(guī)范設(shè)計(jì)的典型抗震缺陷,如箍筋用量嚴(yán)重不足,抗剪強(qiáng)度不足,縱筋的不合理截?cái)嗟?試驗(yàn)結(jié)果再次驗(yàn)證了空心橋墩的抗剪薄弱性。與橋墩抗剪分析計(jì)算公式的對(duì)比表明,UCSD模型和UCB模型較好地預(yù)測(cè)了空心橋墩的抗剪能力。同時(shí),針對(duì)空心橋墩的抗震薄弱性,Pavese等進(jìn)行了FRP加固空心橋墩的抗震性能試驗(yàn)和理論分析,結(jié)果表明,橫向包裹的FRP材料大大提高了空心矮墩的抗剪承載力、延性和耗能能力,對(duì)于彎剪破壞試件,加固方式仍較好地提高了空心橋墩的抗震能力,而對(duì)于含有縱筋搭接的空心橋墩試件,由于縱向FRP材料在柱底的破壞,加固效果并不理想。為進(jìn)一步研究外包CFRP對(duì)方形截面空心橋墩抗震能力的影響,意大利學(xué)者Lignola等完成了7個(gè)方形截面空心橋墩的壓彎試驗(yàn),試件截面形式類(lèi)似于圖8(a),并在試驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)展了CFRP約束方形截面空心橋墩的彎矩-曲率、荷載-位移分析模型。研究表明,CFRP有效延緩了混凝土的壓碎和縱筋的屈曲破壞過(guò)程,并由此提高了空心橋墩的強(qiáng)度和變形能力。2.3.4空心橋墩抗彎性能斯洛文尼亞學(xué)者Isakovic等以中歐20世紀(jì)70年代建造的空心橋墩為原型,完成1個(gè)矮墩模型和1個(gè)高墩模型的擬靜力試驗(yàn),截面形式見(jiàn)圖9。試件的抗震缺陷包括縱筋在塑性鉸區(qū)截?cái)嗲遗渲糜诠拷钔鈧?cè),配箍量明顯不足,縱筋及箍筋均采用光圓鋼筋等。試驗(yàn)結(jié)果表明,盡管橋墩的抗震設(shè)計(jì)缺陷明顯,但由于試驗(yàn)軸壓比較低,試件仍表現(xiàn)出不錯(cuò)的抗震能力,矮墩發(fā)生了彎剪破壞,高墩發(fā)生了彎曲破壞。研究者還進(jìn)行了空心橋墩滯回性能的數(shù)值模擬和抗剪強(qiáng)度分析工作,他們首先以Drain3DX程序的梁柱單元進(jìn)行了空心橋墩抗彎能力的數(shù)值模擬,并以此作為抗剪需求,與歐洲Eurocode8規(guī)范和UCSD模型中規(guī)定的橋墩抗剪能力進(jìn)行對(duì)比,預(yù)測(cè)空心橋墩的破壞模式和破壞位置,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明,各模型計(jì)算的橋墩抗剪能力差異非常大,且準(zhǔn)確度不高,空心橋墩抗剪問(wèn)題仍未得到很好解決。2.4中國(guó)科學(xué)家的研究2.4.1空心橋墩結(jié)構(gòu)加固研究為進(jìn)一步提高臺(tái)灣的交通運(yùn)輸能力,20世紀(jì)末臺(tái)灣啟動(dòng)了高速鐵路計(jì)劃,由于高速鐵路中使用的空心橋墩截面、配筋形式不同于以往研究的空心橋墩,臺(tái)灣學(xué)者對(duì)其抗震性能進(jìn)行了一系列的研究,空心橋墩截面形式見(jiàn)圖10,研究?jī)?nèi)容涉及空心橋墩中混凝土的本構(gòu)模型、空心橋墩的抗彎和抗剪能力、延性和耗能特征、空心橋墩抗震數(shù)值分析模型、空心橋墩的抗震加固和震后修復(fù)技術(shù)等。研究主要得出以下結(jié)論[18,19,20,21,22,23,24,25,26,27]:隨軸力增大,橋墩抗剪強(qiáng)度增加,但延性降低;隨配箍的增多,橋墩抗剪強(qiáng)度和變形能力均增加,箍筋配置不足且在塑性鉸區(qū)含有縱筋搭接的橋墩易發(fā)生搭接縱筋的粘結(jié)破壞,延性較差;外包CFRP可有效增加空心橋墩的延性和耗能能力,且CFRP加固圓形截面橋墩的效果優(yōu)于方形橋墩;使用CFRP和“狗骨式桿”對(duì)震后破壞的橋墩進(jìn)行修復(fù)可使震后破壞橋墩的抗震性能得到有效恢復(fù)。2.4.2空心橋墩變形能力的研究理論研究方面,弓俊青等針對(duì)鐵路常用空心圓端截面橋墩的形狀和特征,通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土空心圓端墩柱截面的彎矩-曲率分析,討論了軸壓比、配箍率、直邊長(zhǎng)度和壁厚對(duì)截面彎曲承載力與延性的影響。結(jié)果表明,由于直邊的存在,使得空心圓端截面的彎曲承載力大于相同直徑的空心圓形截面橋墩,而其延性卻減小;增大橋墩配箍可有效提高其彎曲承載力和延性,且空心橋墩內(nèi)徑的變化對(duì)其延性有較大影響。為精細(xì)模擬鋼筋混凝土空心橋墩在靜力推覆荷載作用下的破壞過(guò)程,禚一等在ABAQUS軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一種精細(xì)化的纖維梁柱單元分析平臺(tái)FENAP,對(duì)中國(guó)西部山區(qū)一空心高墩進(jìn)行了Pushover分析,模擬了橋墩從混凝土開(kāi)裂、縱筋屈服到混凝土壓碎破壞的完整過(guò)程,并通過(guò)與OpenSees計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了模型的精度。孫治國(guó)等基于纖維單元模型建立了鋼筋混凝土空心橋墩的滯回分析模型,在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上討論了縱筋、壁厚、混凝土強(qiáng)度、剪跨比等因素對(duì)空心橋墩變形能力的影響,獲得了彎曲破壞空心橋墩變形能力影響因素的初步認(rèn)識(shí)。并基于收集到的71個(gè)矩形空心橋墩擬靜力試驗(yàn)數(shù)據(jù),討論了影響空心橋墩變形能力的主要因素,給出了矩形空心橋墩塑性鉸區(qū)約束箍筋用量的計(jì)算公式。在試驗(yàn)研究方面,宋曉東和劉林同期開(kāi)展了空心橋墩抗震的試驗(yàn)研究工作,研究重點(diǎn)則分別針對(duì)山區(qū)公路橋梁高墩和鐵路圓端型空心橋墩。宋曉東完成的山區(qū)矩形空心高墩模型(剪跨比為8.0)的擬靜力試驗(yàn)表明,增大壁厚和配箍率可有效提高空心橋墩的變形和耗能能力。劉林完成的鐵路圓端型空心橋墩的擬靜力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),配筋率為0.23%的空心橋墩表現(xiàn)出明顯的脆性,而減小壁厚會(huì)降低空心橋墩的變形和耗能能力。郝文秀等通過(guò)擬靜力試驗(yàn)研究了活性粉末混凝土空心矩形橋墩的抗震性能,發(fā)現(xiàn)活性粉末混凝土橋墩具有較好的抗震能力,且橋墩的抗震能力隨軸壓比和混凝土強(qiáng)度增大而減小,隨配箍的增多而增大。崔海琴等設(shè)計(jì)了9個(gè)矩形空心橋墩的抗震擬靜力試驗(yàn),包括4個(gè)普通空心橋墩和5個(gè)CFRP加固的空心橋墩,研究表明,4個(gè)普通空心橋墩均發(fā)生彎曲破壞,變現(xiàn)出良好的延性和耗能能力,而橫向包裹CFRP的加固方式可有效提高空心橋墩的變形能力和抗剪強(qiáng)度。宗周紅等完成了6個(gè)矩形薄壁空心橋墩的雙向擬靜力試驗(yàn),研究表明,薄壁高墩在多維荷載作用下主要以彎曲破壞為主,但剪切作用不可忽視,不同方向荷載的耦合作用對(duì)空心橋墩的破壞過(guò)程有顯著影響,空心橋墩的變形能力隨剪跨比的增大或軸壓比的減小而增大。李志興以云南牛欄江大橋?yàn)槔?設(shè)計(jì)了1∶12的縮尺模型,通過(guò)偽動(dòng)力試驗(yàn)研究了含空心高墩的大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的抗震能力。杜修力等完成了5個(gè)矩形空心橋墩的擬靜力試驗(yàn),重點(diǎn)關(guān)注了配筋率、軸壓比、箍筋間距等對(duì)橋墩抗震能力的影響。3存在的問(wèn)題和發(fā)展方向3.1空心橋墩結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)延性變形能力影響有限空心橋墩在大型橋梁工程中獲得了廣泛應(yīng)用,而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)空心橋墩抗震問(wèn)題進(jìn)行的研究仍較為薄弱,本文總結(jié)了空心橋墩在中國(guó)橋梁工程中的應(yīng)用情況,并對(duì)國(guó)內(nèi)外完成的空心橋墩抗震研究成果進(jìn)行較為全面的介紹,主要結(jié)論及存在的問(wèn)題如下。(1)總結(jié)國(guó)內(nèi)外對(duì)空心橋墩延性抗震的研究進(jìn)展,一個(gè)基本共識(shí)為:空心橋墩延性抗震能力隨軸壓比提高而降低,隨配箍率的增加而增加,這與實(shí)心橋墩認(rèn)識(shí)并無(wú)特殊之處。而體現(xiàn)空心橋墩截面特殊性的壁厚比、薄壁寬厚比等參數(shù)對(duì)橋墩延性變形能力的影響尚無(wú)系統(tǒng)性研究,另外在空心橋墩這種截面尺寸可達(dá)10m以上的大型結(jié)構(gòu)中,箍筋能否發(fā)揮對(duì)核心混凝土的約束效應(yīng)值得懷疑。(2)更值得關(guān)注的是對(duì)高墩、薄壁空心橋墩抗震能力認(rèn)識(shí)薄弱。目前剪跨比大于10.0、壁厚比小于0.2、薄壁寬厚比大于10.0的空心橋墩在中國(guó)大型橋梁工程中獲得了廣泛應(yīng)用,限于試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)條件的限制,目前國(guó)內(nèi)外幾乎沒(méi)有對(duì)此開(kāi)展的研究。(3)對(duì)空心橋墩的地震抗剪強(qiáng)度缺乏有效性研究。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行的研究?jī)H限于“個(gè)案”,主要的研究手段在于基于試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)有抗剪分析模型進(jìn)行對(duì)比,由此獲得的認(rèn)識(shí)難免偏頗。目前中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)的主要依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01—2008)和《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50111—2006)均未對(duì)空心橋墩的抗剪問(wèn)題給予特別研究。(4)在空心橋墩抗震的數(shù)值分析技術(shù)上,由于剪切變形的影響較大,僅考慮彎曲變形的纖維模型表現(xiàn)出不足,近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的STM模型和修正的壓力場(chǎng)理論(MCFT)為考慮結(jié)構(gòu)的非線性剪切變形提供了有效途徑。3.2空心橋墩抗震問(wèn)題的研究現(xiàn)狀(1)深水高墩(空心橋墩)在地震下抗裂措施值得關(guān)注。在汶川大地震中,廟子坪大橋水下空心橋墩混凝土開(kāi)裂破壞,盡管橋墩設(shè)計(jì)充分實(shí)現(xiàn)了“大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)理念,但出于耐久性要求必須對(duì)水下裂縫進(jìn)行加固。重大土木工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)甚至要求達(dá)到“大震不裂”的目標(biāo),這也為深水橋墩的抗震設(shè)計(jì)提出了新的課題。美國(guó)密歇根大學(xué)研制了高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC),由于其優(yōu)越的抗拉伸性能而受到關(guān)注,可能為解決深水空心橋墩的地震開(kāi)裂問(wèn)題提供新的途徑。(2)橋墩震后殘余位移的大小是決定其使用性與可修復(fù)性的關(guān)鍵,1995年Kobe地震后,大量鋼筋混凝土橋墩由于殘余位移過(guò)大而無(wú)法修