发布时间 : 星期一 文章基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究 - I - 拟静力试验更新完毕开始阅读
第28卷第1期 地震工程与工程振动 2008年 2月 JOURNALOF EARTHQUAKE ENGNEERNGAND ENGNEERNGVBRATDN Vol 28Nto 1
Feb. 2008
文章编号：1000-1301(2008)01 -0123-07
基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震 性能试验研究(I)：
拟静力试验
司炳君\\李宏男\\王东升2，孙治国，王清湘
2
1
(1.大连理工大学海岸与近海工程国家重点试验室，辽宁大连116024; 2大连海事大学道路与桥梁工程研究所，辽宁大连116026)
摘要:通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计
方 法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1:2 5比例钢筋混凝土桥墩试件，对低周反复荷载作用 下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析，可以认为基于 位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求，并且在相对耗能能力（与理想弹塑性模 型相比）、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝 土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。
关键词:钢筋混凝土桥墩;基于位移抗震设计;拟静力试验;延性;滞
回耗能 中图分类号：P315. 9; U442 5 文献标志码:A
Expermental evaluation of the seism ic perfonmance of reinforced concrete bridge piers designed on the basis of displacement ( I) : Quasi-static test
SIB ingjun，LIHongnan，WANGDongsheng，SUN Zhiguo，WANG Q ingxiang
(1. State Key Laboratory of Coastal and Offshoie Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;
2 Institute of Road and Bridge Engineering，Dalian Maritime University，Dalian，116026，China)
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Abstract: Seismic perfomance of rs info iced concrete bridge piers designed by using displacement-based method is verified by the qua si-static test Two specimens with 1 2 5 scale are designed by seismic design method based on displacement，and anolher reference specimen with same scale is designed according to bridge seianic design code The damage states，bearing capacities，ductility，dissipated energy and stiflhess degradation of specimens are com - pared when the specimens are subjected to cyclic loading It is shown that seismic ductility capacities of reinforced concrete bridge piers designed on the basis of displacementmay meet Ihe seismic demands expected，especially the capacities of relative dissipated energy (compared with ideal elaslb-plastic model) and stfess degradation for the bridge pier almost have the same as that designed by current seismic design code Test results suggest Ihe proposed seismic designmelhod based on displacement is feasible.
Key words: reinforced concrete bridge piers; displacement based seismic design; quasi - static test; ductility; dis-sipated energy
引言
随着基于性能的抗震设计思想的提出，结构基于位移的抗震设计方法在近些年得到了较大发展。在桥
收稿日期：2007- 05- 25;修订日期：2007- 07- 20
基金项目：国家自然科学青年基金项目（50308027);国家杰出青年基金项目（50025823)
作者简介:司炳君（1971 -)，男，博士生，副教授，主要从事地震工程、结构工程等研究.Email: sibingjun@yahoci ccm. cn
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124 地震工程与工程振动 第
11]
28卷
梁抗震领域，各国学者相继提出了一些有实用价值的钢筋混凝土桥墩（梁)基于位移的抗震设计方法^ 。 作者总结前人工作，以钢筋和混凝土的应变幅值建立了钢筋混凝土桥墩不同破损极限状态的量化准则，以屈 服位移和位移延性系数作为设计参考变量，釆用屈服谱加速度和屈服位移Uy - Dy)格式的地震需求谱求解 系统在不同风险水平地震作用下的反应，在改进能力谱法基础上给出了一个可以实现‘小震不坏、中震可修 和大震不倒”多级性能目标的钢筋混凝土桥墩直接基于位移的抗震设计方法
[12]
。为进一步确认建议方法的 可行性和实用性，课题组按
相同条件设计了 2组共6根大比例尺钢筋混凝土桥墩试件(每组2根釆用基于位 移抗震设计方法设计，1根釆用现行抗震规范方法设计），对其抗震性能分别通过拟静力试验和振动台试验 进行了对比研究。论文共分两部分，本文主要介绍拟静力试验内容。
1钢筋混凝土原型桥墩设计
1. 1桥墩设计条件:
桥墩高度L =6 0m，上部结构集中质量W =315t纵筋II级,fy =340MPa*箍筋I级,/yh =240MPa*混凝土 C30, fc =21 0MPa-弹性模量，钢筋 E =2 1 X10MPa 混凝土 E =3. 0 X10MPa。
地震作用.?小震、中震和大震的地震动峰值分别为eh =0 14g、dm =0. 4g和^ =0. 8g。地震需求谱米用 Ay ^Dy格式图1 )，加速度峰值对应中震0. 4g,为文献[13 ]中20条硬土场地地震动建立的平均谱。 1.2桥墩基于位移抗震设计准则
5
4
文献[12]给出的满足‘小震不坏，中震可修，大震不倒”多级性能目标的钢筋混凝土桥墩基于位移抗震 设计准则为：
《< [SiJ/Ti
(1)
式中，i分别代表小震、中震和大震作用为不同水准地震作用下的墩顶位移反应，可通过A y - Dy格式的地 震需求谱求解，代]为墩顶允许最大位移,小震、中震和大震分别对应于弹性完好极限状态、损伤控制极限状 态和控制倒塌极限状态，它们由钢筋和混凝土的应变幅值共同定义并可基于曲率延性系数和位移延性系数 关系转化为墩顶位移的表述形式，Yi为考虑单调加载与低周反复加载不同而引入的修正系数
[12]
。
补充一点，建议的钢筋混凝土桥墩基于位移抗震设计方法需要迭代，因引入了更符合实际的屈服位移不 变假定，一般2步左右就可得到最终结果。由于初始截面设计尺寸、配筋情况不同，最终设计方案并不唯一， 它们都符合式（1)规定的位移设计准则，却可由不同的破损极限状态控制，即在某水准地震作用下式（1)中 等号成立。 1.3原型桥墩设计方案
文献[12]给出了桥墩详细设计过程，这里不再赘述。原型 桥墩设方案如表1所示，其中按现行‘公路工程抗震设计规范 (JTJ004 - 89) ”算方法设计的桥墩，弹性地震反应谱取为图1 中位移延性系数n =1况，重要性修正系数取为1. 2，综合影响 系数取为0. 3，箍筋直接取12@100。
10-,
计计情为<
比较这三个方案，对基于位移设计的1号桥墩和2号桥墩， 发现随着截面配箍率的增加，桥墩延性抗震能力明显增强，而相 应纵筋配筋率降低，即强度需求降低。对基于位移设计的2号 桥墩和基规范准强度设计的3号桥墩，它们配箍率相同，但后 者纵筋配筋率比者提高了 26%，相应强度提高了 12%，而延性 反应获得的益处是仅降了 5%，从经济角度看前者优于后者。 桥墩则不是很明确。
0
-1
—
,
_
_
_
_
的
0.00
屈服位移/m
0.15 0.30
,
于前低
Fig 1 Inelastic seismic demand spectrum with 图1 A y - D y格式地震需求谱
Ay -Dy format
对不同水准地震作用，1号桥墩几乎由小震、中震和大震共同控 制设计，2号桥墩则由大震倒塌控制设计;而3号
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第1期 司炳君等:基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究（I):拟静力试验 125
编号 直径 D /mm 表1原型桥墩设计方案 Table 1 Seismic design of prototype bridge piers 纵筋(配筋率） 反应位移延性系数 中震 2. 5 2. 0 1. 9 设计方法 箍肋（体积配箍率) 1 2 3 1000 1000 1000 24025(1. 5%) 24032(2. 5%) 24036(3. 1%) <12@80(0. 56%) <12@100(0. 45%) <12@100(0. 45%) 小震 大震 5. 9 4. 0 3. 8 <1 <1 <1 位移 位移 规范 2钢筋混凝土模型桥墩设计及制作
模型桥墩试件按1 2 5比例设计制作,圆形截面直径为400mm,净高2400mm,底部固定台座矩形截面 600mm X300mm。试件混凝土米用C30细石混凝土 ,纵筋米用II级螺纹钢,直径分别为010、￠12和￠14,箍 筋釆用10号镀锌铁丝,直径为4mm。
试件详细配筋如图2所示,编号及相关参数如表2所示。钢筋力学性能参数见表3。
轴力 mm
. 垫板
NCI 表2模型桥墩主要参数 Table 2 Structural
parameters of model bridge piers
编号 直径 D
/
m
m
混凝土强 度 /MPa
34. 7 纵筋 (配筋率)
24010(1. 5%) 箍筋 (配箍率)
<4@25(0. 50%)
设计 钢筋直径 /mm
屈服应变 3 屈服应力极 限应力
/MPa 272 362
伸长率 /% 14 21
/MPa 364 574
/^￡ 1290 1720
A10 400
位移 位移
4 10
A12 400
32. 4
24012(2. 2%)
<4@35(0. 36%) <4@35(0. 36%)
A14 400
29. 6
24014(2. 9%) 规范
12
366
555
1740
19 19
14 398 619 1890
图2试件配筋详图 Fig 2 Design details of the bridge piers
表3钢筋力学性能参数
Table 3 Properties of reinforcing bars
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-由钢材弹性模量E =2 10 X10MPa计算得到
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126 地震工程与工程振动 第28卷
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