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橋梁節(jié)點(diǎn)部位的抗震解析論文
[關(guān)鍵詞]橋梁節(jié)點(diǎn)抗震
[摘要]基于震害現(xiàn)象和有關(guān)實(shí)驗(yàn)與理論研究，結(jié)合能力抗震設(shè)計(jì)的思想，按照我國(guó)公路橋梁的特點(diǎn)，探討影響極限強(qiáng)的因素，并提出抗震設(shè)計(jì)的方法，具有重要的論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
在橋梁結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式與房屋框架結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)相差較大，而且橋梁結(jié)構(gòu)在橫向地震作用下主要依靠墩柱的延性發(fā)生變形，而不是依靠蓋梁的延性，因而不能套用房屋框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)。但是毫無(wú)疑問(wèn)的是，橋梁節(jié)點(diǎn)部位屬于能力保護(hù)構(gòu)件，在地震作用下需要保持較高的強(qiáng)度和剛度。本文結(jié)合我國(guó)公路橋梁的特點(diǎn)，對(duì)影響極限強(qiáng)的因素做出了探討，具有重要的論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
一、我國(guó)橋梁節(jié)點(diǎn)受力特點(diǎn)
點(diǎn)的受力機(jī)理受到多種因素的影響，包括:混凝土強(qiáng)度，鋼筋屈服強(qiáng)度，核心區(qū)內(nèi)箍筋的構(gòu)造以及梁柱主筋的錨固狀況等。在正常配筋的情況下，節(jié)點(diǎn)核心的受力過(guò)程，一般經(jīng)歷以下四個(gè)階段:
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當(dāng)加載使核心區(qū)出現(xiàn)第一條斜裂縫時(shí)，稱為核心區(qū)初裂階段。此時(shí)箍筋應(yīng)力水平很低，節(jié)點(diǎn)可認(rèn)為處于彈性工作階段，節(jié)點(diǎn)剪力主要由混凝土承擔(dān)。
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初裂后繼續(xù)增加荷載，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)中部陸續(xù)出現(xiàn)第二條、第三條斜裂縫，將核心區(qū)分割成若干小塊，然后逐漸形成貫通節(jié)點(diǎn)核心對(duì)角線的主斜裂縫。通裂時(shí)節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋應(yīng)力很快增加至屈服應(yīng)力，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入彈塑性階段，剛度明顯降低。試驗(yàn)顯示，通裂時(shí)的承載能力約為極限承載能力的80%左右。
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通裂后外荷載還可以繼續(xù)增加，核心區(qū)裂縫寬度越來(lái)越寬，結(jié)構(gòu)變形明顯加大，核心區(qū)剪切變形成倍增長(zhǎng)�；炷帘Ｗo(hù)層開始起殼、剝落。此時(shí)承載能力達(dá)到最大值，稱為極限階段。極限時(shí)節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋幾乎全部屈服。
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雖然變形持續(xù)加大，但是節(jié)點(diǎn)承載能力開始降低，核心區(qū)混凝土大塊剝落。破損時(shí)節(jié)點(diǎn)的承載能力約為極限時(shí)的80%一90%。
二、加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度
在地震作用下，希望塑性鉸出現(xiàn)在梁端，這樣就不會(huì)引起高層結(jié)構(gòu)太大的側(cè)向變形，避免了倒塌的后果。但是在橋梁結(jié)構(gòu)中，如果梁端出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)角，就會(huì)引起橋面系極大的破壞，甚至使橋梁結(jié)構(gòu)完全喪失使用功能，這是人們所不愿看到的。因此在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，一般選擇塑性鉸出現(xiàn)在橋墩中。由于橋梁結(jié)構(gòu)都是單層或者雙層，即使墩柱中出現(xiàn)塑性鉸，在設(shè)計(jì)預(yù)期的地震作用下，只要墩柱的延性能力滿足塑性鉸轉(zhuǎn)角的需求，都不會(huì)引起倒塌的后果。對(duì)于橋梁節(jié)點(diǎn)部位的抗震要求，則與建筑抗震規(guī)范一致。節(jié)點(diǎn)是連接橋墩和蓋梁的傳力構(gòu)件，是保證整個(gè)結(jié)構(gòu)良好工作的關(guān)鍵部位，屬于能力保護(hù)構(gòu)件，因此對(duì)其強(qiáng)度和剛度要求都較高。
�。ㄒ唬┰谟蓸蚨蘸蜕w梁組成的框架結(jié)構(gòu)中，在橫向地震作用下，塑性鉸可能出現(xiàn)在墩底截面，墩頂截面，節(jié)點(diǎn)，梁端截面。根據(jù)能力抗震設(shè)計(jì)思想，蓋梁的極限強(qiáng)度一般要比橋墩截面大，如果蓋梁中配有預(yù)應(yīng)力筋，其極限強(qiáng)度會(huì)更大，因而一般不會(huì)稱為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。在橫向作用力增大的過(guò)程中，墩底截面彎矩最大，首先進(jìn)入屈服狀態(tài)。在墩底截面出現(xiàn)塑性鉸以后，截面上的彎矩會(huì)保持平穩(wěn)狀態(tài)不再增長(zhǎng)，而墩頂截面的彎矩會(huì)隨框架變形的增加而持續(xù)增大，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域內(nèi)的箍筋應(yīng)力也會(huì)隨之增加直至屈服。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)域的剛度出現(xiàn)退化，會(huì)削弱對(duì)墩頂截面的約束，甚至形成鉸接約束，從而引起結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)側(cè)向變形加速變大，對(duì)結(jié)構(gòu)橫向抗震性能是很不利的。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋如果在墩底截面的塑性鉸出現(xiàn)以前就進(jìn)入屈服，會(huì)削弱對(duì)墩頂截面的約束，甚至形成鉸接約束，從而引起結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，墩頂截面彎矩減小，墩底截面彎矩增大，使得墩底更快進(jìn)入屈服狀態(tài)，從而降低框架結(jié)構(gòu)的橫向抗震性能。
�。ǘ┰诓煌目v筋配筋率下，墩底截面總是首先進(jìn)入屈服狀態(tài)，梁端截面基本不屈服，在配筋率小于3%時(shí)，墩頂截面也會(huì)達(dá)到屈服，當(dāng)配筋率超過(guò)3%時(shí)，墩頂截面并未達(dá)到屈服狀態(tài)。這說(shuō)明在不同的配筋率下，節(jié)點(diǎn)部位并不是保持相同的剛度。當(dāng)節(jié)點(diǎn)部位出現(xiàn)剛度軟化以后，對(duì)墩頂截面的約束減弱，從而導(dǎo)致墩頂截面彎矩減小。
�。ㄈ┕�(jié)點(diǎn)區(qū)域的配箍率對(duì)結(jié)構(gòu)的橫向抗推極限承載能力影響并不大，這是因?yàn)橛?jì)算中假定梁柱中延伸入節(jié)點(diǎn)區(qū)域的主筋和混凝土粘結(jié)良好，核心區(qū)混凝土所承受的剪力都能完全傳遞到主筋中去。這樣梁柱的主筋就承擔(dān)了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)中的剪力，因而箍筋的作用體現(xiàn)不明顯。事實(shí)上在混凝土開裂以后，隨著裂縫的發(fā)展，主筋與混凝土之間的粘結(jié)惡化導(dǎo)致滑移的產(chǎn)生，混凝土中的剪力就不能完全傳遞到主筋，此時(shí)就需要依靠節(jié)點(diǎn)中的箍筋承擔(dān)抗剪作用。如果箍筋配置過(guò)少，節(jié)點(diǎn)就無(wú)法將上部結(jié)構(gòu)的慣性力傳遞到橋墩中去，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)脆性剪切破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震非常不利。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)的豎向箍筋始終應(yīng)力很大，其主要原因，是因?yàn)榭拷?jié)點(diǎn)外側(cè)承托附近的豎向箍筋，為了要平衡小斜壓桿中的壓力，內(nèi)力很大，很容易就達(dá)到屈服，在設(shè)計(jì)中需要給予重視。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)中配置適量的箍筋，除了能起到約束混凝土，提高混凝土強(qiáng)度的作用以外，在混凝土開裂后能箍筋直接參與受力，是保證節(jié)點(diǎn)裂縫不會(huì)充分開展，剛度不出現(xiàn)急劇退化的有效措施。
綜上所述，在橋梁結(jié)構(gòu)中，如果橋墩和蓋梁剛度比較接近，則在地震作用下，結(jié)構(gòu)受到側(cè)向賡性力作用，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋受力很大，容易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)剛度退化。一方面會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土剪切破壞，另一方面又會(huì)導(dǎo)致橋墩內(nèi)力重分布，墩底截面彎矩加大，更快達(dá)到屈服狀態(tài)，降低橋梁結(jié)構(gòu)橫橋向整體的抗震能力。而在蓋梁和橋墩抗彎剛度相差較大時(shí)，在地震橫橋向作用下，墩底和墩頂部位的塑性鉸更容易形成，節(jié)點(diǎn)部位相對(duì)更加安全，符合能力抗震設(shè)計(jì)思想。
三、結(jié)語(yǔ)
在由橋墩和蓋梁組成的框架結(jié)構(gòu)中，在橫向地震作用下，塑性鉸可能出現(xiàn)在墩底截面、墩頂截面、節(jié)點(diǎn)和梁端截面。蓋梁的極限強(qiáng)度一般要比橋墩截面大，如果蓋梁中配有預(yù)應(yīng)力筋，其極限強(qiáng)度會(huì)更大，因而一般不會(huì)成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。在橫向作用力增大的過(guò)程中，墩底截面彎矩最大，首先進(jìn)入屈服狀態(tài)。在墩底截面出現(xiàn)塑性鉸以后，截面上的彎矩會(huì)保持平穩(wěn)狀態(tài)不再增長(zhǎng)，而墩頂截面的彎矩會(huì)隨框架變形的增加而持續(xù)增大，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域內(nèi)的箍筋應(yīng)力也會(huì)隨之增加直至屈服。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)域的剛度出現(xiàn)退化，會(huì)削弱對(duì)墩頂截面的約束，甚至形成鉸接約束，從而引起結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)側(cè)向變形加速變大，對(duì)結(jié)構(gòu)橫向抗震是很不利的，這些都是在實(shí)際施工中應(yīng)該注意的地方。
參考文獻(xiàn)：
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