钢筋混凝土桥梁结构横向塑性倒塌分析f

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发布时间：2021-09-13

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钢筋混凝土桥梁结构横向塑性倒塌分析
黄华
(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司武汉分院，湖北武汉430077)
摘要：通过将桥墩墩顶在单位水平向地震力作用下的变位分解为桥墩的弹性弯曲变位、基础平动产生的变位及基础转动产生的变
位之和，将各墩用刚性的上部结构相连接，从而建立了桥梁横桥向抗震性能评估的塑性倒塌分析模型。通过计算对应于不同极限状
态的结构等效弹性反应惯性力及等效地震加速度，对桥梁结构在地震作用下的安全性及抗震能力作出评价。
关键词：桥梁结构；延性分析；塑性倒塌分析；抗震性能评估
中圈分类号：U442．5*5 文献标识码：A 文章编号：1009—7716(2014)10-01'86—03
0 引言 1桥墩的荷载一变形关系及延性能力
桥梁工程为生命线工程f一般指城市供水、供
电、供气、电信、交通等基础设施)之一，而其破坏
造成震后救灾工作的巨大困难，使次生灾害加重。
特别是对现代化城市，将影响生产的正常运转，导
致巨大的经济损失，因此，对桥梁结构进行抗震分
析意义重大。对桥梁结构作抗震性能的全面评估，
应包括纵向地震作用与横向地震作用下结构的抗
震性能，目前常用的分析方法是采用非线性地震
反应分析方法，并从能力设计原则对结构的抗震
性能进行综合评价【l】。
桥梁结构作为一个完整的受力体系，在地震
作用下其破坏是从局部开始的，尤其是下部结构
的破坏会直接导致承载能力完全丧失后落梁、倒
塌等事故。对桥梁结构的抗震分析主要是对下部
墩柱抗震性能的研究，目前常用的分析方法包括
线弹性反应谱法、弹塑性动力时程分析法、等效静
力分析法(Push—over)等。桥梁结构的塑性倒塌分
析方法是近年来应用比较广泛的一种非线性塑性
倒塌机理分析方法，通过分析结构的非线性变形
能力来评价它的抗震能力。塑性倒塌分析在对逐
个桥墩进行塑性倒塌分析的基础上，将各墩用刚
性的上部结构相连接，通过计算对应于不同极限
状态(正常使用极限状态、结构最终极限状态)的
等效弹性反应惯性力及地震加速度，再与设计反
应谱或桥址处的实际反应谱加速度进行比较，从
而判断桥梁结构的安全性及抗震能力。该方法与
通常的非线性动力分析相比，具有计算简单、结果
明确等优点。
收稿日期：2014-05—20
作者简介：黄华(1979一)，男，湖北荆州人，硕士，工程师，从事
桥梁设计工作。
＼
一般而言，桥墩承受单位水平向地震力作用
时，其地震力中心处总变位可分解为桥墩自身弹
性弯曲变位 1、由弹性基础平动产生的变位 2以
及转动产生的变位 3。上述各项相对于地震力中
心处的刚度分别为：
Ki= (i=1、2、3)【4] (1)
DZ
故地震力中心处桥墩等效刚度为：
三．
Ke=ll 1 ( =1、2、3) (2)
式中：K2、K3可根据“m法”来计算确定；K1为桥
墩自身水平抗推刚度。
奇= =寺 ( ) ⋯
= ( <卿u) 一
式中：My、Mu为钢筋混凝土桥墩墩底截面屈服弯
矩、极限弯矩；tpy、为钢筋混凝土桥墩墩底截面
屈服曲率、极限曲率；Ay、Au为地震力中心处结构
的屈服位移、极限位移。Ay= 咖；Au= +
印( 一 )( 一0．5 )；^为墩底至地震力中心处的
高度；Lp为墩底等效塑性铰长度，一般按拟静力试
验得到的经验公式计算。
墩底截面的屈服(极限)弯矩、屈服(极限)曲
率可采用专业软件UCFyber程序，将钢筋混凝土截
面离散为一系列的纤维单元来进行弯矩曲率
(P—M一 )分析得到(见图1)。其中，约束混凝土的
本构关系可采用Mander模型建立【 1，钢筋取为理
想弹塑性材料，采用理想双线型本构模型(Bilinear
steel mode)。
根据弯矩一曲率分析曲线，可以得到结构最大