双筋矩形混凝土墩柱开裂刚度分布特性分析

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发布时间：2021-10-19

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以双筋矩形混凝土墩柱构件为对象，从基本的力学概念出发，运用无量纲分析方法，讨论构件在弹性范围
内受弯开裂时的截面受压区高度与刚度分布特性。以此为基础，从理论上提出混凝土受弯构件开裂后弯曲刚度的
“三段式”近似模拟方法，对钢筋混凝土墩柱构件等效刚度的相关理论研究及试验研究工作具有一定参考价值。
关键词：开裂刚度；混凝土墩柱；无量纲分析；刚度分布
文章编号：1009-6477(2010)03—0062--04 中图分类号：U448．34 文献标识码：A
Analysis of Rigidity Distribution of Crack of Double—reinforcement
Rectangular Concrete Piers
MIAO Yu ，ZHENG Gang2，LI Guiqian ，Gao Bo 。
Abstract：Based on the double—reinforcement rectangular concrete pier members as object and starting
from the fundam ental mechanical concepts，this paper discusses distribution characteristics of height and
rigidity of structures in sectional compression zone during flexural crack within elastic range by means of
dimensionless analysis m ethod．On the basis of this discussion，the paper proposes in theory a
“three—stage” approxim ate simulation method for bending rigidity after cracking of flexural concrete
members，presenting a certain reference for related theoretical and test studies on equivalent rigidity of
reinforced concrete pier members．
Key words：cracking rigidity；concrete pier；dimensionless analysis；rigidity distribution
地震荷载作用下，钢筋混凝土桥墩通常处于带
裂缝的工作状态，其刚度分布特性对桥梁的总体受
力与变形有着重要影响。因此，如何合理地确定混
凝土开裂后的钢筋混凝土桥墩的等效刚度是桥梁抗
震技术的重要研究内容。
为确定钢筋混凝土桥墩的等效刚度，国内外学
者进行了大量的研究，并取得了不少成果。1999
年 Mehanny利用 2O个钢筋混凝土墩的试验结果并
结合前人的研究成果及设计规范，提出了墩柱的等
效弯曲刚度计算公式哪；2006年 Elwood和 Eber—
hard基于 120个墩柱的试验结果，提出了包含剪
切效应、弯曲效应及钢筋一混凝土粘结滑移效应
的矩形钢筋混凝土桥墩的等效刚度计算公式；
2008年 Berry等根据墩柱试验结果，标定了包含轴
压比、长细比及纵筋率等参数的墩柱等效刚度计算
公式[31。在规范方面，FEMA356(AsCE2000)给出了
钢筋混凝土柱等效刚度的计算公式；CEN—Eurcode
(1998)、 Cahrans Seismic Design Cirteria(2006)及
我国JTG／T B02—01—2008《公路桥梁抗震设计细则》
对桥梁延性构件的有效截面抗弯刚度计算均作了相
应规定。
以上研究侧重于采用试验手段，而相关的理论
推导工作还比较薄弱。本文从基本力学概念出发，
探讨墩柱构件在弹性范围内各截面受压区高度与其
抗弯刚度的分布特 l生，并在此基础上，首次提出了
针对压弯构件开裂刚度计算的 “三段式”刚度分析
方法。
1 研究对象
本文以双筋矩形混凝土墩柱构件为对象，研
究其在地震效应下各截面受力状态与刚度分布特
性。在地震荷载作用下，典型的墩柱构件可以简
化为墩顶水平推力与轴向压力共同作用的受力模
式，如图 l所示。图中：为墩柱构件高度；F、