桥梁节点部位的抗震解析论文

桥梁节点部位的抗震解析论文 关键词桥梁节点抗震 摘要基于震害现象和有关实验与理论研究，结合能力抗震设计的思想，按照我国公路桥梁的特点，探讨影响极限强的因素，并提出抗震设计的方法，具有重要的论意义和工程应用价值。 在桥梁结构中，节点构造形式与房屋框架结构中的节点相差较大，而且桥梁结构在横向地震作用下主要依靠墩柱的延性发生变形，而不是依靠盖梁的延性，因而不能套用房屋框架结构节点抗震设计。但是毫无疑问的是，桥梁节点部位属于能力保护构件，在地震作用下需要保持较高的强度和刚度。本文结合我国公路桥梁的特点，对影响极限强的因素做出了探讨，具有重要的论意义和工程应用价值。 一、我国桥梁节点受力特点 点的受力机理受到多种因素 _，包括:混凝土强度，钢筋屈服强度，核心区内箍筋的构造以及梁柱主筋的锚固状况等。在正常配筋的情况下，节点核心的受力过程，一般经历以下四个阶段: （一）初裂 当加载使核心区出现第一条斜裂缝时，称为核心区初裂阶段。此时箍筋应力水平很低，节点可认为处于弹性工作阶段，节点剪力主要由混凝土承担。 （二）通裂 初裂后继续增加荷载，节点核心区中部陆续出现第二条、第三条斜裂缝，将核心区分割成若干小块，然后逐渐形成贯通节点核心对角线的主斜裂缝。通裂时节点内箍筋应力很快增加至屈服应力，节点进入弹塑性阶段，刚度明显降低。试验显示，通裂时的承载能力约为极限承载能力的80%左右。 （三）极限 通裂后外荷载还可以继续增加，核心区裂缝宽度越来越宽，结构变形明显加大，核心区剪切变形成倍增长。混凝土保护层开始起壳、剥落。此时承载能力达到最大值，称为极限阶段。极限时节点内箍筋几乎全部屈服。 （四）破损 虽然变形持续加大，但是节点承载能力开始降低，核心区混凝土大块剥落。破损时节点的承载能力约为极限时的80%一90%。 二、加强节点强度 在地震作用下，希望塑性铰出现在梁端，这样就不会引起高层结构太大的侧向变形，避免了倒塌的后果。但是在桥梁结构中，如果梁端出现较大的转角，就会引起桥面系极大的破坏，甚至使桥梁结构完全丧失使用功能，这是人们所不愿看到的。因此在桥梁抗震设计中，一般选择塑性铰出现在桥墩中。由于桥梁结构都是单层或者双层，即使墩柱中出现塑性铰，在设计预期的地震作用下，只要墩柱的延性能力满足塑性铰转角的需求，都不会引起倒塌的后果。对于桥梁节点部位的抗震要求，则与建筑抗震规范一致。节点是连接桥墩和盖梁的传力构件，是保证整个结构良好工作的关键部位，属于能力保护构件，因此对其强度和刚度要求都较高。 （一）在由桥墩和盖梁组成的框架结构中，在横向地震作用下，塑性铰可能出现在墩底截面，墩顶截面，节点，梁端截面。根据能力抗震设计思想，盖梁的极限强度一般要比桥墩截面大，如果盖梁中配有预应力筋，其极限强度会更大，因而一般不会称为结构的薄弱环节。在横向作用力增大的过程中，墩底截面弯矩最大，首先进入屈服状态。在墩底截面出现塑性铰以后，截面上的弯矩会保持平稳状态不再增长，而墩顶截面的弯矩会随框架变形的增加而持续增大，节点核心区域内的箍筋应力也会随之增加直至屈服。此时，节点区域的刚度出现退化，会削弱对墩顶截面的约束，甚至形成铰接约束，从而引起结构中的内力重分布，使结构侧向变形加速变大，对结构横向抗震性能是很不利的。节点核心区的箍筋如果在墩底截面的塑性铰出现以前就进入屈服，会削弱对墩顶截面的约束，甚至形成铰接约束，从而引起结构中的内力重分布，墩顶截面弯矩减小，墩底截面弯矩增大，使得墩底更快进入屈服状态，从而降低框架结构的横向抗震性能。 （二）在不同的纵筋配筋率下，墩底截面总是首先进入屈服状态，梁端截面基本不屈服，在配筋率小于3%时，墩顶截面也会达到屈服，当配筋率超过3%时，墩顶截面并未达到屈服状态。这说明在不同的配筋率下，节点部位并不是保持相同的刚度。当节点部位出现刚度软化以后，对墩顶截面的约束减弱，从而导致墩顶截面弯矩减小。 （三）节点区域的配箍率对结构的横向抗推极限承载能力影响并不大，这是因为计算中假定梁柱中延伸入节点区域的主筋和混凝土粘结良好，核心区混凝土所承受的剪力都能完全传递到主筋中去。这样梁柱的主筋就承担了节点核心区中的剪力，因而箍筋的作用体现不明显。事实上在混凝土开裂以后，随着裂缝的发展，主筋与混凝土之间的粘结恶化导致滑移的产生，混凝土中的剪力就不能完全传递到主筋，此时就需要依靠节点中的箍筋承担抗剪作用。如果箍筋配置过少，节点就无法将上部结构的惯性力传递到桥墩中去，节点核心区出现脆性剪切破坏，对结构抗震非常不利。节点核心区内的竖向箍筋始终应力很大，其主要原因，是因为靠近节点外侧承托附近的竖向箍筋，为了要平衡小斜压杆中的压力，内力很大，很容易就达到屈服，在设计中需要给予重视。节点核心区中配置适量的箍筋，除了能起到约束混凝土，提高混凝土强度的作用以外，在混凝土开裂后能箍筋直接参与受力，是保证节点裂缝不会充分开展，刚度不出现急剧退化的有效措施。 综上所述，在桥梁结构中，如果桥墩和盖梁刚度比较接近，则在地震作用下，结构受到侧向赓性力作用，节点核心区箍筋受力很大，容易出现节点刚度退化。一方面会导致节点核心区混凝土剪切破坏，另一方面又会导致桥墩内力重分布，墩底截面弯矩加大，更快达到屈服状态，降低桥梁结构横桥向整体的抗震能力。而在盖梁和桥墩抗弯刚度相差较大时，在地震横桥向作用下，墩底和墩顶部位的塑性铰更容易形成，节点部位相对更加安全，符合能力抗震设计思想。 三、结语 在由桥墩和盖梁组成的框架结构中，在横向地震作用下，塑性铰可能出现在墩底截面、墩顶截面、节点和梁端截面。盖梁的极限强度一般要比桥墩截面大，如果盖梁中配有预应力筋，其极限强度会更大，因而一般不会成为结构的薄弱环节。在横向作用力增大的过程中，墩底截面弯矩最大，首先进入屈服状态。在墩底截面出现塑性铰以后，截面上的弯矩会保持平稳状态不再增长，而墩顶截面的弯矩会随框架变形的增加而持续增大，节点核心区域内的箍筋应力也会随之增加直至屈服。此时，节点区域的刚度出现退化，会削弱对墩顶截面的约束，甚至形成铰接约束，从而引起结构中的内力重分布，使结构侧向变形加速变大，对结构横向抗震是很不利的，这些都是在实际施工中应该注意的地方。 _： 1俞琦