鋼筋混凝土矩形橋墩開裂剛度理論初探.pdf

1、地震是人類面臨的最嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。地震發(fā)生后，公路路網(wǎng)作為抗震救災(zāi)的生命線，對運(yùn)送救災(zāi)物資、設(shè)備起著至關(guān)重要的作用，而公路橋梁往往占據(jù)路網(wǎng)中的咽喉部位，同時(shí)也是地震中極易遭到破壞的部分。因此，橋梁的抗震設(shè)計(jì)就顯得格外重要。對一般橋梁而言，橋墩的抗震性能對全橋的抗震性能起著控制作用。地震荷載作用下，鋼筋混凝土橋墩通常處于帶裂縫工作狀態(tài)，其剛度分布特性對研究橋梁的總體受力與變形有著重要影響。本論文以橋梁墩柱構(gòu)件為研究對象，初步分析了墩柱構(gòu)

2、件在地震力作用下各截面抗彎剛度的分布情況以及其開裂剛度的計(jì)算方法，為橋梁延性抗震設(shè)計(jì)及相關(guān)研究提供參考。 本論文以雙筋矩形混凝土墩柱構(gòu)件為對象，從基本的力學(xué)概念出發(fā)，初步討論了構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)，構(gòu)件受彎開裂時(shí)的各截面受壓區(qū)高度與剛度的分布特性。并以此為基礎(chǔ)，首次提出了混凝土受彎構(gòu)件開裂剛度的“三段式”剛度分析法，并給出了相應(yīng)的計(jì)算方法與計(jì)算步驟。 通過使用“三段式”剛度分析法對墩柱構(gòu)件各截面進(jìn)行等效抗彎剛度分析后，本論文

3、得出如下幾點(diǎn)結(jié)論： （1）對于無軸向力的受彎構(gòu)件，各截面中性軸關(guān)于墩高方向呈直線分布，其開裂剛度可通過截面特性求解，且各個(gè)截面的抗彎剛度為只與構(gòu)件的材料與截面特性有關(guān)，而與外力的大小無關(guān)的常數(shù)；而對于壓彎構(gòu)件，各截面的中性軸關(guān)于墩高方向的分布函數(shù)不再是一條直線，如果不對中性軸分布曲線進(jìn)行一定的簡化，求解各截面的抗彎剛度較為困難。同時(shí)，對于受彎構(gòu)件，增大其縱筋率和適當(dāng)增大軸向壓力，會(huì)使構(gòu)件的開裂剛度增加，反之則減小。 （2

4、）對于壓彎構(gòu)件，其中性軸分布曲線c=f（z）有z=0與c=c0兩條漸近線。通過壓彎構(gòu)件中性軸分布曲線與截面抗彎剛度的性質(zhì)，提出“三段式”剛度分析法的計(jì)算理念，即將壓彎構(gòu)件分為全截面剛度段、開裂剛度段與最小剛度段三部分，分別對各段剛度進(jìn)行計(jì)算。 （3）三個(gè)剛度段的抗彎剛度的計(jì)算方法為：第Ⅰ段，其抗彎剛度為全截面抗彎剛度；第Ⅱ段，使用一條或多條割線模擬中性軸的分布曲線，再通過各截面的中性軸位置計(jì)算其抗彎剛度；第Ⅲ段，將各截面的抗彎剛

5、度看作定值，認(rèn)為該段各截面的受壓區(qū)高度為該墩在無軸壓時(shí)的受壓區(qū)高度的兩倍，即c=2c0，再根據(jù)其截面形式計(jì)算其開裂剛度。 （4）三個(gè)剛度段的分界截面的計(jì)算方法為：Ⅰ、Ⅱ段的分界點(diǎn)z0截面的確定方法比較簡單，只需找到構(gòu)件中受拉區(qū)應(yīng)力為0的截面即可解出z0；而Ⅱ、Ⅲ段的分界截面z1的確定，本論文推薦的方法為在構(gòu)件中受壓區(qū)高度c=2c0的截面為z1截面。 （5）對于低配筋率或高軸壓比的墩柱構(gòu)件，當(dāng)墩底截面達(dá)到屈服彎矩My時(shí)，以

6、c=2c0的標(biāo)準(zhǔn)劃分構(gòu)件中的第Ⅱ、Ⅲ段，也有可能不出現(xiàn)第Ⅲ段最小剛度段。 （6）針對“三段式”剛度分析法的計(jì)算特點(diǎn)所編制的力-位移曲線的計(jì)算程序，能有效地反應(yīng)壓彎墩柱構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)逐步加載的剛度變化過程。 “三段式”剛度分析法的提出與相關(guān)的研究工作，對研究壓彎構(gòu)件的受力性能分析與延性能力計(jì)算提供了一個(gè)新的計(jì)算思路，部分彌補(bǔ)了現(xiàn)今的剛度計(jì)算理論中理論基礎(chǔ)薄弱的缺點(diǎn)。同時(shí)，對鋼筋混凝土墩柱構(gòu)件等效剛度的相關(guān)理論研究及試驗(yàn)研