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重自然災害之一。地震發(fā)生后，公路路網(wǎng)作為抗震救災的生命線，對運送救災物資、設備起著至關重要的作用，而公路橋梁往往占據(jù)路網(wǎng)中的咽喉部位，同時也是地震中極易遭到破壞的部分。因此，橋梁的抗震設計就顯得格外重要。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件為研究對象，初步分析了墩柱構

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算方法，為橋梁延性抗震設計及相關研究提供參考。 本論文以雙筋矩形混凝土墩柱構件為對象，從基本的力學概念出發(fā)，初步討論了構件在彈性范圍內，構件受彎開裂時的各截面受壓區(qū)高度與剛度的分布特性。并以此為基礎，首次提出了混凝土受彎構件開裂剛度的“三段式”剛度分析法，并給出了相應的計算方法與計算步驟。 通過使用“三段式”剛度分析法對墩柱構件各截面進行等效抗彎剛度分析后，本論文

3、得出如下幾點結論： （1）對于無軸向力的受彎構件，各截面中性軸關于墩高方向呈直線分布，其開裂剛度可通過截面特性求解，且各個截面的抗彎剛度為只與構件的材料與截面特性有關，而與外力的大小無關的常數(shù)；而對于壓彎構件，各截面的中性軸關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行一定的簡化，求解各截面的抗彎剛度較為困難。同時，對于受彎構件，增大其縱筋率和適當增大軸向壓力，會使構件的開裂剛度增加，反之則減小。 （2

4、）對于壓彎構件，其中性軸分布曲線c=f（z）有z=0與c=c0兩條漸近線。通過壓彎構件中性軸分布曲線與截面抗彎剛度的性質，提出“三段式”剛度分析法的計算理念，即將壓彎構件分為全截面剛度段、開裂剛度段與最小剛度段三部分，分別對各段剛度進行計算。 （3）三個剛度段的抗彎剛度的計算方法為：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算其抗彎剛度；第Ⅲ段，將各截面的抗彎剛

5、度看作定值，認為該段各截面的受壓區(qū)高度為該墩在無軸壓時的受壓區(qū)高度的兩倍，即c=2c0，再根據(jù)其截面形式計算其開裂剛度。 （4）三個剛度段的分界截面的計算方法為：Ⅰ、Ⅱ段的分界點z0截面的確定方法比較簡單，只需找到構件中受拉區(qū)應力為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件，當墩底截面達到屈服彎矩My時，以

6、c=2c0的標準劃分構件中的第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”剛度分析法的計算特點所編制的力-位移曲線的計算程序，能有效地反應壓彎墩柱構件在彈性范圍內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的研究工作，對研究壓彎構件的受力性能分析與延性能力計算提供了一個新的計算思路，部分彌補了現(xiàn)今的剛度計算理論中理論基礎薄弱的缺點。同時，對鋼筋混凝土墩柱構件等效剛度的相關理論研究及試驗研