基于opensees的柱板式空心高墩抗震性能分析

图 ２ 墩身截面尺寸图( 单位:ｃｍ)
柱板式空心墩的板采用分层壳单元 [８] 模拟ꎬ
按构件实际情况沿厚度分层ꎬ并赋予对应的材料.
( ａ) 轴压比 ０.１( ＲＣ￣１)
２.２ 材料本构
混凝土本构采用基于 Ｋｅｎｔ￣ｓｃｏｔｔ￣Ｐａｒｋ 的 Ｃｏｎ￣
ｃｒｅｔｅ０１ 模型ꎬＣｏｎｃｒｅｔｅ０１ 模型受压的骨架曲线可按
３ 抗震性能分析
通过 ＯｐｅｎＳｅｅｓ 分别对 ２ 种不同桥墩进行模拟
分析ꎬ从滞回曲线和骨架曲线分析 ２ 种桥墩的抗震
性能ꎬ对比研究 ２ 种截面型空心高墩抗震性能的差
异性.
３.１ 滞回曲线
由于篇幅原因只列出轴压比为 ０. １ 和 ０. ４ 时
( ｄ) 轴压比 ０.４( ＲＣ￣２)
图 ３ 不同轴压比下 ２ 墩的滞回曲线
中图分类号:Ｕ４４３.２２
文献标志码:Ａ
随着我国交通事业的迅猛发展ꎬ线路跨越高山
峡谷及河流大多数采用高墩大跨度桥梁结构.目前
国内修建的高墩大跨度桥梁ꎬ桥墩多采用空心墩.
构ꎬ主桥的跨度为( ６５ ＋ ２ × １２０ ＋ ６５) ｍꎬ下部结构是
薄壁式矩形空心墩ꎬ主桥的桥型布置如图 １ 所示.
空心墩能很好的解决高墩基础的设计及其抗震性
能和桥梁刚度的要求等问题 [１] . 但因其受力较大ꎬ
且受刚度条件的制约ꎬ导致设计截面尺寸往往较
大ꎬ且箍筋的约束效果减弱ꎬ不能有效发挥桥墩的
延性性能. 为了保证高墩结构拥有良好的抗震性
能ꎬ高墩结构应不只具有一定的强度ꎬ还应具有一
定的变形能力和延性 [２] . 美国 Ｃａｌｔｒａｎｓ 提出了一种
图 １ 桥型布置图( 单位:ｍ)
第 ２７ 卷 第 ２ 期
兰州工业学院学报
２０２０ 年 ４ 月
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ.２７ Ｎｏ ２
Ａｐｒ.２０２０

文章编号:１００９－２２６９(２０２０)０２－００２４－０４
截面面积为 １４.７ ｍ ２ . 采用与原矩形截面桥墩相同
的材料和配筋率.柱板式空心墩混凝土圬工量比矩
形空心桥墩减少了 ２４.４％.２ 种桥墩墩身截面尺寸
如图 ２ 所示.
２ 建立模型
２.１ 单元类型
柱板式 空 心 墩 中 的 墩 柱 和 矩 形 空 心 墩 采 用
ＯｐｅｎＳｅｅｓ 中 的 Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ￣Ｂａｓｅｄ Ｂｅａｍ￣ Ｃｏｌｕｍｎ
面高墩的抗震性能进行分析.
１ 工程概况
金水沟大桥上部结构是预应力混凝土连续刚
收稿日期: ２０１９￣１１￣０８
作者简介: 曾纪华(１９９４￣) ꎬ男ꎬ江西丰城人ꎬ硕士生.
形式为薄壁式矩形空心墩( ＲＣ￣１ 墩) ꎬ墩身截面面
将 ＲＣ￣１ 墩优化成柱板式空心墩( ＲＣ￣２ 墩) ꎬ墩身
延长桥墩周期ꎬ可以有效的保护上部结构安全. 国
内一些学者对柱板式空心墩的研究表明ꎬ柱板式空
心墩拥有良好的耗能能力和延性
高烈度地区的高墩结构.
[３￣６]
. 是一种适合
以金水沟大桥为工程背景ꎬ基于桥墩截面刚度
等效的原则 [７] ꎬ把该桥的矩形空心桥墩ꎬ优化设计
成柱板式空心桥墩ꎬ运用 ＯｐｅｎＳｅｅｓ 对 ２ 种不同截
下列公式进行计算
当 ε < εｃ 时
ｆ ＝ Ｋｆ ｃ [ ２( ε / ε ｃ ) － ( ε / ε ｃ ) ２ ] ꎻ
当 ε ｃ ≤ ε ≤ ε ｃｕ 时
ｆ ＝ Ｋｆ ｃ [ １ － Ｚ( ε － ε ｃ ) ] ꎻ
当 ε > ε ｃｕ 时
( ｂ) 轴压比 ０.４( ＲＣ￣１)
ｆ ＝ ０.２Ｋｆ ｃ ꎻ
式中: ε ０ ＝ ０.００２Ｋ ꎬ Ｋ 为箍筋提高混凝土强度的系
数ꎬ Ｋ ＝ １ ＋
ρ ｓ ｆ ｙｈ
ｆｃ
ꎻ ｆ ｃ 为混凝土的抗压强度ꎻ Ｚ 为混
凝 土 抗 压 强 度 下 降 段 的 斜 率ꎬ Ｚ
３ ＋ ０.２９ｆ ｃ
１４５ｆ ｃ － １０００
０.５
＋ ０.７５ρ ｓ
ｈ
－ ０.００２Ｋ
ｓｈ
＝
ꎻ ρ ｓ 为箍筋的
Ｅｌｅｍｅｎｔ 单元进行分析ꎬ该单元是基于位移公式构
造的梁单元.
第 ２ 期 曾纪华:基于 ＯｐｅｎＳｅｅｓ 的柱板式空心高墩抗震性能分析
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ＲＣ￣１ 和 ＲＣ￣２ 空心高墩的滞回曲线如图 ３ 所示.
基于 ＯｐｅｎＳｅｅｓ 的柱板式空心高墩抗震性能分析
曾纪华
( 兰州交通大学 土木工程学院ꎬ甘肃 兰州 ７３００７０)
摘要:为了研究柱板式空心高墩的抗震性能ꎬ以金水沟大桥 ７ 号墩为研究对象ꎬ根据墩身截面刚
度等效原则ꎬ把矩形空心截面优化成柱板式截面. 通过 ＯｐｅｎＳｅｅｓ 建立 ２ 种不同截面形式桥墩的
配箍率ꎻ ｆ ｓｈ 为箍筋的屈服强度ꎻ ｈ 为核心混凝土的
厚度ꎻ ｓ ｈ 为箍筋间距.
钢材 采 用 基 于 ＧｉｕｆｆｒｅＭｅｎｅｇｏｔｔｏ￣Ｐｉｎｔｏ 钢 筋 本
( ｃ) 轴压比 ０.１( ＲＣ￣２)
构模型的 Ｓｔｅｅｌ０２ 模型. 其骨架曲线为双折线并可
反映钢筋的 Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ 效应.
有限元模型ꎬ从滞回曲线、骨架曲线等方面对比研究矩形空心墩( ＲＣ￣１) 与柱板式空心墩( ＲＣ￣２)
的抗震性能.结果表明:ＲＣ￣２ 墩比 ＲＣ￣１ 墩具有更强的耗能能力和更好的延性ꎬ且相同截面刚度
下 ＲＣ￣２ 墩所需的圬工更少.分析结果对于高墩的设计可提供参考价值.
关键词:矩形空心墩ꎻ柱板式空心墩ꎻＯｐｅｎＳｅｅｓꎻ滞回曲线ꎻ骨架曲线
新型的柱板式空心高墩ꎬ该墩由 ４ 片剪力板与 ４ 个
以金水沟大桥 ７ 号墩为研究对象ꎬ该墩的结构
的侧向刚度ꎬ墩柱可为高墩提供良好变形能力. 在ꎬ
正八边形墩柱组成ꎬ剪力板主要的作用为提高结构
强震作用下剪力板先破坏ꎬ桥墩整体刚度下降ꎬ而
兰 州 工 业 学 院 学 报 第 ２７ 卷
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