研究桥梁抗震设计中桥墩抗剪能力计算

＋ Ｐ ×
（ ６ ）
３ ． ２ Ａ Ｔ Ｃ 一 ３ ２ 公式
Ａ Ｔ Ｃ 一 ３ ２公 式 中 名 义 剪 切 强 度 ｖ 主 要 是 由混 凝 土 对 剪 切 强 度 的 贡 献ｖ 以及 箍 筋 贡献 ｖ 。 计算按照如下公式进行 ：
Ｖｔ ｌ ＝Ｖ。 ＋ Ｖ （ ７ ）
３ 桥 梁 抗震 设计 中桥墩 抗 剪能 力计算 方 法
３ ． １ Ｐ ｉ ｆ ｅ ｓ ｔ ｌ ｅ ｖ 公 式
Ｐ ｉ ｆ ｅ ｓ ｔ ｌ ｅ ｖ 等 专 家 经 过 反 复 试 验 认 为 轴 压 力 是 截 面 抗 剪 强 度 影 响 因 素
若 处于塑性 区外 ， 则计算需按照如下公式进行：
路桥建设
建材发展导 向 ２ ０ １ ７年 ４月
研究桥梁抗震设计中桥墩抗剪能力计算
史建 明
（ 重庆市市政设计研 究院 重庆 ４ ０ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要： 据近些年来我 国相关 地震 灾害研 究结果表 明， 钢筋混凝土 桥墩剪切结构破坏会造成桥 梁整体坍塌 ， 这也是我 国现代 桥梁 震 害 的主要表现 。为 了保证桥梁 结构 安全， 桥梁结构稳定 ， 需结合 工程 的地质条件等进行工程 设计 ， 在设计过程中需注重桥墩抗剪 能力计 算， 对桥梁的抗破坏能力进行验 证， 保证其符合桥梁工程运行要求 。 本文 以钢筋混凝土桥梁为研究对象 ， 首先阐述 了强震动下钢筋混凝土 桥墩的剪切机理 ， 然后就设计 中的桥墩 抗剪能力计算方法进行分析 ， 最 后结合实例分析桥墩抗剪 能力计算的应用， 为相关工程 设计工作 提供参考 。
ｔ ａ ｎ ０ 【 ＝—
２ ａ
（ ５）
式中： ｄ 一 墩轴线和荷载作用点危险截面 的弯 曲受压中心点连线 的夹
角； Ｄ 一 全截 面深度或者是直径， 单位为 ｍ ； ｃ 一 弯 曲受压 区高度 ， 单位为 ｍ ； 咬合的重复作用下产生的混凝土抗剪强度也会 随之 降低 。所以， 混凝土 ａ 一 危险截 面至 反弯点的距离 ， 单位 为 ｍ； 悬臂墩柱取值 与墩柱高度相 同， 桥墩在强震动作用下明确 其剪切机理难度较高 。 但是剪切破坏具有脆性 单位为 ｍ； 顶端固接 时取值 为墩柱 高度 的 ５ ０ ％。
关键词 ： 抗震； 钢筋 混凝土桥墩 ； 抗剪能力计算
中 图分 类 号 ： Ｕ ４ ４ ２ ． ５ ５ 文 献 标识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — １ ６ ７ ５ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ７ — ０ １ ９ ８ — ０ ２
１ 引 言
桥梁 结构抗剪 能力 计算的主要 目的是对桥梁 结构在地震 作用下 的 抗破坏能力进行设计和验证 ， 从而保 证桥 梁运行安全 。但是 当前 未对抗 剪 能力计算方法和流程予 以统 一，且相关学者提 出了多种计算方法 ， 需 根据 工程 实际情况进行选用 。 因为地震作用下桥墩剪切破坏激励较为复
特 征， 也会随着 强度 的提 高而减 小， 可以基于桁架一 拱模 型对地震下钢筋 混凝土桥墩的剪切破坏机制进行探究 ， 并依 此为抗 剪能力计算提供理论 依据 。 研究表 明基于强震动影响下桥墩核心区域的混凝 土变形主要表现 为裂缝 ， 在混凝土结构裂缝不断开展 、 扩 张以及 闭合的情况下， 材料性 能 会弱化 ， 尤其是骨料 的咬合力会变 弱， 从而造成 结构整体 的抗外 部破坏 能力下降 。最终负荷区域 内混凝土结构表面 的保护层也会发生变形 ， 出 现脱落等 问题 ， 塑性铰区主要为弹性变形 ， 扩大 了斜裂缝 的范 围。 在混凝 土 的应力集 中区域 ， 钢筋混凝土桥 墩的抗剪 能力逐渐下 降。同时， 在地震 动作用下钢筋混凝土桥墩 的负荷 承载组合形式也会发生改变 ， 但是对 于 桥 墩整体结构来 说，非弹性变 形的存在是造成抗 剪强度弱化 的主要 原 因。基于此 ， 可对桥墩抗剪能力进行计算与验证。
轴压 力 的贡 献 值 计 算 如 下 ：
Ｖ￣Ｐ ｔ ａ ｎ ａ （ ４ ）
２ 强震 动 下钢筋 混凝 土桥 墩剪切 机 理
在地震影 响下 ， 钢 筋混凝土桥墩会因为多种应力 的存在 以及 相互作 用 不同位 置发生不 同程度 的变化 。 在该效应中 ， 混凝土的剪力传递、 沿弯 曲一 剪 切写裂缝 的骨料咬合程度等 均会造成桥墩截 面剪切强度 的变化 ， 同时 ， 当桁架结构受到 了轴 向应力 以及箍筋 的水平 作用 后也会造成抗剪 能力的下降。若桁架机 制的箍筋 屈服 ， 弯 曲一 剪切裂缝 范围变大， 在骨料
杂， 所 以在计算过程 中需要对各影响 因素进行综合考量。 在设计过程中，
需依据桥梁 的实际情况选 取适 宜的计算公式开展计算验证工 作， 并对计 算 结果进 行比较分 析， 为设计提供参考依据 。
曲枣 熊性系数
图 １混凝土抗剪强度贡献率与曲率延性的关系曲％ 式中： ０ 一 弯剪裂缝以及墩轴线夹角， 取值 为 ３ Ｏ 。 。
若公式 （ ５ ） 中 ： ０ ， 则ｔ ａ ｎ Ｇ ＝ ． ： ０ ． ５ ， ８表 示 的 是 桥 梁 墩 柱 的长 细 比 。若 墩 柱 顶 端 固结 ， 那么 ｔ ａ ｎ ＝ ０ ． ５ 。
经过化简得到如下公式：
Ｖ ｄ ＝ ｋ 、 ／ Ａ 。 ＋ ｃ ０ ｔ ３击
Ｊ Ａ
（ ８ ）
中的独立 因素， ｖ 为轴压 力贡献 ， 抗剪能力计算公式如下 ：
Ｖ ｗＶ ｃ ＋ Ｖ ｓ ＋ Ｖ Ｐ （ １ ）
若处于塑 性区内， 则计算按照如下公式进行 ：
混凝 土 的贡 献 为 ：
Ｖ ＝ ０ ． １ ７ 【 。 ‘ ５ 击
（ ２ ） １不断
Ｊ Ａ
（ ９ ）
ｖ ＝ ｋ 、 ／ 开始下降，当柱两个正交方 向上均发生 了延性反应， ｋ数值在