格構(gòu)式鋼管混凝土橋墩延性設(shè)計(jì)及抗震性能研究

鄭宏利

(中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司，北京 101500)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋憑借其受力合理、跨越能力大、行車舒適、造價(jià)合理等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為跨越山谷河流地區(qū)的首選橋型之一。然而，面對(duì)墩身高且處于高烈度地震區(qū)的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的鋼或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的制約已難以適應(yīng)地處強(qiáng)震山區(qū)的橋梁建設(shè)需求，顯現(xiàn)出不少弊端。因此，提升處于復(fù)雜環(huán)境下的高墩連續(xù)剛構(gòu)橋的抗震性能，探究適合于高烈度區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋高墩的新型結(jié)構(gòu)形式具有重要意義[1]。

針對(duì)高墩橋梁的抗震問題，采用新型建筑材料能夠改善橋墩抗震性能。陳金盛[2]分析了橋墩的全過程彎矩-曲率曲線，研究了混凝土強(qiáng)度、軸壓比、UHPC加固厚度等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)加固橋墩延性的影響，研究表明：UHPC加固橋墩并適當(dāng)增加加固厚度有助于提高原橋墩的抗彎承載能力和曲率延性；有學(xué)者將FRP材料作為塑性鉸區(qū)域的外包材料，用于加固混凝土柱，可以提高約束混凝土的極限壓應(yīng)變，增強(qiáng)構(gòu)件的延性，從而實(shí)現(xiàn)抗震能力的提升；SHRESTHA等[3]以典型橋梁結(jié)構(gòu)為分析對(duì)象，將橋墩塑性鉸區(qū)鋼筋替換為SMA筋，經(jīng)過有限元計(jì)算分析驗(yàn)證了SMA筋優(yōu)異的抗震性能，特別是賦予了橋墩較強(qiáng)的自復(fù)位性能。

采用新材料雖然能夠提升橋墩抗震性能，但真正應(yīng)用于實(shí)際工程，仍存在一些弊端，例如：外包FRP布的實(shí)際應(yīng)用過程中主要依靠人工作業(yè)，施工過程中機(jī)械化程度較低，且外包FRP的應(yīng)用質(zhì)量易受自然環(huán)境影響；SMA可提高橋墩的變形和耗能能力，但其價(jià)格高昂、產(chǎn)能低下，在工程中大量使用并不切實(shí)際。

采用新型橋墩也能改善橋墩抗震性能。目前新型橋墩結(jié)構(gòu)形式逐漸在我國(guó)得到發(fā)展，形式層出不窮，其中值得關(guān)注的是格構(gòu)式鋼管混凝土組合橋墩及鋼管混凝土加勁橋墩，由鋼管混凝土和傳統(tǒng)的鋼或混凝土優(yōu)化混合而成，相較傳統(tǒng)橋墩形式優(yōu)勢(shì)明顯。吳慶雄等[4]以某一鋼管混凝土桁梁-格構(gòu)組合墩連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)橐劳泄こ?，考慮材料非線性，采用有限元分析方法，對(duì)其進(jìn)行抗震分析。李寶軍[5]以某一典型連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)橐劳泄こ?，比較了普通RC橋墩和格構(gòu)式橋墩的地震動(dòng)力響應(yīng)。李甜[6]以某高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楸尘?，設(shè)計(jì)了5種橋墩形式，建立RC墩和新型橋墩的單墩計(jì)算模型并選用4種新型橋墩建立全橋動(dòng)力分析模型，對(duì)其進(jìn)行地震響應(yīng)分析。

研究新型橋墩結(jié)構(gòu)在高墩連續(xù)剛構(gòu)橋適用性與抗震性能方面具有重要意義[7]。很多結(jié)構(gòu)形式的橋墩力學(xué)性能均得到了試驗(yàn)與數(shù)值模擬的驗(yàn)證，但其應(yīng)用于實(shí)際工程的研究多是對(duì)鋼筋混凝土高墩橋梁進(jìn)行參數(shù)分析，而鋼管混凝土格構(gòu)式橋墩作為近年來應(yīng)用熱度上升的新型結(jié)構(gòu)形式，橋梁抗震工作者對(duì)鋼管混凝土高墩橋梁的彈塑性抗震性能研究較少。

如何高效充分利用新型橋墩形式的優(yōu)勢(shì)來提升橋墩的抗震能力，這一問題仍有待探究。為此，本文依托實(shí)際工程設(shè)計(jì)了4種多肢格構(gòu)式鋼管混凝土墩，研究其滯回耗能能力；并研究采用新型橋墩的全橋結(jié)構(gòu)在地震下的響應(yīng)規(guī)律及延性性能。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋延性抗震設(shè)計(jì)及延性指標(biāo)

強(qiáng)震地區(qū)的橋梁抗震設(shè)防通常從結(jié)構(gòu)自身或被動(dòng)控制方法著手。延性抗震設(shè)計(jì)從橋墩自身入手，通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身特性以適應(yīng)地震作用。然而，依靠橋墩自身延性的方法不可避免會(huì)對(duì)橋墩塑性鉸區(qū)造成難以修復(fù)的損傷。針對(duì)橋墩塑性鉸區(qū)抗震能力不足的問題，采用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無論是材料還是結(jié)構(gòu)構(gòu)造層面，相比普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能有效降低地震響應(yīng)。

1.1 連續(xù)剛構(gòu)橋延性抗震

延性抗震理論是利用結(jié)構(gòu)選定位置，通過該位置在罕遇地震作用下非彈性變形產(chǎn)生的塑性鉸來抵抗地震作用。利用事先確定位置的非彈性變形產(chǎn)生塑性鉸，通過延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期及耗散地震能力，進(jìn)而減小橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。如圖1所示，針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的延性抗震設(shè)計(jì)一般是使塑性鉸產(chǎn)生于中間固結(jié)墩的墩底和墩頂，而在橋的兩端非固結(jié)墩或橋臺(tái)設(shè)置減隔震支座。

圖1 墩梁固結(jié)延性抗震體系

為保證塑性鉸出現(xiàn)在預(yù)期位置，就要進(jìn)行能力保護(hù)設(shè)計(jì)。能力保護(hù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有[8]：

a.選擇合適的延性構(gòu)件。對(duì)于梁式橋，一般選擇為橋墩。

b.明確延性構(gòu)件中的潛在塑性鉸區(qū)，以塑性鉸區(qū)截面的設(shè)計(jì)抗彎強(qiáng)度與需求的強(qiáng)度相近為原則，細(xì)化設(shè)計(jì)塑性鉸區(qū)的構(gòu)造，確保塑性鉸區(qū)截面的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力。

c.確保延性構(gòu)件只發(fā)生延性破壞，避免如剪切或失穩(wěn)等脆性破壞。

d.對(duì)于能力保護(hù)設(shè)計(jì)構(gòu)件，要求其強(qiáng)度安全等級(jí)比延性構(gòu)件高，進(jìn)而使得能力保護(hù)構(gòu)件在地震作用下不進(jìn)入非彈性階段。

1.2 構(gòu)件延性耗能評(píng)價(jià)方法

a.滯回性能。

當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇小概率大震時(shí)，幾乎沒有結(jié)構(gòu)能確保其仍能處在彈性階段進(jìn)行工作。因此，滯回性能是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)抗震能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)[9]。結(jié)構(gòu)滯回性能的具體形式為結(jié)構(gòu)的滯回曲線，通過反復(fù)時(shí)程荷載的加載，能得到結(jié)構(gòu)的滯回曲線，滯回曲線通常有兩種表達(dá)形式：力-位移曲線和彎矩-曲率曲線，它們所圍成的圖形可以作為量化指標(biāo)來評(píng)定結(jié)構(gòu)在荷載作用下的抗震性能，該曲線可以通過擬靜力試驗(yàn)或者動(dòng)力荷載作用獲得。因此滯回曲線對(duì)于評(píng)價(jià)RC墩和其它新橋墩結(jié)構(gòu)形式的抗震性能具有重要作用。

b.延性指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)的延性是指：結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變形且進(jìn)入非彈性階段，其抵御荷載的能力無明顯降低的狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)的非彈性變形能力。當(dāng)橋梁的抗震設(shè)計(jì)方法選用延性抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇合理的延性指標(biāo)，曲率延性系數(shù)和位移延性系數(shù)是被廣泛使用的延性指標(biāo)，曲率延性系數(shù)用于度量延性構(gòu)件截面的延性水平，位移延性系數(shù)則用于度量延性構(gòu)件局部和延性結(jié)構(gòu)整體的延性水平，延性構(gòu)件臨界截面的曲率延性系數(shù)μφ定義為：

式中：φy和φu分別表示塑性鉸區(qū)截面的屈服曲率和極限曲率。

位移延性系數(shù)μΔ的定義為：

式中：Δy和Δu分別表示延性構(gòu)件的屈服位移和極限位移。

2 橋墩設(shè)計(jì)及其延性耗能分析

2.1 工程概況

某橋的主橋上部構(gòu)造為(73+130+73) m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁。箱梁采用變截面形式，高度和底板厚度的變化按二次曲線布置。主橋的橋型布置如圖2所示。該橋共設(shè)兩組橋墩，均選用薄壁雙肢矩形截面，單肢截面尺寸為8.0 m×2.0 m，兩肢截面中心距離為7 m，左右墩高為56 m和51 m。

圖2 主橋橋型布置圖(單位：m)

2.2 新型橋墩設(shè)計(jì)

根據(jù)該橋的原結(jié)構(gòu)主墩截面，以承載力和墩頂剛度相同為原則，設(shè)計(jì)了4種多肢格構(gòu)式CFST橋墩截面。對(duì)比分析采用不同截面形式橋墩的抗震性能，研究多肢格構(gòu)式CFST橋墩對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋抗震性能的影響。

原結(jié)構(gòu)主墩均為雙肢等截面矩形薄壁墩，橋墩高度不等，主墩墩高分別為56 m和51 m，肢間凈距5 m。雙肢矩形薄壁墩的單肢截面尺寸如圖3所示，順橋向2 m，橫橋向8 m。換算后的四肢鋼管混凝土橫截面，單肢的圓鋼管混凝土的外直徑D為1 600 mm，鋼管壁厚t為40 mm，徑厚比為40，內(nèi)填混凝土材料與鋼筋混凝土雙肢薄壁墩材料相同，均為C40混凝土，鋼管所用材料為Q345鋼材。九肢鋼管混凝土橋墩具體尺寸如下：鋼管直徑D=1 000 mm，鋼管壁厚t=30 mm，鋼管內(nèi)采用C40混凝土，鋼管徑厚比D/t=37.33。

圖3 魯六河大橋主墩截面圖(單位：cm)

圖4 SCFS-C1橋墩截面(單位：mm)

圖5 SCFS-C2橋墩截面(單位：mm)

圖6 HCFS-C3橋墩截面(單位：mm)

為方便敘述，將原橋墩及新設(shè)計(jì)橋墩截面進(jìn)行如下編號(hào)：雙肢薄壁墩記為RC墩，四肢普通鋼管混凝土墩記為SCFS-C1墩，九肢普通鋼管混凝土墩記為SCFS-C2墩，普通混凝土填充的九肢中空?qǐng)A管墩記為HCFS-C3墩，普通混凝土填充的九肢中空方管墩記為HCFS-S3墩。上述橋墩的截面形式見圖3～圖7。

圖7 HCFS-S3橋墩截面(單位：mm)

2.3 滯回性能與曲率延性系數(shù)分析

為研究不同橋墩截面形式的滯回性能，建立了各類新型截面RC墩和幾種不同形式的新型格構(gòu)式墩(SCFS-C1墩、SCFS-C2墩、HCFS-C3墩、HCFS-S3墩)的單墩模型，對(duì)其施加往復(fù)荷載作用，通過時(shí)程分析得到了各墩塑性鉸區(qū)域的彎矩-曲率曲線，并進(jìn)行滯回分析。以橋墩墩底截面的曲率延性系數(shù)為指標(biāo)，將各種橋墩形式在相同荷載條件下的曲率進(jìn)行匯總，進(jìn)而評(píng)價(jià)其延性性能。

從圖8的各墩墩底截面的彎矩-曲率曲線的形狀來看，各墩的彎矩曲率曲線呈現(xiàn)梭形，曲線飽滿程度也有所差異。

從表1墩底截面的曲率延性系數(shù)的對(duì)比結(jié)果來看,RC墩在彎矩達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的橋墩墩底縱橋向的轉(zhuǎn)角為0.007 08,橫橋向的轉(zhuǎn)角為0.000 07，且縱橋向的曲率延性系數(shù)比橫橋向的曲率延性系數(shù)大，表明RC墩在縱橋向的塑性變形能力大于橫橋向的塑性變形能力；從不同鋼管混凝土形式的新型橋墩的對(duì)比來看，在往復(fù)荷載作用下，各墩最大彎矩值對(duì)應(yīng)的縱橋向和橫橋向的塑性轉(zhuǎn)角基本相同，各墩的縱橫向曲率延性系數(shù)也基本接近，表明各新型鋼管混凝土橋墩截面在相同荷載作用下，各個(gè)方向的變形能力是相當(dāng)?shù)?。HCFS-C3墩的曲率延性系數(shù)最大，其后依次為HCFS-S3墩、SCFS-C2墩和SCFS-C1墩，HCFS-C3墩的縱橫向曲率延性系數(shù)約為RC墩的1.3倍和3.9倍。

表1 墩底截面的曲率延性系數(shù)表

綜上所述，雙肢薄壁墩縱橋向的延性較橫橋向好，CFST墩在各方向的塑性耗能比較接近，有利于抵御隨機(jī)方向荷載。因此，和RC墩相比，CFST墩能夠通過更強(qiáng)的塑性耗能能力吸收地震能量,CFST墩延性性能比RC墩好，有利于降低結(jié)構(gòu)在地震下的響應(yīng)，對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的抗震性能有明顯改善。

3 新型橋墩全橋地震響應(yīng)分析

3.1 有限元分析模型

采用RC橋墩的全橋有限元模型邊界條件模擬如圖9所示，主墩與主梁之間采用剛性連接，邊跨的約束分別對(duì)摩擦擺式支座和黏滯阻尼器進(jìn)行模擬；考慮樁土相互作用，分別對(duì)樁底和樁身采用固結(jié)約束和節(jié)點(diǎn)彈性支承。采用新型橋墩的全橋結(jié)構(gòu)有限元模型除橋墩不同外，其余部分與RC橋墩的全橋結(jié)構(gòu)模擬方法相同，采用新橋墩的全橋有限元模型分別如圖10～圖13所示。

圖9 采用RC墩有限元模型圖

圖10 采用SCFS-C1墩有限元模型圖

圖11 采用SCFS-C2墩有限元模型圖

圖12 采用HCFS-C3墩有限元模型圖

圖13 采用HCFS-S3墩有限元模型圖

3.2 地震波的選取

該連續(xù)剛構(gòu)橋地處地震烈度8度區(qū)，場(chǎng)地特征周期為0.45 s，橋梁分類為B類，有效加速度峰值為0.51g。按照《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T2231-01—2020)將各條地震動(dòng)的加速度時(shí)程曲線峰值調(diào)整為0.51g。以地震波三要素(地震波峰值、頻譜特性和持續(xù)時(shí)間)為選波基準(zhǔn)選取的3條強(qiáng)震記錄是：James RD波、EI-Centro波和Taft波。3條地震波作用下的時(shí)程分析中，James-RD波的內(nèi)力響應(yīng)最大。將James地震波下的時(shí)程結(jié)果與反應(yīng)譜結(jié)果進(jìn)行比較，如表2、表3所示。

表2 墩底截面時(shí)程分析與反應(yīng)譜分析內(nèi)力對(duì)比

表3 墩頂截面時(shí)程分析與反應(yīng)譜分析位移對(duì)比

從表2～表3的分析結(jié)果來看，通過時(shí)程分析與反應(yīng)譜分析所得的地震響應(yīng)比值基本上都大于1，通過時(shí)程分析所得的地震響應(yīng)均大于反應(yīng)譜所得地震響應(yīng)的80%。表明時(shí)程分析結(jié)果能夠反映反應(yīng)譜分析所得的地震響應(yīng)峰值。通過對(duì)比，James-RD地震波下彈性時(shí)程分析與反應(yīng)譜法的結(jié)果差距不大，說明這一地震波作用下的彈性時(shí)程分析能準(zhǔn)確反映依托工程的地震響應(yīng)情況，故選擇James-RD地震波用于后續(xù)的計(jì)算分析，評(píng)價(jià)新型橋墩對(duì)橋梁抗震性能的改善效果。

3.3 采用新型橋墩的全橋地震響應(yīng)分析

采用彈塑性時(shí)程分析法，研究不同橋墩截面形式對(duì)結(jié)構(gòu)自振特性及動(dòng)力響應(yīng)的影響。由于橋墩高度較高，橋墩剛度較低，重力二階效應(yīng)不可忽視，因此在地震響應(yīng)分析時(shí)考慮P-Δ效應(yīng)。

3.3.1自振特性分析

分別對(duì)采用RC墩、SCFS-C墩、HCFS-C墩和HCFS-S墩的連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行模態(tài)分析。如圖14所示，原結(jié)構(gòu)RC墩組成的連續(xù)剛構(gòu)橋第一階模態(tài)的自振周期為3.68 s，由SCFS-C1墩、SCFS-C2墩、HCFS-C3墩、HCFS-S3墩組成的連續(xù)剛構(gòu)橋的第一階模態(tài)的自振周期依次為5.22、6.97、8.02、7.21 s，不同形式的鋼管混凝土墩的自振周期均大于RC墩，說明新型橋墩形式下整個(gè)結(jié)構(gòu)體系較柔。由圖15不同橋墩截面形式下在X和Y方向的累計(jì)參與質(zhì)量可知，各墩在各個(gè)方向上的累計(jì)質(zhì)量貢獻(xiàn)率均達(dá)到了90%以上，一階振型的參與質(zhì)量均出現(xiàn)在X方向，表現(xiàn)為順橋向的振動(dòng)。采用不同橋墩的全橋結(jié)構(gòu)的第一階振型均為順橋向振動(dòng)，第二階振型均為橫橋向振動(dòng)，第三階均為橫橋向振動(dòng)，分別如圖16～圖20所示。

圖14 不同橋墩截面形式下前10階自振周期對(duì)比圖

(a)X方向(縱橋向)

(a)第一階振型

(a)第一階振型

(a)第一階振型

(a)第一階振型

(a)第一階振型

3.3.2彎矩時(shí)程分析

以墩高56 m的橋墩為例，采用地震波峰值0.51g的James-RD波，對(duì)RC橋墩、SCFS-C1墩和SCFS-C2墩的單肢控制截面的墩底彎矩進(jìn)行地震響應(yīng)分析。

如圖21和表4所示，在順橋向地震下,各墩墩底的彎矩時(shí)程變化曲線呈現(xiàn)一致趨勢(shì),但出現(xiàn)響應(yīng)峰值不同,RC墩的縱向彎矩響應(yīng)值為SCFS-C1墩的2倍;而在橫橋向地震作用下,RC墩墩底彎矩遠(yuǎn)大于SCFS-C1墩和SCFS-C2墩,且RC墩的墩底彎矩最大值出現(xiàn)時(shí)刻早于兩種鋼管混凝土墩，RC墩的橫向彎矩響應(yīng)值約為SCFS-C1墩的10倍。

表4 各墩墩底內(nèi)力響應(yīng)峰值

(a)RC墩-縱橋向

圖22 HCFS-C3墩和HCFS-S3墩墩底彎矩時(shí)程曲線(縱橋向)

通過縱橫向?qū)Ρ?，新型橋墩?duì)于橫向的地震響應(yīng)降低效果較縱向顯著。以墩底彎矩為指標(biāo)評(píng)價(jià)RC墩、SCFS-C1墩和SCFS-C2墩的抗震性能，結(jié)果表明：相同地震荷載條件下，3種橋墩的抗震性能優(yōu)劣對(duì)比為SCFS-C2墩>SCFS-C1墩>RC墩。

依據(jù)上述結(jié)果，為對(duì)比SCFS-C2墩與HCFS-C3墩、HCFS-S3墩的性能，對(duì)HCFS-C3墩和HCFS-S3墩的墩底彎矩時(shí)程曲線進(jìn)行對(duì)比，得到墩底內(nèi)力響應(yīng)峰值。

如圖21～圖23和表5所示，RC墩的地震彎矩響應(yīng)大于其它新型橋墩形式，3種新橋墩形式較RC墩均減小了橋墩所分配內(nèi)力，且HCFS-C3墩的彎矩響應(yīng)降低效果最為顯著。從橫向彎矩比較來看，格構(gòu)式鋼管混凝土墩減小了RC墩的橫向彎矩。依據(jù)墩底彎矩指標(biāo)來評(píng)價(jià)SCFS-C2墩、HCFS-C3墩和HCFS-S3墩的抗震性能，RC墩與3種橋墩的抗震性能優(yōu)劣對(duì)比為HCFS-C3墩>HCFS-S3墩>SCFS-C2墩>RC墩。

表5 各墩墩底內(nèi)力響應(yīng)峰值

3.3.3位移時(shí)程曲線分析

以為56 m的墩高為例，對(duì)格構(gòu)墩SCFS-C1墩和SCFS-C2墩進(jìn)行墩頂位移時(shí)程分析。如圖24～圖25所示，無論是橫橋向還是順橋向，格構(gòu)式截面墩的墩頂位移都比鋼筋混凝土雙肢薄壁墩大，表明兩種不同肢數(shù)的實(shí)心鋼管混凝土墩通過增大結(jié)構(gòu)的變形來適應(yīng)地震作用下的變形，具有良好的耗能能力且優(yōu)于傳統(tǒng)雙肢薄壁橋墩。依據(jù)墩頂位移來評(píng)價(jià)RC墩、SCFS-C1墩和SCFS-C2墩的抗震性能，結(jié)果表明：格構(gòu)式鋼管混凝土橋墩能有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，在相同地震荷載條件下，3種橋墩的抗震性能優(yōu)劣對(duì)比為SCFS-C2墩>SCFS-C1墩>RC墩。

圖24 不同地震動(dòng)激勵(lì)下的左墩墩頂位移時(shí)程曲線(縱橋向)

圖25 不同地震動(dòng)激勵(lì)下的左墩墩頂位移時(shí)程曲線(橫橋向)

通過上述分析，肢格構(gòu)SCFS-C2墩展現(xiàn)了較優(yōu)的抗震性能。因此將其與HCFS-C3墩、HCFS-S3墩展開進(jìn)一步對(duì)比。給出了SCFS-C2墩、HCFS-C3墩和HCFS-S3墩在0.51g地震動(dòng)強(qiáng)度下的墩頂位移時(shí)程對(duì)比。

如圖26～圖27所示，中空?qǐng)A管HCFS-C3墩的墩頂位移響應(yīng)最大，表明中空?qǐng)A管混凝土的柔性最好，在結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段后能夠耗散掉更多的能量，更能發(fā)揮結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的性能。其次是HCFS-S3墩、SCFS-C2墩和RC墩。時(shí)程曲線的周期從大到小分別是HCFS-C3墩、HCFS-S3墩、SCFS-C2墩和RC墩，這與不同橋墩截面形式下的自振周期對(duì)比是對(duì)應(yīng)的。

圖27 不同形式墩在0.51g地震動(dòng)激勵(lì)下的墩頂位移時(shí)程對(duì)比圖(橫橋向)

4 結(jié)論

本文采用彈塑性時(shí)程分析，從橋墩截面形式角度對(duì)實(shí)橋進(jìn)行抗震性能分析，探究其相比雙肢薄壁墩的抗震性能，主要結(jié)論概括如下：

a.通過不同橋墩截面形式下的自振特性分析，相比RC墩，不同的鋼管混凝土墩前四階自振周期均大于RC墩，且HCFS-C3墩的自振周期最大。各墩型的前幾階自振周期差異較顯著，到10階時(shí)，自振周期差距很小，表明前幾階的振型更能體現(xiàn)不同橋墩結(jié)構(gòu)的柔度的差異。

b.以56 m墩高的橋墩為例，在0.51g地震波峰值加速度的激勵(lì)下，分別對(duì)不同橋墩形式下的墩底截面進(jìn)行了彎矩時(shí)程分析。結(jié)果表明：RC墩承擔(dān)的內(nèi)力最大，新型橋墩對(duì)于橫向的地震響應(yīng)降低效果較縱向更顯著，且SCFS-C2墩的抗震性能優(yōu)于SCFS-C1墩。

c.SCFS-C1墩和SCFS-C2墩的墩頂位移最大值均大于雙肢薄壁墩，能夠通過產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)位移來耗散地震波傳遞到橋梁結(jié)構(gòu)的能量，說明SCFS-C1墩和SCFS-C2墩具有良好的耗能能力，且SCFS-C2墩的抗震性能優(yōu)于RC墩和SCFS-C1墩。

d.在得出SCSF-C2墩具有較優(yōu)抗震性能的基礎(chǔ)上，將其與HCFS-C3墩、HCFS-S3墩展開進(jìn)一步對(duì)比。結(jié)果表明：HCFS-C3墩和HCFS-S3墩的彎矩和位移指標(biāo)均優(yōu)于SCFS-C2墩，5種橋墩形式的抗震性能優(yōu)劣對(duì)比為HCFS-C3墩>HCFS-S3墩>SCFS-C2墩>SCFS-C1墩>RC墩。