第３２卷第１期 ２０１３年２月 文章编号：１００１—４３７３（２Ｏ１３）Ｏ卜Ｏ０１５一Ｏ５ 兰州 交通大学学报 Ｖ０Ｉ．３２ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１３ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ １３ＯＩ：１０．３９ｓ９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４３７３．２０１３．Ｏ１．００４ 粘钢加固重力式桥墩的抗震性能试验研究 张鹏翔， 丁明波 （兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０） 摘要：制作配筋率０．２ 和０．４％、配箍率０．２ 的两个模型墩，先完成两模型墩的拟静力破坏试验再对其粘钢加 固，并进行加固后模型墩的拟静力破坏试验．详细比较分析加固前后模型墩的破坏形态、承栽力、延性与耗能能力、 刚度退化等特性，验证粘钢加固能明显提高重力式桥墩抗震性能． 关键词：重力式桥墩；粘钢加固；耗能能力；破坏试验；延性 中图分类号：Ｕ４４３．２２ 文献标志码：Ａ 地震严重破坏桥梁墩台，致使道路交通系统瘫 国内外对铁路重力式桥墩的抗震性能试验研究 痪，延滞救灾人员和物资抵达灾区的时间，耽误救灾 的黄金时间，使灾区的生命财产蒙受更大损失．我国 既有普通铁路和高速铁路桥墩多为重力式桥墩，此 类桥墩仅配置护面钢筋，配筋率通常小于０．５ ，属 少筋混凝土结构；该类墩截面尺寸、自重及刚度较大 但变形能力较差，地震时易产生脆性剪切破坏［１ ］． 受早期科技水平限制，我国地震等级及烈度区的划 分不准，导致在许多高烈度地区修建的铁路重力式 桥墩不能满足ＧＢ５０１１１—２Ｏ０６《铁路工程抗震设计 规范》的抗震技术要求．铁路重力式桥墩的地震破 坏，主要出现在墩身与基础连接部位，墩底截面因承 受巨大的弯矩而发生脆性剪切破坏．粘钢加固施工 简便且周期短、附加自重小、对线路正常运营影响小 而可显著提高桥墩的承载能力和刚度． 不多，对铁路重力式桥墩的抗震加固研究更少．本文 首先对配筋率０．２ 和０．４ 、配箍率０．２ 的模型 墩进行拟静力破坏试验，随后采用粘钢加固受损模 型墩，然后再次进行加固模型墩的拟静力破坏试验， 对比分析加固前后模型墩的破坏形态、承载力、延性 与耗能能力、刚度退化等特性，验证了桥墩粘钢加固 能明显提高其抗震性能． １试验研究 １．１模型墩设计 共制作２个模型墩Ａ１和Ｂ１，模型墩粘钢加固 后分别为Ａ２和Ｂ２．模型墩尺寸和配筋如图１和图 ２所示，模型墩主要参数见表１． 表１模型墩参数 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆｐｉｅｒｍｏｄｅｌｓ １．２模型墩试验 加载装置见图３，加载时先按力控制加载，待模 型墩出现裂缝后改为位移控制加载，每级加载循环 ３次，直至模型墩破坏、承载力急剧下降时停止［３ ； ２模型墩的破坏形态 ２．１模型墩ＡＩ和Ａ２ 从图４可见，模型墩Ａ１在墩底截面出现一条 贯通大裂缝，墩底部位混凝土压碎，在距墩底截面约 粘钢加固受损破坏的模型墩，按相同加载制度再次 进行拟静力破坏试验． ４０ ｃｍ处存在一条贯通墩身的斜裂缝．模型墩为典 收稿日期：２０１２・１２—０６ 作者简介：张鹏翔（１９８６・），男，河南新乡人，硕士生，主要研究方向为工程结构抗震理论与分析研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｐｘｍｍｍ（￣１２６．ｃｏｒｎ １８ 兰州交通大学学报 第３２卷 表３粘钢加固前后最大位移对比 Ｔａｂ．３ Ｔｈｅ ｍａｘｉｌｎｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｂｙ ｇｌｕｉｎｇ Ｓｔｅｅｌｓ ｌ 叫 且骨架曲线下降段要陡些，加固后延性明显改善［ｇ］． ４．３刚度退化曲线 １２０ｏ０ ：厂＼ ８Ｏ ｜ －６４ｏ０ ｌ，ｒ—一 ，唧ｈ ２０ 对比刚度退化曲线对比图（见图１１和图１２）， 。。ｍ ∞加瑚 ｌ２０ ４０ ６０ ８ｏｌ００１ 卅 －可以看到，模型墩加固后刚度增加，每循环加载的刚 度退化幅度小于加固前，破坏时刚度值几乎相同，初 始刚度及刚度退化均值见表４． ８ 墨 弓 图９模型墩Ａ１与Ａ 骨架曲线图 Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ￣ｋｄｅｔｏｐ Ｃｌｌｌ’ ｏｆｐｉｅｒｍｏｄｅｌＡ１ ａｎｄＡ２ ｌ加 熏 蕊 －・－Ａｌ Ａ２ ｌ２０ ｌ伽踟 ＼＼＼＼、 ６口 循环次数 加 ／ｎｕｎ ２０ ｒ～，２０∞６ｏ ８ｏ】００１２０ Ｊ 图１１模型墩Ａ１与Ａ２刚度退化曲线图 Ｆｉ．１ｌ Ｔｈｅ ｓｔｉｇｆｎｅｓｓ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ￣ｄｒｖｅｓ ｏｆ ｐｉｅｒ ｍｏｄｅｌ Ａ１ ａｎｄ Ａ２ 一 一 熏 图１Ｏ模型Ｂｌ与Ｂ２骨架曲线图 隐１０ Ｔｈｅ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｆ啦 ｏＢ】ａｎｄ Ｂ２ 孺 一・Ｂ１ Ｂ２ 一４．２骨架曲线 从模型墩Ａ１、Ａ２和Ｂ１、Ｂ２的骨架曲线对比图 （见图９和图１Ｏ）可以看到，模型墩Ａ２、Ｂ２的最大承 载力和和最大位移均大幅度提高，由首次加载曲线 的斜率可以判定，加固后模型墩的刚度增大不明显， 图１２模型墩Ｂ１与Ｂ２刚度退化曲线图 Ｆｉ．１２ Ｔｇｈｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｄｅｇｒａｄａｔｉｎ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｐｉｏｅｒ ｍｏｄｅｌ Ｂ１ ａｎｄ Ｂ２ 第１期 张鹏翔等：粘钢加固重力式桥墩的抗震性能试验研究 １９ ５结论 地震作用下铁路重力式桥墩发生剪切破坏，其 破坏发生在墩底区域；粘钢加固对截面刚度的贡献 不大但可显著提高其极限位移和极限承载力；加固 桥墩的耗能能力增强、延性增加且刚度退化小． 参考文献： Ｅ１３朱唏，陈兴冲．混凝土桥墩的非线性分析［妇．铁道学 报，１９９３，１５（１）：８７—９３． ］ ］ ］ ］Ｉ竺Ｊ 司炳君，孙治国．钢筋混凝土延性桥墩震后快速修复技 术研究［Ｊ］．大连理工大学学报，２０１０，５Ｏ（１）：９３—９８． 司炳君，孙治国，杜修力，等．钢筋混凝土桥墩地震弯剪 破坏机理与震后快速修复技术研究［Ｊ］．土木工程学 报，２０１１，４４（７）：９０—９９． 黄照南．ＣＦＲＰ修复震后严重破坏钢筋混凝土桥墩抗 震性能试验研究［Ｄ］．大连：大连理工大学，２００９． Ｓａｉｉｄｉ Ｍ Ｓ，Ｃｈｅｎｇ Ｚ Ｙ．Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｉｎ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｄａｍａｇｅ ｒｅｐａｉｒ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｌａｒｅｄ ］ ｏｌｃｕｍｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ２００４，８（４）：３０６－３１４． ［２］陈兴冲，朱唏．素混凝土矮墩的全过程分析［Ｊ］．兰州铁 道学报，１９９３，１２（１）：１－１１． Ｎｉｅ Ｊ Ｇ，Ｗａｎｇ Ｙ Ｈ，Ｃａｉ Ｃ＆Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ０ｎ ｆａｔｉｇｕｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ＲＣ ｂｅａｍｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ［３３丁明波，陈兴冲．客运专线桥墩基础滞回特性的模型试 验研究口］．兰州交通大学学报，２００８，２７（３）：５－８． ［４］陈兴冲，丁明波，张鹏翔，等．一种钢板抗震加固桥墩的 ｐｌａｔｅ—ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎ￣ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，１３７（７）：７７２－７８１． 方法［Ｐ］．中国：２０１２１００８１３８３，２０１２． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｎ ｔｈｅ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｒａｉｌｒｏａｄ Ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ Ｇｒａｖｉｔｙ Ｐｉｅｒｓ Ｓｔｒｅ￣ｈｅｎｅｄ ｂｙ Ｇｌｕｉｎｇ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔｓ ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＤＩＮＧ Ｍｉｎｇ－ｂｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１．ａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｗｏ ｐｉｅｒ ｍｏｄｅｌｓ ｗｈｏｓｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏｓ ａｒｅ ０．２ ９，６ ａｎｄ ０．４ ９／６ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｓｔｉｒｒｕｐ ｒａｔｉｏ ｉｓ ０．２ ａｒｅ ｍａｄｅ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｐｓｅｕｄｏ－ｓｔａｔｉｃ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｒ ｍｏｄｅｌｓ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｂｙ ｇｌｕｉｎｇ ｓｔｅｅｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｓｅｕｄｏ—ｓｔａｔｉｃ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔ ｉｓ ｄｏｎｅ ａｇａｉｎ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ，ｃａｒｒｙ－ ｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｐｉｅｒ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｏｎｅｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｒａｉｌｒｏａｄ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｇｒａｖｉｔｙ ｐｉｅｒｓ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｇｌｕｉｎｇ ｓｔｅｅｌｓ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｖｉｔｙ ｐｉｅｒ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｂｙ ｇｌｕｉｎｇ ｓｔｅｅｌｓ；ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔ；ｄｕｃ— ｔｉｌｉｔｙ
