Page 267 - 《振动工程学报》2025年第9期

第 9 期 尹康帅，等：氯离子侵蚀作用下的典型钢筋混凝土梁桥时变抗震性能分析 2197

39.5 特征点参数进行修正。四种工况的区别体现在：（a）
核心混凝土峰值压应力 / MPa 38.5 MinMax 材料限定的纵筋应变阈值不同。在盆式支
由式（15）确定的核心混凝土极限压应变不同；（b）由
39.0
座的固定方向采用大刚度将墩（桥台）与主梁固结，
在活动方向则考虑支座的摩擦作用效应，其恢复力
38.0
模 型 采 用 双 线 性 理 想 弹 塑 性 模 型， 滑 动 摩 擦 系 数
37.5
0.02， 屈 服 位 移
取
0.003 m， 图
和
中
x y 取
5
F y 、 R
37.0 μ K 0 分别为支座的屈服力、反力和初始刚度。不考虑
0 20 40 60 80 100
服役时间 / 年 桩-土相互作用，墩底采用固结处理。桥台的模拟方
(a) 峰值压应力
(a) Peak compressive stress 法 参 考 宋 飞 等 [36] 的 研 究 ， 纵 向 弹 簧 采 用 带 间 隙
0.0041 Δ ga 的理想弹塑性模型，其初始刚度 K a 和屈服强度
p
L
F a 根据加州抗震设计规范 SDC-V2.0 [37] 确定，桥台竖
L
0.0040
核心混凝土峰值压应变 0.0039 2.4 地震波的选取
向刚度假定为完全刚性。

0.0038
0.0037
算例梁桥的场地类别为Ⅱ类，结合《公路桥梁
0.0036
V s20
[39]
V s3 对应关系的研究
和
，根据设计反应谱从
0
0.0035 抗 震 设 计 规 范》 [38] 和 有 关 土 层 平 均 剪 切 波 速 PEER
0 20 40 60 80 100
服役时间 / 年 强震数据库中选取了 15 条符合场地条件的远场地
(b) 峰值压应变 震波列于表 3，各地震波反应谱及其平均反应谱图如
(b) Peak compressive strain
图 6 所示。地震响应分析时只考虑纵桥向地震动输
0.012
入，不考虑横桥向和竖向地震作用。

核心混凝土极限压应变 0.008 DU模型 3 氯 离 子 侵 蚀 梁 桥 抗 震 性 能 分 析
0.010

3.1 截面弯矩-曲率分析
张模型
0.006
BIONDINI模型
不考虑极限拉应变退化 氯离子侵蚀会导致墩柱抗震能力退化，可以通
0.004 过截面弯矩-曲率分析对墩柱的弯曲抗震能力进行
0 20 40 60 80 100
服役时间 / 年 评估。本节通过截面时变非线性分析获得截面的弯
(c) 极限压应变
(c) Ultimate strain 矩-曲率关系曲线，根据《公路桥梁抗震设计规范》推

图 4 核心混凝土性能时变劣化规律 荐的方法 [38] 将其等效为理想弹塑性双线性模型，本
Fig. 4 Time-dependent properties of core concrete 文将破坏点定义为核心混凝土开始达到极限压应变
或纵筋拉断的状态。选取梁桥 100 年服役期内间隔
梁柱单元模拟，墩柱截面由保护层混凝土纤维、核
25 年的 5 个服役时间点进行分析，针对先前定义的
心混凝土纤维和纵筋纤维组成。保护层混凝土和核
四个工况，采用 OpenSees 计算得到最不利轴力作用
心混凝土纤维均采用基于 Kent-Scott-Park 本构模型
下的截面弯矩-曲率关系曲线，如图 7 所示。由图 7
的 Concrete01 材料模拟，保护层混凝土的极限压应
可知：氯离子侵蚀会导致墩柱构件的抗弯强度和变
变 ε c 取 u 0.004，未劣化和劣化的核心混凝土极限压应
形能力持续下降，与工况 1 相比，工况 2～4 的破坏
力 f cu 和 0 f c 分 别 取 为 对 应 峰 值 压 应 力 f cc 和 0 f c 的 点位置明显提前，但各工况的钢筋首次屈服点位置
u
c
0.2 倍，图 5 中 ε ccu 为未劣化核心混凝土的极限压应 基本相同。此外，所有的极限点均由核心混凝土压
0
变。纵筋纤维采用基于 Giuffre-Menegotto-Pinto 本构 碎控制，这主要是因为箍筋的锈蚀程度要比纵筋严
模型的 Steel02 材料模拟，并采用 MinMax 材料限定 重，导致箍筋对核心混凝土的约束效果明显减弱，核
其应变阈值，以考虑纵筋在达到其极限拉应变后发 心混凝土的极限压应变大幅下降，尤其是在考虑箍
生断裂而失效。基于前文所述材料性能劣化规律， 筋极限拉应变退化时降幅更大。因此，即使纵筋的
在有限元模型中对纵筋面积、纵筋和混凝土本构的 极限拉应变也存在劣化，但核心混凝土还是要先于