摘 要：以有无接缝、有无耗能钢筋为参数，制作并安装混凝土桥墩试件，旨在分析预制拼装结构，以及材料性能，选择地震波，并利用振动施加装置，按照确定的加载方案执行。分析高架桥混凝土桥墩在不同振动加载方案下的受力情况，并观察混凝土桥墩试件的破坏情况。试验结果表明：制作的3个桥墩试件随着振动力度的增加，产生不同程度的水平位移逐渐增加。在侧移率为4%时，3个试件的平均位移量分别为26.545、21.343和18.193 mm,且出现了表面裂缝。A3试件接缝处设置耗能钢筋的滞回性能和耗能性能更佳，破坏程度明显低于A1与A2试件，即该混凝土桥墩的抗震性能具有明显优势。
关键词：预制拼装桥梁;城市高架桥;混凝土桥墩;抗震性能;
基金：浙江省科技计划项目(2017F10027);
0 引言高架桥是城市建设中不可或缺的组成部分之一。为了方便桥梁施工，城市高架桥一般选择拼装方式，这种拼装方式与传统的现场钢筋绑扎、砼浇筑的方式不同，是在预制构件厂分别加工桥梁上下结构的组成构件，例如桥梁上部的板梁、箱梁，以及桥梁下部的墩柱、承台等[1,2,3]。在此基础上，将成形的预制构件运输到施工现场，并按照桥梁的基本结构进行吊装与拼接，形成城市高架桥主体。由此可见，桥梁各个构件的稳固程度直接决定了城市高架桥的稳定性。在诸多桥梁构件中，桥墩是整个桥梁的承重主体，同时也是稳定性要求最高的构件之一[4,5,6]。现阶段混凝土桥墩是城市高架桥建设的重要用料形式，混凝土桥墩成为城市高架桥的组成部分。
近年来桥墩构件的抗震性能问题已经引起人们的广泛重视，尤其是在地震等自然灾害日益频繁的今天，桥墩的抗震研究工作逐渐成为了国内外桥梁领域的重要课题。从现阶段国内外的研究情况来看，现有的抗震理论无法指导拼装桥墩的实践，且目前国内大多数桥墩抗震性能研究只针对单柱墩，不能满足实际工程中复杂的受力特点，同时，未将桥梁面板和下部墩柱进行连接，因此得出的抗震性能测试结果的参考价值不高[7,8]。为了保证城市高架桥的稳定性与安全性，开展抗震性能分析具有一定的必要性。为此，本文研究预制拼装城市高架桥混凝土桥墩抗震性能，以期为城市高架桥的建设提供数据支持。
1 试验设计抗震性能试验的设计目的是研究不同类型混凝土桥墩在不同振动作用下的性能区别，由此确定抗震性能试验的测试内容为：混凝土桥墩的滞回性能和耗能能力；测量混凝土桥墩试件上塑性部分的变形与位移情况，并观察桥墩试件的表面破坏程度。
1.1试件的制作与安装按照是否有接缝、接缝位置上是否嵌入耗能钢筋为参数，制作实验中使用的混凝土桥墩试件。以某市高架桥为原型，根据一系列规范，设计、制作了桥墩试件。就结构而言，桥墩原型截面尺寸设计为2.5 m×1.7 m, 截面配有多根规格为28 mm的钢筋，配筋率1.23%。以1∶4为比例尺制作试件，统一截面尺寸，配箍率设置为1.92%。考虑设备加载空间，抗震性能试验选取墩高3.5 m[9]。沿着弱轴加载，载荷的宽度为0.64 m, 剪切比为5.89。桥墩承台尺寸为1.38 m×1.38 m×0.7 m×0.7 m, 试件总高度为4.3 m。桥墩试件的具体制作参数如表1所示。
表1 桥墩试件具体参数设置表 下载原图
Table 1 Specific parameter setting of pier test piece
将整体混凝土墩台分为几个整体，以限制预制块重量在8 t左右。在承台S1、S2段采用长度为100 mm的无粘结段，其目的是保证耗能钢筋在关键位置上不会产生早期破坏，在桥墩试件的拼装接缝位置上，选择100 mm的聚氯乙烯管作为无粘结段处理材料。在处理过程中，先在处理位置上涂抹黄油，并使用透明胶布将其表面进行包裹处理。然后套上选取的聚氯乙烯管，确保耗能钢筋无粘结段在管道内可自由滑移，实现桥墩试件中耗能钢筋的设置。试件上耗能钢筋无粘结段的处理方式如图1所示。
图1 耗能钢筋无粘结段处理示意图 下载原图
Figure 1 Schematic diagram of treatment of unbonded section of energy-consuming steel bars
1.2高架桥混凝土桥墩有限元结构分析以桥墩试件的空间结构为依据，分别从纤维、材料和有限元等方面构建混凝土桥墩有限元模型。预制拼装城市高架桥混凝土桥墩主要由5个部分组成，分别为自复位、承重、耗能、抗剪和接头构件[10],具体的桥墩结构如图2所示，截面图如图3所示。
图2 预制拼装高架桥混凝土桥墩结构图 下载原图
Figure 2 Structural diagram of precast assembled viaduct concrete pier
