一种跨海大桥主墩混凝土桩基础损伤分析方法与流程

本发明属于桥梁桩基承载力分析技术领域，具体涉及一种跨海大桥主墩混凝土桩基础损伤分析方法。

背景技术：

混凝土构件损伤机理比较复杂，受多重因素影响，国内外学者提出了不同的损伤分析模型，主要从变形和耗能两方面来确定构件损伤指数，经过学者们不断改进和完善，对结构动力损伤分析需要从最大变形和累积耗能两方面联合考虑才能更加真实的反映构建的损伤状况。考虑到跨海大桥主墩基础材料参数和几何尺寸的不确定性，根据群桩单桩受力变形分析，桩基截面曲率能够代表桩基受力变形发生损伤到破坏全过程的受力特性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够通过桩基截面曲率来确定桩基损伤程度的跨海大桥主墩混凝土桩基础损伤分析方法。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种跨海大桥主墩混凝土桩基础损伤分析方法，包括如下步骤：

步骤1：建立混凝土桩基础损伤分析模型，设定第i个桩基的损伤指数di，并使：

上式中：

β为组合参数，β＝(-0.447+0.073λ+0.24n0+0.314ρt)×0.7ρω；

—桩端截面实测曲率；

—桩体混凝土开裂时的曲率，即混凝土达到混凝土抗拉强度标准值时的曲率；

—桩体混凝土极限破坏状态下的曲率，即混凝土达到混凝土极限压应变时的曲率；

∫dε—为循环加载的累积滞回耗能；

m—桩端截面弯矩；

λ—剪跨比；

n0—轴压比；

ρt—纵筋配筋率，ρt＜0.75％时取为0.75％；

ρω—体积配箍率；

步骤2：设定桩基各状态下曲率与桩体极限破坏状态下的曲率之间的比值以及常数1作为损伤指数di的对比参考值；其中为桩基混凝土达到抗拉强度设计值时的曲率，为桩基截面屈服曲率，即桩基钢筋达到钢筋抗拉强度标准值时桩基的曲率；

步骤3；将实验桩基的损伤指数di与所述对比参考值进行比较，并依据比较结果划定桩基的损伤程度，损伤程度包括以下几级：

完好：

轻微：

中等：

严重：

破坏：di≥1.0。

本发明的技术效果在于：本发明通过设定桩基的损伤指数，并将桩基损伤指数与桩基各状态下曲率和桩体极限破坏状态下的曲率之间的比值以及常数1进行比较，依据比较结果划定桩基损伤指数，损伤指数的确定考虑了弯矩、剪跨比、轴压比、纵筋配筋率、体积配箍率等多重因素的影响，分析结果客观、准确。

附图说明

图1是本发明的桩基损伤程度划分图；

图2是本发明的实施例所提供的b10墩群桩桩平面布置图；

图3是本发明的实施例所提供的单桩基础钢筋构造图；

图4是本发明的实施例所提供的eicentro地震波时程图；

图5是本发明的实施例所提供的曲线(n＝100000n)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

考虑到跨海大桥主墩基础材料参数和几何尺寸的不确定性，根据群桩单桩受力变形分析，桩基截面曲率能够代表桩基受力变形发生损伤到破坏全过程的受力特性，本研究在park和ang的双参数损伤模型的基础上提出桩基损伤曲率分析模型如下：

β＝(-0.447+0.073λ+0.24n0+0.314ρt)×0.7ρω

式中：di—第i个桩基的损伤指数；

—桩端截面曲率；

—桩体混凝土开裂时的曲率，即混凝土达到混凝土抗拉强度标准值时的曲率；

—桩体混凝土极限破坏状态下的曲率，即混凝土达到混凝土极限压应变时的曲率；

β—组合参数；

∫dε—为循环加载的累积滞回耗能；

m—桩端截面弯矩；

λ—剪跨比；

n0—轴压比；

ρt—纵筋配筋率，ρt＜0.75％时取为0.75％；

ρω—体积配箍率；

本研究在已有研究成果基础上，根据桩基础各阶段受力损伤特征和试验结果将桩基损伤程度分为5个：完好、轻微、中等、严重、破坏，具体如下：

完好：为时对应的桩基曲率，即桩基混凝土达到抗拉强度设计值时的曲率，表示混凝土达到混凝土抗拉强度设计值对应应变；

轻微：为对应曲率，为混凝土达到混凝土抗拉强度标准值对应应变；

中等：为对应曲率，即桩基钢筋达到钢筋抗拉强度标准值时桩基的曲率，为钢筋达到钢筋抗拉强度标准值下的应变(按公路桥梁抗震设计细则(jtg/tb02-01-2008)附录b.0.1计算)；

严重：为εc＝εcu对应曲率，εc＝εcu为混凝土达到混凝土极限压应变对应的应变(按公路桥梁抗震设计细则(jtg/tb02-01-2008)附录b.0.2计算)；

破坏：di≥1.0

桩基损伤程度定量描述见表1。

表1桩基损伤程度定量描述

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明：

1.工程概况

杭州湾跨海大桥之北航道桥是一座双塔双索面的斜拉桥，桥梁全长908m，跨径组合为70m+160m+448m+160m+70m，如图2所示，主墩底下设置26根如图3所示的直径3.1m的钻孔灌注桩基础，平均桩长125m，承台为六边形圆倒角整体式承台，尺寸为48.5×23.7×6.0m[97]。本研究选取主墩b10群桩基础之中一单桩进行受力损伤分析。

2.主塔基础损伤受力分析

本研究采用midascivl软件对工程实例进行计算分析，完成了杭州湾跨海大桥之北航道桥b10主墩地震动时程分析，建立计算模型，模型材料特性如表2所示。

表2模型材料特性

地震基本烈度为ⅵ度，设计按vii度设防，地震时程分析采用eicentro地震波模拟，见图4。

由模型分析得到的曲线见图5。跨海大桥主墩基础竖向主要承受主墩自重、上部结构恒载和活载，因活载占比例较小，为简化计算将活载按恒载统一计算，这样在损伤分析中桩基顶面所受轴力n可以认为是不变的常值，利用计算结果根据损伤模型可以计算出来每根桩基相应的损伤指数di，本桥主墩桩基在水平地震作用下各桩基受力变形一致，故只需计算出一个桩基的损伤指数di，经过计算得主墩基础整体损伤指数d＝di对应表1可以确定损伤指数对应的损伤程度。

为对应曲率，经计算

根据《公路桥梁抗震设计细则》(jtg/tb02-01-2008)式b.0.1-2得：

式中：φy―桩基截面屈服曲率(1/m)；

εy―钢筋的屈服应变；

d―桩基截面直径(m)。

根据《公路桥梁抗震设计细则》(jtg/tb02-01-2008)式b.0.2-1和式b.0.2-1得：

φu＝min(φu1,φu2)＝0.0608

式中：φu―桩基截面极限曲率(1/m)；

p―桩基截面竖向荷载(kn)；

f′c―混凝土抗压强度标准值(kn/m2)；

ag―桩基截面面积(m2)；

εs―钢筋极限拉应变，可取εs＝0.09；

εcu―约束混凝土的极限压应变，可按下式计算：

ρs―约束钢筋的体积含筋率；

fkh―箍筋抗拉强度标准值(kn/m2)；

f′cc―约束混凝土的峰值应力(kn/m2)；

―约束钢筋的折减极限应变，

本桥主墩桩基在水平地震作用下各桩基受力变形一致，故只需计算出一个桩基的损伤指数。

根据损伤模型

主墩基础整体损伤指数d＝di＝0.23

由查表1可以确定损伤该主墩对应的损伤程度为中等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。