摘要：近年来多次强震记录，近断层区的竖向地震分量极为显著。按中国现有规范要求，中低烈度区不需考虑竖向地震作用的影响，而规范对高烈度区地震竖向分量取水平分量的0.65，但是许多实际地震记录所证实这个数值是偏低的，很多桥梁结构的破坏中都发现了竖向地震作用下留下的痕迹，而且发现有的结构破坏是直接因竖向地震作用而引起的，在高烈度区近断层区域，这种现象变得更加显著，在部分近断层及发震断裂附近地震动峰值加速度竟然超过相应的水平峰值加速度。三维隔震支座和新型材料很好的避免竖向大轴力问题。
关键词：近场地震动；竖向大轴力；三维隔震支座；新型材料
一、研究意义
近年来多次强震记录显示，近断层区的竖向地震分量极为显著。按中国现有规范要求，中低烈度区不需考虑竖向地震作用的影响，而规范对高烈度区地震竖向分量取水平分量的0.65，但是许多实际地震记录所证实这个数值是偏低的，很多桥梁结构的破坏中都发现了竖向地震作用下留下的痕迹，而且发现有的结构破坏是直接因竖向地震作用而引起的，在高烈度区近断层区域，这种现象变得更加显著，在部分近断层及发震断裂附近地震动峰值加速度竟然超过相应的水平峰值加速度。同时,在地震过程中桥墩的压应力不断改变,最大轴力甚至会压溃桥墩。
1957年钱培风[1]教授首先提出竖向地震作用是造成某些砖烟囱破坏的主要原因。
1958年王光远教授[2]对高耸结构在竖向地震动作用下的反应提出了一种数学模拟和计算方法。
1959年前苏联的一位学者研究了竖向地震动下实体结构的振动。
1995年1月17日发生在日本阪神大地震也给科学界和工程界留下发人深省的问题：这次地震(在震中地区)竖向地震作用超过了水平地震作用。
1995年Elnashai[3]对Northridge地震中一座破坏的公路桥梁进行3向的非线性分析，发现竖向地震作用使桥墩轴向力发生变化，同时降低了其抗剪承载力。
1996年Yanf分析了3座人行天桥的桥墩、基础、盖梁在地震作用下的响应，发现与水平地震单独作用相比，考虑竖向地震作用后桥墩的轴力增大了20%，墩底弯矩增大。
2002年Button进行了6座桥在6.5以及7.5地震烈度中，水平和竖向地震作用共同作用下的反应谱分析，并对其中3座进行了线性时程分析，对其中1座进行了非线性时程分析。通过分析发现，竖向地震作用并不会明显影响结构的水平地震响应，但会对桥墩的轴力造成很大影响，尤其是对于桥梁所在位置震源深度小于10~20km时。
二、国内研究现状
桥梁抗震总体可采用两种策略:一是延性抗震设计,即在强烈地震下允许下部结构发生弯曲塑性屈服、损坏来消耗地震能量，但要保持稳定的竖向承载力，从而实现大震不倒的设防目标。二是减隔震设计，即通过提高支座柔性或附加阻尼装置，提高桥梁的自振周期和耗能能力，以降低强烈地震下桥梁结构的地震反应，甚至于使下部结构(桥墩)处于弹性状态。目前国内外对三维隔震支座和新型材料进行了很多的研究：
(1)三维隔震支座
橡胶隔震支座作为隔震结构的重要组成部分，国内外学者对其各项力学性能作了大量的理论和试验研究，在实际工程中也得到了广泛的应用，相对于水平隔震技术，竖向隔震的发展显得较缓慢。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆桥梁隔震三维设计的概念就是通过在桥梁上部结构和桥墩之间引入三推隔震装置来延长桥梁结构水平和竖向基本周明，改变桥梁结构水平和竖向振动特性，避开地震能力相对集中的较高频段，利用阻尼耗能装置来减小桥梁结构位移反应，从而达到全面降低桥梁结构地震反应的目的的预期抗震性能。孟庆利等研究了竖向半主动隔震装置的三维隔震系统,进行振动台试验研究。贾俊峰等基于铅芯橡胶隔震垫、组合碟形弹簧和钢板阻尼器的各自力学性能特点，设计开发出一种三维隔震装置。
(2)超高性能混凝士UHPC
超高性能混凝士UHPC因具有较高的抗压强度和弹模、可利用的抗拉强度、良好的变形能力以及耐腐蚀等优点，自问世以来便引起了人们的重视。一方面，国内外研究者针对UHPC的制备和基本性能开展了大量研究：另一方面，UHPC也已从实验室研究走向工程应用。UHPC与圆钢管组合而成的圆钢管UHPC柱也开始应用于高层建筑中。作为承压构件，圆钢管UHPC短柱的轴压性能至关重要。吴炎海等进行了圆钢管UHPC短柱的轴压试验，给出了轴压承载力回归公式以及圆钢管UHPC整体的单轴受压应力和应变关系；田志敏等通过试验研究了圆钢管UHPC短柱在轴压作用下的受力变形机理与破坏特点。
(3)钢-混凝土组合结构特点
钢-混凝土组合结构是指将各类钢构件通过剪力连接件或约束粘结等方式与混凝土结合从而形成的组合结构，同普通钢筋混凝土结构相比，组合结构能够改善结构延性、减轻结构自重、降低基础造价、方便施工等；同钢结构比较，组合结构能提高结构刚度、増加结构稳定性、减小用钢量、提高结构的耐久性等。
2006年,占玉林等对东平大桥采用的钢-混凝土组合桥面板进行了正弯矩试验，试验结果表明，组合桥面板在使用荷载下变形小，刚度较大且结构承载力和安全储备较高。2009年，杨勇等对8块钢板混凝土组合桥面板试件进行了静力加载试验，试件的破坏模式均为典型弯曲破坏，试验结果表明，组合作用良好的桥面板具有较高的弯曲刚度和抗弯承载力，延性良好。
三、研究方法和结论
利用Ucfyber分析程序,通过上述材料改变截面特征中的参数和材料,来究各个参数对其弯矩曲率特性的影响，可得出以下主要结论：
(1)随着混凝土强度的提高，截面属服曲率不变，极阻曲率先升高后降低，曲率延性系数先用大后减小，表明了桥墩的延性和耗力先增大后降低，因此，在实际应用中不宜提高混土的强度。
(2)随着增加钢筋用量的大,截面屈服曲率增大，极限曲率降低，曲率延性系数降低，当截面钢筋配筋率一定时，桥的延性不随直径的变化而变化。说明增加钢筋用量,虽然能增大结构的屈服弯矩,但是会降低结构的延性耗力,且仅纵向钢筋的配筋率影响结构的延性,钢筋本身对延性没有影响。
(3)轴力大小对截面的屈服曲率影响不大，但随轴力的用大，截面极限曲率明显降低,截面的曲率延性系数也随之降低，轴力会对结构的延性造成不利的影响。
参考文献
[1]烟囱在地震作用下的纵波应力[J].钱培风,苏文藻,张悉德,杨亚弟.力学学报.1978(02):10-13.
[2]抗地震结构三级设防的可靠性分析[J].王光远,于玲.哈尔滨建筑大学学报.2002(01):20-24.
[4]YanfJ,LeeCM.CharacteristicsofverticalandhorizontalgroundmotionsrecordedduringtheNiigata-kenChuetsu,JapanEarthquakeof23October2004[J].EngineeringGeology,2007,94(1/2):50-64.
作者简介
常化慧（1992—），男，汉族，河南省濮阳市人，建筑与土木工程硕士，单位：广州大学建筑与土木工程专业，研究方向：桥梁抗震。
论文作者:常化慧
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：结构论文; 延性论文; 组合论文; 曲率论文; 桥墩论文; 桥梁论文; 作用论文; 《基层建设》2019年第19期论文;