[发明专利]一种确定桥梁桩基截面初始屈服弯矩的方法

说明书

本发明涉及桥梁建设工程技术领域，具体涉及一种确定桥梁桩基截面初始屈服弯矩的方法。该方法包括以下步骤：选择若干不同桩径和不同截面配筋率的桩基，计算每一桩基在不同轴力作用下的截面初始屈服弯矩，以一桩基的桩径、截面配筋率、所有轴力及其对应的截面初始屈服弯矩为一组采样数据，得到若干组采样数据；将每一组采样数据分为小偏心段和大偏心段；对所有的小偏心段和大偏心段的计算数据分别进行拟合，确定小偏心段拟合方程和大偏心段拟合方程。该方法能够解决现有技术中采用弯矩‑曲率的分析法的计算工作量大且分析耗时长，不适用于桥梁工程可行性研究阶段的问题。

技术领域

本发明涉及桥梁建设工程技术领域，具体涉及一种确定桥梁桩基截面初始屈服弯矩的方法。

背景技术

桥梁下部结构桩基础是一种历史较长且应用广泛的深基础型式，与其它型式基础相比，能较好地适应复杂地质条件并具有承载能力大、稳定性好、差异沉降小等优点。但是，由于桩基埋置于地下，震害不易发现，且震后开挖检查资料公开少，对桩基震害认识还不充分，所以桩基抗震一直是桥梁抗震设计的难点。《公路桥梁抗震设计细则》首次引入了能力保护设计思想，对桩基础第一次明确规定其在E2地震作用下不得按延性构件设计，加之施工原因桩基一般较难设计为斜桩形式，使得地震作用往往控制结构设计，故桩基抗震安全性问题一直备受工程界关注。

目前,桥梁抗震设计规范对桩基在两阶段水准作用(E1地震作用和E2地震作用)下的验算标准为：①、E1地震作用时，截面地震响应弯矩≤截面初始屈服弯矩；②、E2地震作用时，截面地震响应弯矩≤截面等效屈服弯矩。可见，抗震设计验算时牵涉到2个屈服弯矩的取值，分别为截面初始屈服弯矩和截面等效屈服弯矩。其中，截面初始屈服弯矩定义为截面最外层钢筋首次屈服(考虑相应轴力)时对应的弯矩，当地震反应小于初始屈服弯矩时，整个截面均保持在弹性工作范围。

截面等效屈服弯矩为根据截面弯矩-曲率关系曲线采用双线性折线原则得到的弯矩，此时截面发生可修复性损伤，部分钢筋进入屈服，裂缝宽度可能超过容许值，但混凝土保护层完好，结构整体上还保持在弹性范围。截面等效屈服弯矩可以按照桥梁静力设计规范(《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》)的有关规定，采用截面等效矩形法原理，该值可按截面极限承载能力的相关计算公式得到。但是，该静力设计规范却未给出截面初始屈服弯矩的相关计算公式，因为截面初始屈服弯矩主要是通过引入材料非线性本构关系的方式，必须采用弯矩-曲率的分析法计算得到该值。弯矩-曲率的分析法的计算工作量大且分析耗时长，主要适用于须进行详细抗震分析的桥梁初步设计和施工图设计阶段，不适用于桥梁工程可行性研究阶段。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种确定桥梁桩基截面初始屈服弯矩的方法，能够解决现有技术中采用弯矩-曲率的分析法的计算工作量大且分析耗时长，不适用于桥梁工程可行性研究阶段的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种确定桥梁桩基截面初始屈服弯矩的方法，包括以下步骤：

选择若干不同桩径和不同截面配筋率的桩基，计算每一桩基在不同轴力作用下的截面初始屈服弯矩，以一桩基的桩径、截面配筋率、所有轴力及其对应的截面初始屈服弯矩为一组采样数据，得到若干组采样数据；

将每一组采样数据分为小偏心段和大偏心段；

对所有的小偏心段和大偏心段的计算数据分别进行拟合，确定小偏心段拟合方程和大偏心段拟合方程。

在上述技术方案的基础上，根据每一组计算数据中的最大截面初始屈服弯矩值和所对应的轴力，将每一组的有限元分析计算数据分为小偏心段和大偏心段。

在上述技术方案的基础上，所述的对所有的小偏心段和大偏心段有限元分析计算数据分别进行拟合，采用一次多项式拟合或二次多项式拟合。

在上述技术方案的基础上，采用一次多项式拟合时，