考虑桩-土相互作用的高墩桥梁抗震性能

陈 旭，李春祥

（1.东北大学（日本）灾害科学国际研究所，仙台980-8576；2.上海大学力学与工程科学学院，上海200444）

随着近年来的经济发展，我国西部地区建设了大量的桥梁。为了跨越深山峡谷，这些桥梁的最大墩高往往超过40m，在某些极端情况下甚至会超过100m［1-2］。西部又是我国地震最为频发的地区之一，近20年内经历了例如汶川地震（2008年，M8.0）、玉树地震（2013年，M7.1）等重大灾害。考虑到上述这些高墩桥梁通常在当地的交通网络中处于枢纽地位，是震后救灾的生命线，因此需要对它们的抗震性能进行深入研究，确保其在震后能够迅速恢复一定的功能，允许应急车辆通过。

与常规中低墩桥梁不同，由于桥墩自身质量接近甚至大于上部结构，高墩桥梁的地震响应会受到墩身惯性力及高阶振型的显著影响［3］。现有关于高墩桥梁的数值分析及振动台实验研究表明，由于墩身高阶振型作用：①高墩墩身中部会在强震作用下产生第2个塑性铰，与现行规范假设不一致；②地震剪力及弯矩响应沿墩高的分布情况会比常规桥墩更加复杂，规范中的能力保护设计不再适用；③墩顶位移与墩底曲率不再同步变化，无法继续使用现行基于位移的方法进行抗震设计［4-6］。但上述这些研究，均未探讨土层特性及桩土相互作用对高墩桥梁地震响应的潜在影响，例如在振动台实验中，研究人员假设墩底固结，未考虑桩基础可能的破坏及对结构抗震性能的影响。

Chen等［7］在对高墩桥梁的研究过程中采用非线性p-y、t-z和q-z弹簧模拟了土层对桩基础的约束作用；……