(重慶交通大學(xué)　重慶　400060)

一、國外試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

目前節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)的應(yīng)用還僅局限于中、低地震烈度區(qū)和非地震區(qū)。而限制其在強(qiáng)震區(qū)使用的主要因素有：工程界對節(jié)段橋墩抗震性能的研究還不夠系統(tǒng)，采用何種接縫形式和預(yù)應(yīng)力布筋方式較為合理，影響其抗震性能的其他因素都有哪些，影響程度如何等等，都還沒有統(tǒng)一的結(jié)論。

較之于現(xiàn)澆整體混凝土橋墩，如果節(jié)段拼裝橋墩預(yù)制節(jié)段的縫設(shè)計不當(dāng)，往往會成為橋梁結(jié)構(gòu)體系的薄弱環(huán)節(jié)，將給人以整體抗震性能差，抗震能力薄弱的假象。值得慶幸的是從目前國內(nèi)外已有的研究成果來看，只要合理布置接縫，節(jié)段拼裝橋墩可以有良好的抗震性能，比如利用新材料、新構(gòu)造、新設(shè)計理念，節(jié)段拼裝橋墩可以獲得比現(xiàn)澆整體式橋墩更優(yōu)異的抗震性能。

節(jié)段拼裝橋墩的理論和試驗(yàn)研究可以追溯到上個世界90年代末。

1999～2004年，美國得州大學(xué)奧斯汀分校的Ferguson結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室相關(guān)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究[1]，其中最重要的研究成果之一是Billington提出了一種適合于非抗震設(shè)防區(qū)的中小跨徑規(guī)則橋梁下部結(jié)構(gòu)的節(jié)段拼裝體系。隨后，在2004年，Billington推薦了一種適合于抗震區(qū)使用的預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩體系。該類型橋墩體系通過無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接各節(jié)段，節(jié)段之間沒有普通鋼筋貫穿，塑性鉸區(qū)域的節(jié)段采用添加延性纖維的水泥復(fù)合材料。該種復(fù)合材料的引入主要是用于彌補(bǔ)單純依靠預(yù)應(yīng)力筋連接而導(dǎo)致的耗能能力低下，同時也使墩身塑性鉸區(qū)出現(xiàn)分散的細(xì)微裂縫，而不是集中的裂縫。

2005年，美國紐約州立大學(xué)布法羅分校和臺灣地震研究中心[2]聯(lián)合開展了一項(xiàng)大比例尺寸(1:2.5)空心截面節(jié)段拼裝橋墩的循環(huán)加載擬靜力試驗(yàn)研究。首批試驗(yàn)試件有4個，四個試件接縫均采用干接縫節(jié)段拼裝試件，不同的是其中一個試件的接縫處沒有附加耗能措施，其余三個試件接縫處附加有耗能裝置。結(jié)果表明：附加的耗能裝置可以提高橋墩試件的整體耗能能力，增加其粘滯阻尼比，可以在抗震區(qū)使用。

2008年，韓國學(xué)者Kim等人[3]對5個具有預(yù)制基礎(chǔ)和在預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留管道中設(shè)置抗剪連接構(gòu)件的預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩試件進(jìn)行了循環(huán)加載擬靜力試驗(yàn)，并進(jìn)行了精細(xì)的有限元模型分析。其研究結(jié)果表明:該種類型橋墩在顯著降低殘余位移的情況下，還可以有效的提高其延性能力和耗能能力，其建立的有限元模型更是能夠較好的模擬出橋墩的滯回曲線以及接縫處的非線性力學(xué)行為。

2012年，美國紐約州立大學(xué)布法羅分校的Petros Sideris等[4]采用了搖擺-滑移組合的節(jié)段接頭形式，進(jìn)行了大比例的振動臺模型試驗(yàn)，其研究結(jié)果表明：接頭的滑動可以提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，減少結(jié)構(gòu)的損傷，且有一定的復(fù)位能力，而接頭的搖擺耗能較低，在混凝土壓潰前復(fù)位能力良好。

二、國內(nèi)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)研究人員進(jìn)行相關(guān)的振動臺試驗(yàn)較少,既有的節(jié)段拼裝橋墩的試驗(yàn)研究以擬靜力研究為主；國內(nèi)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀大致有以下兩個特點(diǎn)：第一，試件以單柱或單墩者居多，整個框架墩很少；第二，研究人員關(guān)注的重點(diǎn)主要有節(jié)段拼裝方式、預(yù)應(yīng)力鋼筋有無黏結(jié)、預(yù)應(yīng)力初值的大小、節(jié)段的數(shù)量、有無附加耗能裝置、塑性鉸區(qū)設(shè)置、殘余位移、滯回特性等的影響因素。

2011年，葛繼平等人針對預(yù)制拼裝橋墩進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)和振動臺試驗(yàn)，對比了3種干接縫形式的節(jié)段拼裝橋墩、普通鋼筋混凝土橋墩和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩，詳細(xì)描述了節(jié)段拼裝橋墩在擬靜力過程中的破壞發(fā)展歷程和試驗(yàn)過程中需要注意的問題，其進(jìn)行的帶耗能鋼筋橋墩的試驗(yàn)很好的驗(yàn)證了國外有關(guān)學(xué)者關(guān)于耗能鋼筋的存在可提高橋墩延性能力的結(jié)論，同時又根據(jù)振動臺試驗(yàn)結(jié)果和擬靜力試驗(yàn)結(jié)果，對比了各類型墩的破壞發(fā)展特征，再一次驗(yàn)證了耗能鋼筋可提高橋墩耗能，但振動臺試驗(yàn)得到的滯回曲線比較擬靜力試驗(yàn)結(jié)果更加凌亂。此外，科研小組成員分別采用纖維模型和集中塑性鉸模型進(jìn)行相關(guān)的抗震特性數(shù)值模擬分析，將分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明：纖維模型和集中塑性鉸模型兩種分析方法均各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中集中塑性鉸模型得到的荷載—位移滯回曲線更加接近于擬靜力試驗(yàn)結(jié)果，而纖維模型則可以很好地把握擬靜力過程中達(dá)到最大荷載前的荷載—位移滯回特性、曲率分布規(guī)律以及地震動非線性時程分析中最大位移響應(yīng)等的結(jié)果；然而它們均不能準(zhǔn)確反映出不同工況下的損傷累積、荷載—位移滯回曲線達(dá)到最大荷載后的下降段，因此分析得到的滯回曲線與試驗(yàn)結(jié)果相差較大。

與此同時，在我國臺灣地區(qū)諸多學(xué)者也對預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩做了大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究工作。

2005年，在美國加州大學(xué)伯克利分校的Hewes和普利斯特的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，臺灣國立交通大學(xué)的周中哲等人[5]對Hews的試驗(yàn)進(jìn)一步改進(jìn)，對兩個采用干接縫連接的預(yù)制鋼管約束的素混凝土節(jié)段橋墩進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)。周等人在試驗(yàn)方面的改進(jìn)主要是將所有節(jié)段均采用鋼管約束的素混凝土方案，其中在塑性鉸區(qū)域的套筒壁厚要加厚，這樣就避免了在Hewes試驗(yàn)中出現(xiàn)的鋼筋混凝土節(jié)段保護(hù)層混凝土的壓碎，同時還對其中一個試件設(shè)置附加耗能裝置。本試驗(yàn)結(jié)果表明：兩個試件在其最大設(shè)計位移時，具有很強(qiáng)的抗彎能力，即使偏移達(dá)到6%時，強(qiáng)度退化仍然很小，殘余位移??；同時能量耗散裝置能夠增強(qiáng)構(gòu)件的耗能能力；預(yù)制的鋼管混凝土墩柱節(jié)段不僅可以使其繞基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動，同樣也能夠使其繞最下面節(jié)段的上接縫轉(zhuǎn)動；另外，他們在此試驗(yàn)的基礎(chǔ)上針對具有兩個塑性鉸的墩柱提出了一種墩頂位移計算方法。

另外，Chang等人[6]針對提高節(jié)段拼裝橋墩的滯回耗能特性，進(jìn)行了循環(huán)荷載擬靜力試驗(yàn)研究，共制作四個大比例尺的預(yù)應(yīng)力節(jié)段拼裝橋墩模型。其研究結(jié)果表明：隨著貫穿節(jié)段接縫的縱向耗能鋼筋數(shù)量的增多，墩柱的滯回耗能隨之顯著增大，即便其中一些節(jié)段接縫處已經(jīng)出現(xiàn)張開，依然能夠增加其耗能。Yu.Chen.Ou將低碳鋼束穿過節(jié)段拼裝接縫，在空心墩中空部位張拉無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。試驗(yàn)結(jié)果表明：在循環(huán)荷載作用下，橋墩的延性能力表現(xiàn)優(yōu)異，滯回耗能增大，橋墩水平強(qiáng)度也得到了提高。