一、选题背景及意义

近年来，随着经济的快速发展和科学技术的进步，我国的道路桥梁建设也是与日俱增，桥梁建设事业大规模发展，桥梁的研究水平也在不断提高。高墩桥梁由于其自身的适应地形等独特的优势，在国内被广泛应用。我国尤其是西部地区已经建设了大量的高墩大跨径连续刚构桥，而且同类的桥梁建设数量愈来愈多，而且由于我国地形复杂多变，同时也为了节约材料和减轻自重，许多高墩常常被设计成空心墩。目前我国高墩桥梁愈来愈多，因为首施工等因素的影响，它的稳定就变得十分重要，国内外曾经发生过不少因为失稳而导致的事故。这就提现了空心墩承载能力的研究的重要性。

我国早期修建的高墩桥大部分采用实心桥墩，这类桥墩主要靠自身重量平衡外力，从而保证墩柱的强度和稳定性，刚度大，防撞能力强，但是自重大，对地基承载力要求较高，而且所需要的圬工材料量大。随着我国桥梁技术的发展，涌现了一批跨越山区深谷的高墩桥梁，这些高墩大多数采用空心截面形式，与实心桥墩相比，空心桥墩具有自重轻，刚度和强度大的优点。因此空心桥墩在高墩中应用越来越广。

钢筋混凝土（RC）矩形空心截面桥墩具有较高的强度质量比、刚度质量比和良好的延性，既减小了墩柱质量，又发挥了结构的最大效益。因而矩形空心截面桥墩在中国西部和山区高墩桥梁得到广泛应用。而且高墩桥梁的施工安全和其极限承载能力已经引起了广大桥梁工作者的重视。开展此类桥梁的极限承载力研究，对于确保同类桥梁结构的安全使用、完善桥梁设计施工技术都具有重要的显示意义和工程使用意义。

二、矩形空心墩的研究现状

我国地域辽阔，地理环境复杂，近些年来公路桥以及铁路桥建设发展迅速。提高桥梁的承载能力安全以及研究桥梁的抗震性能十分重要。空心桥墩由于其良好的受力性能和抗震性能，在道路桥梁中得到广泛应用。国内外对RC矩形空心截面桥墩问题进行了较多研究，研究方法主要为拟静力试验或试验与数值模拟相结合，也有少量文献采用了纯数值模拟的方法。

试验和数值模拟表明，受轴压力的RC矩形空心截面柱在侧向力作用下破坏过程为：先是保护层混凝土开裂，再是柱底附近混凝土形成主裂缝，纵向钢筋屈服；然后柱底部尤其是4个角部混凝土剥落，核心区混凝土被压碎；最终破坏形态为柱角混凝土被压碎，柱角纵筋屈曲。对于RC矩形空心截面墩柱的破坏形式，长细比(高宽比)影响较大:高墩的破坏形式主要为弯曲破坏；长细比减小，剪切效应的影响变大。

研究显示，影响RC矩形空心截面墩承载性能因素有：(1)轴压比，一定范围内轴压比的增大会提高试件的侧向承载力及耗能能力，但试件的变形能力减小，总体上抗震性能减弱；(2)长细比(高宽比)，长细比越大，墩柱的极限承载力越小，变形能力越大，对于不同的轴压比，长细比对墩柱的抗震性能的影响规律也不同；(3)纵向配筋率，一定范围内，纵向配筋率的提高会使墩柱的延性能力下降；(4)横向配箍率，加密箍筋也能在一定程度减小裂缝宽度，提高其延性，改善滞回性能，对桥墩抗震有利；(5)钢筋强度，在一定程度上，钢筋强度的提高有利于墩柱的抗震性能。

另外，单向（单轴）压弯作用下和双向（双轴）作用下，RC矩形空心截面墩的抗震性能有所不同^[9,10]。许紫刚等(2015)^[9]对某按《公路桥梁抗震设计细则》建议的横向钢筋布置来配筋的实际桥墩在单向压弯作用下和双向压弯作用下的轴力-弯矩曲线进行了计算，结果表明：考虑单轴压弯作用的截面设计偏于不安全，双轴压弯作用下两主轴方向弯曲耦合作用降低了截面的极限承载力。

除此之外还有一些对于承受地震作用的承载能力的研究^[11,12,13]。杜修力，韩强等对于FRP加强的RC矩形空心截面墩的研究表明，经FRP加强的RC矩形空心截面墩的抗震性能会有显著的提高。FRP约束RC矩形空心桥墩塑性铰区可以改变约束空心桥墩破坏位置和破坏模式，同时改善空心桥墩的耗能，提高其极限变形、位移延性系数和塑性变形^[13]。矩形空心墩通过环包FRP布，可减小或限制裂缝的开展，从而减小短柱的剪切变形，增强中长柱截面变形能力^[11]。