方钢管约束的装配式混凝土桥墩抗震性能研究

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随着经济社会的不断发展,装配式桥墩施工技术以其施工周期短、工程质量高、绿色环保等特点成为我国桥梁施工技术中的主要发展方向之一,且我国钢管约束混凝土柱的研究课题已经较为成熟,其具有承载力高、塑性及韧性好,抗震性能佳、经济性好等优点,故本文提出了方钢管约束的装配式混凝土桥墩结构,预期其能兼具钢管约束混凝土柱的特性,具有施工效率高、工程质量好、承载力高、抗震性能佳、简化施工流程及经济效益好等特点,有望成为高墩桥梁(如腊八斤大桥)主要的抗震受力构件理想的桥墩形式。因此,本文以方钢管约束的装配式混凝土桥墩为研究对象,进行滞回性能试验和有限元扩展参数分析,并提出适合方钢管约束的装配式混凝土桥墩的恢复力模型。(1)开展4根方钢管约束的装配式混凝土桥墩、1根方钢管约束的整体现浇混凝土桥墩、1根整体现浇混凝土桥墩、1根传统灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的拟静力对比试验研究,试验参数为不同约束形式及预制墩身与承台间的连接构造,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性耗能机制、强度及刚度退化、位移残余变形等抗震性能指标,探讨了试件的破坏模式。试验结果表明,相对于传统的装配式混凝土桥墩与整体现浇混凝土桥墩,灌浆套筒连接的方钢管约束的装配式混凝土桥墩的水平承载力更高,延性性能相近,且具有良好的抗震性能。相对于其它连接方式的方钢管约束的装配式混凝土桥墩,嵌套钢管与传统灌浆套筒连接的方钢管约束的装配式混凝土桥墩的滞回曲线更为饱满,捏缩程度较小,耗能能力更强,具有更好的抗震性能,推荐其为实际工程应用的桥墩构造形式。(2)基于ABAQUS通用有限元平台,建立方钢管约束的装配式混凝土桥墩分析模型,并与实验结果进行验证,拓展分析了轴压比、长细比、约束系数、钢管剪力键尺寸相关参数对方钢管约束的装配式混凝土桥墩抗震性能的影响规律。结果表明,约束系数、钢管嵌入深度与桥墩边长比、嵌套钢管直径与桥墩边长比、桥墩边长与方钢管厚度比是方钢管约束的装配式混凝土桥墩的关键参数;在一定范围内,轴压比n的增大可适当提高方钢管约束的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载,位移延性系数略有降低;随着长细比的增大,方钢管约束的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载有所降低,位移延性系数适当增加;混凝土强度、方钢管屈服强度对方钢管约束的装配式混凝土桥墩抗震性能影响较小。(3)基于有限元参数分析结果,参考钢管约束钢筋混凝土柱骨架曲线统一算法的计算框架,根据参数影响程度引入相关修正系数,拟合得到方钢管约束的装配式混凝土桥墩骨架曲线各特征值(弹性刚度、水平峰值荷载、峰值荷载位移、下降段刚度)及恢复力模型的计算公式,并通过工程实例进行验证。最后给出方钢管约束的装配式混凝土桥墩恢复力模型合理实用的计算方法,为方钢管约束的装配式混凝土桥墩的工程应用提供理论基础。
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