节段拼装桥墩抗震与接缝抗剪性能数值分析

发布时间：2020-03-21 21:09

【摘要】：近年来,随着预制装配式技术在土木工程领域的迅速发展,预制装配式桥墩的研究应用顺应科学发展潮流,受到越来越多的关注。接缝间构造形式如何在保证节段拼装桥墩自复位能力前提下,提高抗剪承载力,已经成为土木工程新的研究方向之一。本文基于前人的研究内容,对钢筋混凝土节段拼装桥墩抗震及节段间接缝处的抗剪性能做了相关研究。(1)详细描述ABAQUS有限元软件进行钢筋混凝土建模时的处理方法,建立RC桥墩及无粘结预应力节段桥墩模型,采用ABAQUS有限元软件进行数值分析,建模过程中考虑对接触非线性、预应力钢筋束等关键问题的模拟,将模拟结果与已有试验结果对比分析,从而验证建模方法的有效性。(2)以带耗能钢筋的无粘结预应力筋桥墩模型为基础,利用ABAQUS有限元建立有粘结预应力筋、半现浇—半预制、双剪力键、耗能钢筋贯穿墩身共五种空心节段拼装桥墩模型,进行拟静力分析。结果表明,耗能钢筋贯穿墩身与基础模型相比在结构承载力、耗能能力及自复位性能上无明显差异;双剪力键、有粘结预应力筋、半现浇—半预制三种形式的节段桥墩均可以不同程度地提高结构承载力,但有粘结预应力筋、半现浇—半预制节段桥墩的残余位移有所增加,而双剪力键节段桥墩模型残余位移无明显变化。(3)基于对比选出的双剪力键节段桥墩模型,建立实心截面、空心圆形截面、空心矩形截面等干接缝节段桥墩模型,同一截面类型下根据剪力键数目、剪力键位置、剪力键形状不同设计出7种剪力键模型,并以水平约束应力、混凝土强度为设计参数,研究节段桥墩剪力键的抗剪性能。通过对比分析发现,相同条件下,实心截面承载力最大,空心圆形截面次之;同一截面下,长方体形剪力键抗剪承载力比棱台形抗剪承载力大,竖向双剪力键承载力大于横向剪力键;四剪力键抗剪承载力最大,也易出现应力集中,承载力折减率也较大。(4)将AASHTO、李甲丁、ATEP抗剪承载力公式与数值分析、试验结果对比,结果表明,AASHTO规范公式在计算接缝处承载力时结果偏小,建议将公式放大1.16~1.19倍;李甲丁提出的承载力公式在计算多剪力键承载力时与试验、数值分析结果更为接近;ATEP规范公式计算接缝间抗剪承载力所得结果误差较大。AASHTO、李甲丁、ATEP承载力公式均没有考虑剪力键形状及剪力键位置对抗剪承载力的影响。
【图文】：

（a）新泽西胜利大桥 （b）183 高速公路高架桥 （c）德国公立 249 立交桥图 1.1 各国节段拼装桥墩示意图（a）东海大桥 （b）杭州湾大桥 （c）港珠澳大桥图 1.2 国内节段拼装桥梁示意图1.2 节段拼装桥墩国内外研究现状节段拼装桥墩的理论方法主要有解析法、数值分析法两大类。其中数值分析[12]

）183 高速公路高架桥 （c）德国公立 249 立交桥图 1.1 各国节段拼装桥墩示意图（a）东海大桥 （b）杭州湾大桥 （c）港珠澳大桥图 1.2 国内节段拼装桥梁示意图1.2 节段拼装桥墩国内外研究现状节段拼装桥墩的理论方法主要有解析法、数值分析法两大类。其中数值分析法分为三类，分别为纤维模型法、实体有限元法及集中塑性铰法[12]。实体有限元既可以研究节段拼装桥墩的整体力学性能，又可以解决复杂结构细部问题，其他三种方法主要研究拼装桥墩的整体力学特性。本文将主要采用实体有限元法，由于节段拼装桥墩存在着几何非线性等问题。因此，解决节段间接缝处的力学难题是研究节段桥墩的关键所在。1.2.1 节段拼装桥墩理论研究1.2.1.1 解析法弯矩曲率或力-位移之间的关系是解析法研究的重点，基本假定包括：平截面假定、预应力钢束不屈服、忽略孔道摩擦等。2002 年，Hewes 以无粘结预应力干接缝节段拼装桥墩为研究对象，首次提出力-位移骨架曲线的推导公式，确定了桥墩的三种特征状态：墩柱柱脚接缝处压应力为零，柱底接缝处即将张开；柱脚偏心受压状态；预应力筋由弹性进入塑性阶段，，变为屈服状态[13]，如图 1.3 所示。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U443.22;U442.55

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本文编号：2593940