预制拼装钢管混凝土桥墩构造改进与抗震性能分析

发布时间：2020-03-23 14:09

【摘要】：节段预制拼装桥墩目前多用于低烈度地区的高速路桥和运河桥上,原因是这些工程对施工环境和工期要求高,可充分发挥工厂化预制优势。地震时节段拼装桥墩底部接缝处破坏严重、耗能性差和墩顶位移需求高的缺点限制了其在中高烈度地区的推广。本文针对节段拼装桥墩底部接缝处破坏严重的问题采用钢管混凝土桥墩解决,为改善结构耗能性并降低墩顶位移,提出一种在墩底和桥墩节段间设置限位拉杆的新型耗能减震装置。此外,针对目前此类桥墩研究仅停留在单个桥墩上存在的尺寸局限性,文中进一步研究了实际结构尺寸下的地震响应,提出在高烈度区应采用防落梁装置配合本文限位拉杆装置共同控制固定墩墩顶位移以避免强震中的落梁危害。主要研究内容如下:(1)根据节段拼装钢管混凝土桥墩的结构特点,确定适合本文研究对象的理论依据和计算方法。利用Opensees建立相关文献中对应试件的数值模型,通过对比结果验证建模计算方法的可靠性。(2)引入新型限位拉杆装置进行拟静力分析,通过对安装限位拉杆前后的节段拼装钢管混凝土桥墩和整体钢筋混凝土桥墩三者的拟静力性能对比,分析限位拉杆对节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能的影响以及节段拼装桥墩与现浇桥墩抗震性能的差异。(3)阐述采用节段拼装钢管混凝土桥墩的桥梁体系下部结构整体设计,包括墩身截面尺寸、轴压比、预应力及限位拉杆布置等。用拟静力方法研究采取不同恒载轴压比、预应力度、长细比及限位拉杆时对其抗震性能的影响,根据分析结果进行设计优化。(4)分别建立下部结构为节段拼装钢管混凝土桥墩和现浇钢筋混凝土桥墩的连续梁桥模型,研究设置限位拉杆后对节段拼装钢管混凝土桥墩的减震效果,并与现浇桥墩的地震响应对比。强震下通过在墩梁处设置纵向拉索限位器与本文限位拉杆共同配合,分析其对固定墩墩顶位移的控制效果。通过以上研究可知本文提出的新型限位拉杆装置可以明显提高地震中节段预制拼装钢管混凝土桥墩的耗能能力,显著降低墩顶位移需求,震后可修复性好,在高烈度地区配合防落梁限位器可有效避免落梁危害。
【图文】：

港珠澳大桥,桥墩,承台,墩身

“一号工程”的东海大桥工程建成通车于 2005 年，该工程三段预制或底节预制拼装技术[4]。预制桥墩高度在 8.8m 至 34以下的低墩和一部分中等高度桥墩采取全部预制拼装，10.3中等高度桥墩采取只预制底部节段，底节段高为 7.6m，即标心墩，设计截面为矩形，其中典型的墩身横截面尺寸为 5. 节段与承台之间采用现浇湿接缝进行连接，墩身预应力钢筋精轧螺纹粗钢筋。海大桥 2006 年建成通车时曾一度成为世界上最长的跨海大取了墩身预制拼装技术，其中底部桥墩节段与承台之间连接身钢筋贯穿接缝，锚固于承台中，结构的整体性得到了有效空心墩，设计截面为矩形，预制桥墩高度在 9.68m 至 17.38

墩底,接缝,试件,桥墩

结预应力节段拼装桥墩上，后来随着研究的深入[13]-[20]，内部无粘结后张拉技术很引入用以提高该类构件的延性能力并提供自复位能力。如图 1.3 和图 1.4 所示，Ou 和 Wang 通过进行侧向荷载作用下桥墩节段间接缝的试验进一步研究了节段拼装桥墩的自复位性能和桥墩底部塑性铰区域已发生的弯坏[17],[19]。试验研究表明：节段拼装桥墩在引入无粘结后张预应力后，当水平荷载下节段间接缝张开时接缝附近区域预应力筋的应变会分布在较大长度上，，从而有效了预应力筋产生局部屈服。同时，预应力连接的节段式桥墩耗能能力差的问题在他研究中也凸显了出来。如图 1.5 所示，为了解决节段拼装桥墩耗能性能差的问题，Chou 和 Chen 在底部与承台之间的接缝处附加了外部耗能装置，就其对节段桥墩耗能能力的改善展开了，试验结果表明附加的外置耗能装置显著提高了桥墩耗能能力，但同时也体现出加束后残余位移较大的缺点[14]。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U443.22

【参考文献】