装配式预应力桥墩结构形式及抗震性能数值研究

发布时间：2020-06-12 01:29

【摘要】：我国桥梁下部结构多采用现浇混凝土桥墩施工工艺,该方法工序复杂、施工质量难以保证,施工过程中对周围环境影响较大。为了满足建筑工业化和绿色施工的要求,使用装配式预应力桥墩技术已成为桥梁建设发展趋势。装配式预应力桥墩通过工厂预制现场安装,缩短了整个工程的施工周期,对周边交通干扰小,具有明显优越性。而桥墩作为桥梁主要承载构件,在地震作用下容易发生破坏,装配式预应力桥墩抗震性能的不确定性限制了其在地震区的推广应用。因此对装配式预应力桥墩的结构形式及抗震性能展开全面系统的研究是很有必要的。本文以不同结构形式的装配式预应力桥墩为研究对象,建立桥墩实体单元模型,对不同结构形式桥墩的抗震性能进行了计算研究。主要研究内容及结论如下:(1)总结不同形式装配式预应力桥墩减震耗能的特点,对内置耗能钢筋的装配式预应力桥墩接缝面位置进行弯矩-曲率分析和抗剪承载力验算。(2)给出了采用ABAQUS实体单元进行桥墩抗震分析的合理建模方法。建立了混凝土现浇墩和装配式预应力桥墩的实体单元有限元分析模型,研究并解决了在建模中混凝土钢筋本构及材料参数的选取、预应力施加以及接触关系模拟等影响计算收敛和准确性的问题。两个桥墩模型的有限元分析结果分别与相应的试验结果进行对比,验证了建模方法准确性,为本文进一步的研究奠定了基础。(3)建立了三种(有粘结预应力桥墩、无粘结预应力桥墩、内置耗能钢筋的无粘结预应力桥墩)实体单元模型,分别计算分析了桥墩在低周往复荷载下的承载力和耗能特性。研究了5种参数(恒载轴压比、桥墩高宽比、初始预应力大小、耗能钢筋配筋率及布置位置)对抗震性能的影响规律。结果表明,有粘结预应力桥墩的墩底预应力筋会发生局部屈服,不适合在地震地区使用。无粘结预应力桥墩自复位能力强,但承载力和耗能能力低。内置耗能钢筋的无粘结预应力桥墩耗能能力强、残余位移小,抗震性能优于其他形式桥墩。(4)选择不同特征类型地震波(近断层有脉冲波、近断层无脉冲波和远场波),考虑8度设防烈度区设计地震和罕遇地震两种情况,分别计算研究了地震动作用下内置耗能钢筋无粘结预应力桥墩模型、无粘结预应力桥墩模型和普通钢筋混凝土桥墩模型的墩顶响应和墩底局部应力。结果表明,近断层有脉冲地震动会导致上述三种装配式桥墩变形增大。在8度区罕遇地震下,即使布置了耗能钢筋的无粘结预应力桥墩墩顶位移仍无法得到有效限制。(5)为了限制装配式预应力桥墩的墩顶峰值位移和残余位移,本文对采用外置角钢连接无粘结预应力桥墩进行了研究。计算分析了角钢连接对桥墩初始刚度和承载力的贡献值,以及桥墩在低周往复荷载和有脉冲地震动下的抗震性能,研究结果显示该结构形式自复位能力强、抗震性能优良。同时给出了一种以角钢理想刚接代替角钢-螺栓连接的简化建模分析方法,该模型建模简单,计算精度较高,与实际模型吻合程度较好。本文的研究结果为外置角钢连接无粘结预应力桥墩的实际工程应用提供重要参考。
【图文】：

东海大桥,预制场

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杭州湾大桥

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【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U443.22

【参考文献】