劲性骨架及钢管混凝土高墩的结构特性分析研究

发布时间：2017-09-23 23:01

  本文关键词：劲性骨架及钢管混凝土高墩的结构特性分析研究

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【摘要】：随着西部开发的加深,大量高墩大跨桥梁正在建设。本文提出了劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩这一新型组合结构用于高墩桥梁。该组合结构结合了劲性骨架混凝土和钢管混凝土的优点,具有承载力高、抗震性能好、简化施工模板等特点,应用于高桥墩可有效减小桥墩截面尺寸,方便高桥墩施工。本文结合工程实例,采用试验和有限元分析相结合的方法,进行劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的受力特性分析和抗震性能研究。主要工作内容和结论如下：结合混凝土三向受压套箍增强的理论研究成果,开展劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩受力机理的研究,讨论劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的优缺点。开展了新型组合柱墩承载力计算方法的研究,提出了正截面承载力的计算公式,同时也提出了基于叠加原理的简化实用计算方法。制作不同含钢量的劲性骨架及钢管混凝土组合柱两组6个试件,在压力机上进行轴心受压及偏心受压试验研究,描述了试验受力全过程,通过试验现象和数据分析,探究了劲性骨架及钢管混凝土组合柱的受力破坏机理,进行了荷载与位移关系曲线的分析研究,进行了了试验构件的纵向应变和横向应变曲线的分析研究,开展了外围型钢、内部钢管和核心混凝土的应力重分布规律研究。本文以贵州盘兴高速公路下平川特大桥为背景,进行了桥梁结构选型分析,并建立了劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩和普通钢筋混凝土柱墩的有限元对比分析模型,开展了大跨高墩桥梁的结构位移变形、主梁内力分布和承载力等结构静力指标的对比分析研究,进行了新型组合柱墩桥梁考虑初始缺陷的屈曲分析研究,选取多条地震波,进行了新型柱墩桥梁的时程分析研究。抗震分析表明,组合墩对混凝土有明显的约束作用,从而大大延缓了混凝土失效的时间,具有良好的抗震性能,能够达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标。劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩在西部山区具有良好的应用前景。
【关键词】：劲性骨架混凝土 钢管混凝土 组合结构 高桥墩 屈曲分析 弹塑性分析
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外发展和研究现状11-14
• 1.2.1 劲性骨架混凝土发展和研究现状11-12
• 1.2.2 钢管混凝土发展和研究现状12-14
• 1.3 劲性骨架及钢管混凝土组合柱高桥墩的构思14-15
• 1.4 本文的主要研究内容和研究目的15-16
• 第二章 劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的受力机理16-27
• 2.1 混凝土三向受压的受力特性16-19
• 2.1.1 混凝土的单向受压破坏特点16-17
• 2.1.2 混凝土三向受压的工作特性17-19
• 2.2 劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的工作机理19-24
• 2.2.1 劲性骨架混凝土结构特点19-20
• 2.2.2 钢管混凝土结构特点20-21
• 2.2.3 劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的受力机理分析21-24
• 2.3 劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的应用前景24-27
• 第三章 劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的试验研究27-40
• 3.1 劲性骨架及钢管混凝土组合柱的轴压试验研究27-33
• 3.1.1 试件的设计27-28
• 3.1.2 材料参数28-29
• 3.1.3 加载及测量方式29
• 3.1.4 试验现象29-31
• 3.1.5 分析总结31-33
• 3.2 劲性骨架及钢管混凝土组合柱的偏压试验研究33-40
• 3.2.1 试件的设计33-34
• 3.2.2 加载及测量方式34-35
• 3.2.3 材料参数35
• 3.2.4 试验现象35-36
• 3.2.5 分析总结36-40
• 第四章 劲性骨架及钢管混凝土组合柱墩的计算研究40-52
• 4.1 劲性骨架及钢管混凝土组合柱承载力计算原理40-44
• 4.1.1 理论计算的基本假定40
• 4.1.2 工程计算方法40-44
• 4.2 劲性骨架及钢管混凝土柱墩正截面承载力的计算公式44-47
• 4.2.1 基本假定44-45
• 4.2.2 计算公式45-47
• 4.3 劲性骨架及钢管混凝土组合柱的简化计算方法47-52
• 4.3.1 外围劲性骨架混凝土的简化计算截面47
• 4.3.2 计算方法47-52
• 第五章 劲性骨架及钢管混凝土组合墩的设计与特性分析52-79
• 5.1 工程背景及设计参数52-55
• 5.1.1 工程背景概述52-53
• 5.1.2 主要材料53-54
• 5.1.3 主要荷载及验算荷载组合54-55
• 5.1.4 结构分析工具及分析思路55
• 5.2 模型的设计与建立55-59
• 5.2.1 模型设计55-56
• 5.2.2 建模参数56-58
• 5.2.3 整体模型58-59
• 5.2.4 施工阶段划分及加载59
• 5.3 结构静力分析及对比59-64
• 5.3.1 桥墩对主梁内力分布的影响59-61
• 5.3.2 桥墩对全桥使用状态下变形的影响61-63
• 5.3.3 桥墩承载能力验算63-64
• 5.4 桥墩屈曲分析64-68
• 5.4.1 钢筋混凝土柱与劲性骨架及钢管混凝土组合柱极限承载能力对比64-65
• 5.4.2 考虑初始缺陷的极限承载力分析65-68
• 5.5 桥墩抗震性能分析68-79
• 5.5.1 加速度反应谱的确定69
• 5.5.2 结构特征值分析69-71
• 5.5.3 弹塑性材料本构模型及塑性铰的选取71-72
• 5.5.4 地震波的选择72-74
• 5.5.5 弹性时程分析结果74-79
• 第六章 结论与工程应用展望79-81
• 6.1 主要结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85

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