内嵌耗能壳板箱形偏压钢墩柱抗震性能研究

发布时间：2020-03-20 03:40

【摘要】：随着我国城市化的不断发展,城市公共用地越来越小,城市人口和车辆却越来越多,造成城市交通日益拥堵,城市交通建设面临着越来越重的艰巨任务。面对这种问题,很多城市选择修建高架桥以缓解交通压力,然而传统的城市高架桥修建时间较长,施工占地面较大。桥梁作为生命线工程,是灾害后第一时间运送物资、缓解灾情的保证。设计一种空间占用灵活、建造方便、防震良好的新型桥墩很有必要。针对以上情况,本文设计了一种新型箱形钢墩柱,其不仅在空间使用中灵活方便、抗震性能优良,且具有可装配式以及快速修复的特点。本文通过充分考虑箱型钢墩柱的受力特点,在箱型钢墩柱根部的四个直角处分别设置了四个内嵌耗能壳板,采用低屈服点钢材并做成弧形焊接在箱型壁板内侧。一方面,低屈服点钢材可以通过变形耗能;另一方面,通过在柱脚根部设置耗能壳板,可减小角部焊缝应力集中,延缓焊缝沿竖向的开裂。本文在于深入探讨新型钢桥墩在柱顶偏心荷载以及水平反复作用下的破坏机理。试验设计了8根试件,变量取试件的扇形加劲板间距、轴压比和材料强度,并在福建省结构工程与防灾重点实验室由MTS作动器进行位移加载。经过分析处理得到试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化特征、强度退化特征和耗能能力。将两者结果进行对比,验证有限元模拟结果可信之后,进行数值模拟参数扩大分析,设计了50根足尺构件,得到不同偏心率、轴压比、长细比、扇形加劲板距离、材料强度等参数对其防震结果的影响。通过对试件试验过程和试验现象进行综合研究,探讨了扇形加劲板距离、内嵌壳板强度、壁板强度、破坏模式对新型钢桥墩防震能力的影响规律。研究结果表明:随着新型钢桥墩增设内嵌壳板,其变形能力和延性都得到了不同程度的提高;扇形加劲板间距设置宜取为试件壁板高度的1/2,壁板设置间距过小会限制内嵌耗能壳板的变形,致使试件的破坏位移变小,刚度退化加快,变形能力和延性都得到了不同程度的减小;壁板强度增强时,对应的破坏位移变大,刚度退化减缓;内嵌耗能壳板强度增强时,试件的极限位移变大,黏滞阻尼系数变大、耗能能力增强,刚度退化减缓,抗震性能增强。最后,综合分析试验与有限元分析结果,本文提出结合延性系数和滞回环累积耗能来衡量结构抗震性能的方法,简单归纳了一些新型钢桥墩的实用防震建议。
【图文】：

图 2.1 给出了在柱顶偏压常轴力和往复水平荷载作用下桥墩的计算简化模型。图 2.1 偏压钢桥墩分析简图2.2.1 试验目的拟研究的对象为 8 根箱形钢墩柱，采用柱顶偏压和低周反复加载，研究其在柱顶偏压常轴力和反复水平力作用下的抗震能力[45-47]。主要目的如下：（1）研究扇形加劲板间隔、轴压比以及材料强度变化对其抗震能力的影响。（2）比对试验与模拟的结果，通过破坏形态和骨架曲线等验证模拟的准确性，为下一步通过有限元软件进行参数扩展分析提供依据。2.2.2 试件设计试验于华侨大学福建省结构工程与防灾重点实验室通过 MTS 作动器进行位移加载，在考量了学校的设备、仪器以后，按 1:4 的缩尺比例进行设计制作，截面尺寸为□375×375×6×6，如图 2.2所示。NV

图 2.7 试验加载全景图加载制度次加载中，，通过 MTS 作动器控制以模拟试件受到的水平往如下：）δy和 2δy按照每级循环加载 2 圈；）从 3δy开始，按照每级循环加载 3圈；位移加载制度示意图如图 2.8所示。0 5 10 15-3036屈
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.22;U442.55

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本文编号：2591191