节段拼装混凝土桥墩抗震性能研究

发布时间：2020-07-13 22:27

【摘要】：随着我国桥梁建筑工艺的日益发展,越来越多的工程采用装配施工,尤其是在大型跨海跨线桥和高海拔桥梁的建设中广泛使用。相关的试验研究和理论分析表明,节段拼装桥墩具有良好的耗能能力和自复位性能,但是关于其接缝处的受力性能和加固研究仍较少,本文以节段拼装桥墩为研究对象,采用后张法预应力和干接缝对墩柱进行拼装连接,通过拟静力循环荷载试验,主要研究了破坏现象、耗能能力、残余位移、承载力和滞回性能等方面的内容,使用有限元软件ANSYS对试验进行模拟对比分析,同时采取了三种加固方式对结构进行改进分析,主要工作和结论如下:1)以节段拼装桥墩的拼装类型和受力特点为基础,总结了近年来国内外学者在此方面的研究进展和实际工程应用,从抗震性能、施工技术和理论分析三个角度出发,论述了接缝形式、耗能钢筋以及预应力等方面对结构抗震性能的影响。2)在拟静力试验中,节段拼装桥墩的破坏现象主要集中在底部塑性铰区域,横向裂缝和竖向裂缝的不断交错贯穿造成了底部混凝土的脱落压碎,后张预应力提供的自复位性能减小了残余位移,随着水平位移的增长,构件的承载力呈现出三段式变化。3)采用ANSYS有限元模拟对预应力和接触问题进行了详细探讨,滞回曲线的分析结果和试验保持一致,极限承载力和试验结果也很接近,证明了模型的正确性和可行性。4)针对拟静力试验中节段拼装桥墩的破坏情况,采用了三种不同的加固分析方法进行加固分析,具体包括:增设耗能钢筋、底部外包钢板和提高混凝土强度,通过对比分析,最终确定增设耗能钢筋为最佳加固方案,该加固方法不仅有效提升了承载力,还能减弱塑性铰区域的破坏情况,提升抗弯性能。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.22;U442.55
【图文】：

配桥墩具有很多优点，例如：快速施工可以减小对交通的影响，对于交通拥堵的城市设和旧桥拆除重建特别适用；工厂预制可以缩减施工工序，控制构件质量，减少全寿；装配施工可以减少现场的湿作业；由于预应力的使用，节段拼装桥墩具有良好的自能。但由于装配施工的特殊性，其施工和构造也存在一些不足，例如：在建造的初步要投入的成本较高，包括运输成本和连接件的成本；拼装桥墩的受力具有很多非线性抗震性能仍需深入研究探讨，包括接缝处的受力和预应力连接的影响。节段拼装桥墩根据接缝处的连接工艺可以分为承插式、螺栓锚固、焊接法、扣环兰盘连接以及后张法拼接等，目前对于后张法的研究和应用较为广泛，通过预应力钢段连接成完整结构，在节段之间的接触面涂上环氧胶合材料，这样可以使节段紧密加整体抗剪性能、刚度和密封性。节段拼装桥墩以其受力特点可以分成整体接缝和分两种，其中整体接缝是将节段部分预制成整体结构，然后再对接缝进行处理，这种体析时，可以假定为没有接缝的结构，但由于接缝区域仍有钢筋连接，所以要考虑接缝结构的影响。而分段接缝则是将节段部分进行分段预制，通过干接缝或者湿接缝处预应力钢筋将节段连为整体，这种施工工艺又被称作摇摆墩柱体系。

由 Freyssinet 设计的单跨桥使用了后张预应力对桥梁面板进行拼装连接装配技术首次在桥梁施工中的应用[3]。20 世纪 60 年代开始，欧美进行了大量下部拼的工程研究[4]，但是并未在实际施工使用拼装技术，1996 年，米尔河高架桥和布朗克架桥[5]建成通车，两桥的桥墩首次采用了节段装配的施工方法。目前，就国内而言，使用节段拼装施工的工程实例并不多， 自 2000 年之后，节段装桥墩才得到推广，且更多在跨海桥梁中使用。2005 年，东海大桥非通航道的 670都使用了节段预制装配技术[6]，对于小于 13m 的墩柱使用整体预制。2008 年，上海桥和杭州湾大桥建成通车，前者的非通航道和后者的引桥段使用了预制装配桥墩，且用了湿接缝节段装配技术[7]-[8]，在完成墩身的装配之后，现场进行钢筋焊接，然后在域浇筑混凝土。2016 年 9 月 27 日，港珠澳大桥主体桥梁正式贯通，其桥墩施工使用缝匹配预制技术[9]，通过干接缝模具技术提高接缝接触面的匹配程度，同时提高预应的设置精度，从而降低了上下对接的技术难度，这也是我国最近在运用节段拼装技术施工实例，也说明了目前桥墩预制拼装在大型桥梁建设中的重要作用。

图 1.3 Billington 提出的拼装体系，David G.Hiber 对拼装桥墩建造过程中出现的问题进行了总结[16]，提建造的墩柱拼装方案，两种预制框架桥墩体系分别为采用普通钢筋连制作了 91 个构件，包含 930 种不同加载状况。同时通过 Opensees 平桥墩建造体系增加了新的施工模式和方法。2012 年，Mortaref 提出了能力的拼装体系[17]，作者在墩柱的底部使用了橡胶隔垫，同时使用了

【参考文献】

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1 高聪;节段预制拼装混凝土桥墩静力行为研究[D];北京交通大学;2015年

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3 虎良;节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能理论研究[D];清华大学;2012年

本文编号：2754068