横系梁设置对双柱墩的抗震性能影响分析

发布时间：2020-10-09 12:44

　　 梁式桥是我国公路、市政桥梁最为普遍的桥梁结构形式,双柱式桥墩则是梁式桥最为常用的下部结构形式之一。双柱式桥墩一般是由墩柱、盖梁、柱间系梁等组成的多次超静定结构,柱间横系梁能直接影响结构的横向内力分布,进而会影响到双柱墩的抗震性能和破坏模式。目前,系梁在常规设计中按照构造要求进行设置,但在横向地震作用下,系梁的设置对双柱墩的抗震性能的影响有待进一步分析研究。本文以研究横系梁设置对双柱墩的抗震性能影响为主要目的,采用OpenSees有限元软件中的非线性纤维单元,建立12m、18m和24m三种不同墩高有盖梁双柱墩有限元模型,并基于拟静力分析方法,对设置横系梁的双柱墩进行抗震性能对比分析,同时对横系梁的设置道数、设置位置和系梁与墩柱的刚度比值进行探讨和优化分析,主要包括以下内容:(1)基于OpenSees有限元软件,采用非线性纤维单元,对4根框架柱和框架倒塌试验进行了数值模拟,将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析,得到了采用OpenSees中的非线性纤维单元、利用Concrete02混凝土模型和Stee102钢筋模型建立的用于后续分析双柱墩的基准有限元模型,该基准有限元模型的数值模拟结果与试验数据吻合良好、可合理有效的模拟拟静力试验加载的钢筋混凝土框架柱和框架结构;(2)对双柱墩中不设横系梁、设一道横系梁和两道横系梁三种模型进行拟静力分析,从双柱墩的抗震性能、内力和节点位移三方面进行对比,表明在横向往复荷载作用下,设置横系梁双柱墩较无横系梁双柱墩,可提高双柱墩的等效黏结阻尼系数he值;降低墩顶和墩底的弯矩值,增大结构横向抗弯刚度,减小墩柱的横向位移;得到了设置横系梁可提高有盖梁双柱墩的横向承载能力,增强其耗能效果的结论。(3)建立12m、18m和24m三种不同墩高有盖梁双柱墩有限元模型,采用拟静力分析方法,对桥梁双柱墩中横系梁的设置位置和横系梁刚度相对墩柱刚度比值,从滞回曲线、等效黏滞阻尼系数、等效刚度、骨架曲线参数、位移延性系数和内力分布等情况进行对比分析,表明横系梁的设置位置会影响双柱墩在横向往复荷载作用下的内力分配,对双柱墩的抗震耗能效果存在一定的影响,但效果不显著;单道横系梁设置于双柱墩墩柱中间位置和双柱墩设置两道横系梁时,第一道横系梁设置于墩柱高度的0.3H~0.4H范围,第二道横系梁设置于墩柱高度的0.6H为最佳位置,能达到很好的耗能效果,并具有较好的延性能力;横系梁刚度对双柱墩在横向水平力作用下的内力分配影响显著,系梁刚度的增大,会引起墩身弯矩的增大,降低在单位水平力作用下,墩顶、墩底所承担的弯矩;设置单道横系梁与设置两道横系梁时,横系梁刚度相对墩柱最佳刚度比值都为0.3-0.7,可达到良好的抗震耗能效果。
【学位单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U442.55;U443.22
【部分图文】：

（ｃ）双柱墩３逦（ｄ）双柱墩４逡逑图１．１地震区双柱墩损坏情况逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ邋ｄｏｕｂｌｅ邋ｃｏｌｕｍｎ邋ｐｉｅｒ邋ｄａｍａｇｅ逡逑双柱式桥镦是我国公路、市政桥梁常用的下部结构形式，一般由盖梁、墩柱组成，在逡逑墩柱高度较高ａ大于７ｍ）时，墩柱间会增设横系梁，盖梁、墩柱及墩柱间系梁共同组成逡逑多次超静定的双柱式桥墩结构，墩柱下通常设有桩基础。在地震作用下，进行横桥向抗震逡逑设计时，桥墩的墩底和墩顶位置为双柱墩的塑性铰，而在近些年的地震发生情况来看，墩逡逑柱墩身与横系梁相交的节点位置容易发生破坏，与最初的预期和设计塑性铰位置不同，给逡逑工作人员的修复工作带来的巨大的困难。逡逑１．２研究现状及存在的主要问题逡逑１．２．１双柱墩的研宄现状逡逑双柱式桥墩、墩柱间横系梁及桥墩盖梁形成的门式框架是多次超静定结构，横系梁刚逡逑

图２．１纤维截面逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｆｉｂｅｒ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ逡逑凝土构件的横断面，根据人为的合理划分有该构件所用材料的力学特性，包括混凝材料特性准确的反应，具有较高的理论准下假设：逡逑间的滑移不考虑；逡逑－０）关系，不受剪力作用的影响；逡逑变的关系变化，不考虑湿度、温度和时间维模型时，应分别对钢筋、混凝土进行截导致其对应的应力－应变关系不同，包含约如下所示：逡逑邋＜－ＧＪ邋￥ＧＪ＞邋｛逡逑邋ＳｍａｔＴａｇ逡逑

逦ｓｔｅｅｌ邋ｌａｙｅｒ逡逑ｒａｄｉｕｓ逡逑图２．１纤维截面逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｆｉｂｅｒ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ逡逑纤维截面是将钢筋混凝土构件的横断面，根据人为的合理划分，划分为众多离散小截逡逑面；其中每个小截面都具有该构件所用材料的力学特性，包括混凝土和钢筋的应力应变关逡逑系，进而能使截面特性和材料特性准确的反应，具有较高的理论准确性。其在参与受力、逡逑承载时，一般认为服从如下假设：逡逑（１）

【参考文献】

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本文编号：2833705