侧向冲击荷载作用下钢筋混凝土空心桥墩的受力性能研究

摘要

钢筋混凝土空心桥墩因其重量小，截面惯性矩大等优点，已广泛应用于各类桥梁的墩柱和桥塔，尤其适用于大型桥梁。目前桥墩遭受船舶、车辆等侧向荷载撞击灾害的概率越来越大，而空心桥墩的抗冲击机理尚不明确。因此，本文系统开展了具有不同空心率的钢筋混凝土桥墩侧向冲击试验研究、理论分析以及数值模拟工作。
　　本研究主要内容包括：⑴论述了钢筋混凝土空心桥墩的应用概况，并对其研究现状进行了介绍;总结分析了钢筋混凝土桥墩侧向荷载作用机理等相关研究进展与结论，并总结了亟待研究的问题。⑵通过对15根三种不同截面空心率构件的侧向静态加载试验与冲击试验，研究了构件的静态承载性能与动态冲击响应，观测了不同空心率构件的试验破坏形态;试验中的关键变化参数包括:空心率、纵向主筋的配筋率、落锤质量和冲击高度。试验结果表明:实心构件在静力与冲击试验中均表现整体破坏，空心率为0.4的构件在静力与冲击试验中均表现出整体弯剪破坏和加载区混凝土的局部损伤，空心率为0.6的构件则均为构件加载区域的局部破坏。⑶侧向冲击试验结果表明:随着冲击高度的增加，撞击力峰值不断增加，跨中位移逐渐增大;当落锤质量增大，跨中位移也随之增大，且锤体质量的变化会显著影响构件的破坏模式;当纵向钢筋配筋率增大时，构件刚度增加，冲击力峰值随之增加，而跨中位移随之减小;同时，配筋率的变化也会影响侧向冲击下构件的破坏形态;当撞击能量相同时，产生的撞击力峰值较为接近。⑷从理论上推导了混凝土空心截面墩柱在静力荷载作用下的理论模型，并与试验结果相对比，验证了该模型的合理性;通过理论分析，基于钢筋混凝土空心截面构件在侧向冲击荷载作用下弹性与塑性两阶段分析方法，建立了构件的侧向挠度理论计算公式。⑸应用ANSYS/LS-DYNA软件对各试验工况进行了精细化非线性数值模拟。采用混凝土弹塑性帽盖损伤模型模拟出冲击荷载作用下混凝土的开裂与损伤状况，数值模拟结果与试验及理论值具有较好的一致性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及必要性

1．2 钢筋混凝土空心桥墩的特点和应用概况

1．3 研究进展

1．3．1 钢筋混凝土构件在侧向荷载作用下的研究现状

1．3．2 钢筋混凝土空心桥墩静力作用下的研究现状

1．3．3 钢筋混凝土空心桥墩在地震作用下的性能研究现状

1．3．4 钢筋混凝土桥墩在船撞作用下的研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第二章 钢筋混凝土构件侧向静载与冲击性能试验研究

2．1 引言

2．2 试件分组及制作

2．2．1 试件分组

2．2．2 试件制作

2．3 侧向静载试验

2．3．1 试验装置

2．3．2 测点的布置

2．3．3 试验结果分析

2．4 侧向冲击试验

2．4．1 试验装置

2．4．2 测点的布置

2．4．3 试验工况

2．5 侧向冲击试验现象

2．5．1 实心构件试验现象

2．5．2 空心率0．4构件试验现象

2．5．3 空心率0．6构件试验现象

2．6 侧向冲击试验影响因素分析

2．6．1 空心率

2．6．2 落锤质量

2．6．3 纵向钢筋配筋率

2．6．4 冲击高度

2．6．5 冲击能量

2．7 本章小结

第三章 钢筋混凝土构件侧向静载与冲击性能理论分析

3．1 引言

3．2 侧向静载作用下混凝土构件理论模型

3．2．1 空心截面构件破坏模型理论基础

3．2．2 空心截面构件破坏模型

3．2．3 算例验证

3．3 侧向冲击下的混凝土构件受力响应

3．3．1 冲击荷载作用下钢筋混凝土构件的理论基础

3．3．2 冲击荷载作用下钢筋混凝土构件的响应分析

3．4 本章小结

第四章 钢筋混凝土构件侧向抗冲击性能数值模拟

4．1 引言

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 材料模型

4．2．2 单元类型

4．2．3 网格划分

4．2．4 约束与接触定义

4．3 数值模拟结果与试验结果对比

4．3．1 实心构件数值模拟

4．3．2 空心率0．4构件数值模拟

4．3．3 空心率0．6构件数值模拟

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢