节段拼装桥墩抗震与接缝抗剪性能数值分析

摘要

近年来，随着预制装配式技术在土木工程领域的迅速发展，预制装配式桥墩的研究应用顺应科学发展潮流，受到越来越多的关注。接缝间构造形式如何在保证节段拼装桥墩自复位能力前提下，提高抗剪承载力，已经成为土木工程新的研究方向之一。本文基于前人的研究内容，对钢筋混凝土节段拼装桥墩抗震及节段间接缝处的抗剪性能做了相关研究。 （1）详细描述ABAQUS有限元软件进行钢筋混凝土建模时的处理方法，建立RC桥墩及无粘结预应力节段桥墩模型，采用ABAQUS有限元软件进行数值分析，建模过程中考虑对接触非线性、预应力钢筋束等关键问题的模拟，将模拟结果与已有试验结果对比分析，从而验证建模方法的有效性。 （2）以带耗能钢筋的无粘结预应力筋桥墩模型为基础，利用ABAQUS有限元建立有粘结预应力筋、半现浇—半预制、双剪力键、耗能钢筋贯穿墩身共五种空心节段拼装桥墩模型，进行拟静力分析。结果表明，耗能钢筋贯穿墩身与基础模型相比在结构承载力、耗能能力及自复位性能上无明显差异；双剪力键、有粘结预应力筋、半现浇—半预制三种形式的节段桥墩均可以不同程度地提高结构承载力，但有粘结预应力筋、半现浇—半预制节段桥墩的残余位移有所增加，而双剪力键节段桥墩模型残余位移无明显变化。 （3）基于对比选出的双剪力键节段桥墩模型，建立实心截面、空心圆形截面、空心矩形截面等干接缝节段桥墩模型，同一截面类型下根据剪力键数目、剪力键位置、剪力键形状不同设计出7种剪力键模型，并以水平约束应力、混凝土强度为设计参数，研究节段桥墩剪力键的抗剪性能。通过对比分析发现，相同条件下，实心截面承载力最大，空心圆形截面次之；同一截面下，长方体形剪力键抗剪承载力比棱台形抗剪承载力大，竖向双剪力键承载力大于横向剪力键；四剪力键抗剪承载力最大，也易出现应力集中，承载力折减率也较大。 （4）将AASHTO、李甲丁、ATEP抗剪承载力公式与数值分析、试验结果对比，结果表明，AASHTO规范公式在计算接缝处承载力时结果偏小，建议将公式放大1.16~1.19倍；李甲丁提出的承载力公式在计算多剪力键承载力时与试验、数值分析结果更为接近；ATEP规范公式计算接缝间抗剪承载力所得结果误差较大。AASHTO、李甲丁、ATEP承载力公式均没有考虑剪力键形状及剪力键位置对抗剪承载力的影响。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 节段拼装桥墩国内外研究现状

1.2.1 节段拼装桥墩理论研究

1.2.2 节段拼装桥墩试验研究

1.3 当前研究中有待解决的问题

1.4 本文主要研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线图

第2章 RC桥墩与节段拼装桥墩建模及验证

2.1 概述

2.2 有限元模型的建立

2.2.1 选取单元类型

2.2.2 损伤塑性模型（CDP）

2.2.3 材料本构

2.2.4 边界条件及接触面模拟

2.2.5 预应力筋束模拟

2.2.6 预应力模拟

2.3 整体现浇混凝土墩柱有限元建模及分析

2.3.1 试验概况

2.3.2 有限元建模及结果分析

2.4 节段空心钢筋混凝土桥墩有限元建模及分析

2.4.1 试验概况

2.4.2 试验结果

2.4.3 节段拼装桥墩有限元建模

2.4.4 节段拼装桥墩有限元与试验结果对比分析

2.5 本章小结

第3章 多种形式节段空心桥墩抗震性能对比分析

3.1 研究目标

3.2 模型概况

3.3 有限元建模

3.4 拟静力结果分析

3.4.1 往复位移加载

3.4.2 滞回曲线与骨架曲线分析

3.4.3 残余变形

3.4.4 刚度特性

3.4.5 耗能能力

3.5 本章小结

第4章 节段间接缝面剪力键建模及参数分析

4.1 试件设计

4.1.1 试件类型

4.1.2 试件尺寸

4.2 有限元建模

4.2.1 建模要点

4.2.2 加载方式及应力约束

4.3 空心矩形剪力键桥墩模型

4.3.1 D0-HR模型

4.3.2 D1-PY-HR模型

4.3.3 D1-PX-HR模型

4.3.4 D2-P-HR模型

4.3.5 D1-CY-HR模型

4.3.6 D1-CX-HR模型

4.3.7 D2-C-HR模型

4.4 空心圆形剪力键桥墩模型

4.4.1 D0-HC模型

4.4.2 D1-PY-HC模型

4.4.3 D1-PX-HC模型

4.4.4 D2-P-HC模型

4.4.5 D1-CY-HC模型

4.4.6 D1-CX-HC模型

4.4.7 D2-C-HC模型

4.5 实心剪力键桥墩模型

4.5.1 D0-S模型

4.5.2 D1-PY-S模型

4.5.3 D1-PX-S模型

4.5.4 D2-P-S模型

4.5.5 D1-CY-S模型

4.5.6 D1-CX-S模型

4.5.7 D2-C-S模型

4.6 有限元结果对比

4.6.1 不同剪力键类型节段拼装桥墩承载力结果对比分析

4.6.2 不同截面形式节段桥墩承载力结果对比分析

4.7 参数分析

4.7.1 水平约束应力

4.7.2 混凝土强度

4.8 本章小结

第5章 干接缝节段拼装桥墩抗剪性能理论分析

5.1 接缝间构造形式

5.2 接缝处抗剪承载力计算规范公式

1.AASHTO 规范公式

2.日本提出的接缝抗剪承载力计算公式

3.中国提出的桥梁接缝抗剪承载力计算公式

4. ATEP 规范公式

5.3 国内外学者提出的接缝处抗剪承载力计算公式

5.4 节段桥墩接缝处抗剪承载力计算公式适用范围考量

5.4.1 节段桥墩抗剪承载力计算公式与试验结果对比分析

5.4.2 节段桥墩抗剪承载力计算公式与有限元结果对比分析

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 节段拼装桥墩剪力键尺寸详图

附录B 攻读硕士学位期间参与的项目