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节段拼装空心墩抗震性能分析

詹太锋  
【摘要】:随着国家城市化进程的推进及可持续发展战略的实施,国家对桥梁结构的高效率、生态化建设提出了更高的要求。传统的现浇混凝土桥墩施工方式的落后已经无法满足桥梁建设周期的需求,并且当桥墩受到强烈地震作用时,较大的残余位移将使其难以修复。节段拼装桥墩作为在上世纪末方才开始推广使用的新型形式桥墩,在我国处于研究与工程运用的起步阶段。与现浇混凝土桥墩相比较,其具有残余位移小,耗能能力弱的特点。使用节段拼装桥墩替代传统现浇混凝土桥墩,减小桥墩地震作用下的残余位移,使桥墩更易修复,显然具有积极的经济意义与社会意义。本文基于Open Sees数值仿真分析平台,以一组典型的节段拼装空心墩试件为研究对象,提出了可准确分析节段拼装桥墩抗震性能的数值分析模型,并利用新型模型对节段拼装桥墩在地震作用下的响应特点进行分析与归纳总结。本文主要研究内容与贡献如下:(1)对节段拼装桥墩的发展历程进行系统归纳,并总结利用纤维模型法分析节段拼装桥墩抗震性能的优缺点。(2)基于Open Sees数值仿真分析平台,对原有节段拼装桥墩纤维模型法进行仿真改进,建立墩底多弹簧桁架模型替代原有纤维模型法中利用纤维单元配合Concrete01模拟接缝的方法,对原有节段拼装桥墩纤维模型计算不易收敛的问题进行改善,解决原有仿真方法计算结果与实验结果对比拟合度不佳的问题。改进模型可准确模拟节段拼装桥墩在拟静力作用下墩底接缝混凝土压碎破坏的现象,可以对节段拼装桥墩的抗震性能进行定性与定量的分析。(3)鉴于无粘结预应力筋为节段拼装空心墩的重要组成部分,以无粘结预应力筋配筋率、布置形式,轴压比为研究变量,并与不同剪跨比的桥墩进行组合,以墩顶最大位移角,残余位移角为研究指标,使用IDA分析方式分析节段拼装空心墩在近远场地震动下的响应特点,明确其在地震作用下动力响应的变化规律,并针对无粘结预应力筋在节段拼装空心墩中的参数设计提供参考性建议。(4)耗能钢筋作为节段拼装桥墩常用的耗能装置,能一定程度提高节段拼装桥墩的耗能性能,但同时也会增加桥墩在地震作用下产生的残余位移。目前耗能钢筋在地震作用下对桥墩的地震响应影响并不明确,因此以耗能钢筋配筋率作为研究变量,探究了耗能钢筋对节段拼装空心墩在地震作用下动力响应的影响,并针对耗能钢筋配筋率在节段拼装空心墩中的合理设置提供参考性建议。


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