钢管混凝土叠合格构柱高墩性能试验研究及非线性分析

【摘要】： 随着我国高速公路建设的蓬勃发展,桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。在山岭重丘区高等级公路跨越深沟峡谷时经常会出现高桥墩的情况。随着桥梁跨径的不断增大,桥墩高耸化,结构的整体和局部刚度下降,过高的桥墩带来较强的非线性效应,对桥梁的抗震性能造成不利影响。在建的雅泸高速公路穿越高山峡谷众多的地震高烈度区,地质、地貌极为复杂。在综合考虑各种因素之后,设计人员提出了一种新型叠合格构柱高墩。这种结构形式融合了钢管混凝土格构柱和钢管混凝土叠合柱两种结构的特点,在国内是首次采用,目前还没有设计规程和工程经验可以参考、借鉴。 论文对钢管混凝土叠合格构柱高墩在正常使用极限状态下的结构行为和最大悬臂状态施工阶段的几何非线性效应进行了较为系统的研究,主要工作及成果包括以下几个方面： 1)本文对国内钢管混凝土格构柱在单层工业厂房、设备构架和桥梁结构中的应用进行了总结；介绍了钢管混凝土格构柱和钢管混凝土叠合柱的研究现状和研究成果。 2)以在建的雅泸路黑石沟特大桥3号主墩为研究对象,对其开展了正常使用极限状态下的模型荷载试验。考察钢管混凝土叠合格构柱高墩的结构行为,钢管对核心混凝土的套箍效应,二者共同工作情况,柱肢与腹板之间荷载的传递情况以及横隔板的工作情况。 3)基于大型有限元程序ANSYS对黑石沟大桥3号主墩建立了数值计算模型,将试验结果与理论计算值进行对比分析,验证并完善了试验结果,进一步深入的研究了钢管混凝土格构柱高墩的结构行为,为今后类似桥梁的设计计算工作奠定基础。 4)介绍了几何非线性理论和建立、求解几何非线性平衡方程的方法。简述了大跨连续刚构桥梁几何非线性的大位移效应和P-△效应的影响因素及处理方法。 5)结合黑石沟大桥3号主墩和腊八斤大桥10号主墩,借助有限元程序ANSYS,讨论了不同墩高、结构几何属性和横向联系对最大悬臂施工阶段几何非线性效应的影响,为工程实际提供参考。