基于榫卯连接的节段拼装桥墩抗震性能数值分析

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为了适应现代化交通建设的高速发展,高架桥、立交桥等建筑逐渐开始采用预制装配式技术进行施工。其中节段拼装桥墩的抗震性能一直是相关专家学者研究的重点。本文结合传统榫卯结构中的插肩榫连接技术,建立了榫卯结构节段拼装桥墩,并对其抗震性能以及损伤情况进行了分析研究,具体工作如下:(1)以ABAQUS有限元软件为基础,介绍了节段拼装桥墩的建模过程。其中涉及到无粘结预应力钢筋的模拟、接触面模拟、钢筋与混凝土的模拟方法。通过对现有的试验试件进行建模分析,并与试验结果进行对比,从而证明建模方法的可行性。(2)基于第二章建模方法的有效性,建立RC桥墩、平接缝节段拼装桥墩、榫卯结构节段拼装桥墩以及不带耗能钢筋、不带无粘结预应力钢筋的榫卯结构节段拼装桥墩共5种钢筋混凝土桥墩模型,分别进行拟静力往复加载分析。结果显示:与RC桥墩相比节段拼装桥墩拥有更好的自复位能力以及更小的残余变形;与平接缝相比榫卯结构节段拼装桥墩拥有更好的承载能力、刚度以及耗能能力;耗能钢筋能够增加桥墩的滞回耗能,但是会增大结构残余变形;预应力钢筋可以增加桥墩的延性,同时可以减小桥墩的残余变形。(3)基于第三章分析结果,分别以预应力钢筋张拉强度、耗能钢筋配筋率以及混凝土强度为设计参数,利用ABAQUS建立了16组榫卯结构节段拼装桥墩模型,分别进行拟静力往复加载分析。通过对比发现,预应力钢筋张拉强度为0.1Afc,耗能钢筋配筋率为1%,混凝土强度等级为C40时的榫卯结构节段拼装桥墩抗震性能表现最好。(4)基于第四章的设计参数,以榫卯结构的形状、位置以及榫头的数量为设计变量。分别建立中间布置梯形体榫卯结构、四周布置长方体榫卯结构、四周布置梯形体榫卯结构、4个长方体与4个梯形体组合榫卯结构、8个梯形体榫卯结构共5种节段拼装桥墩。通过拟静力往复加载分析,得出中间布置梯形体榫卯结构的节段拼装桥墩其残余变形最小,仅有5.67mm。与中间布置长方体榫卯结构的节段拼装相比,减小了73.3%,使其拥有更强的自复位能力,有利于震后的修复工作。
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